流动反应器(flow)、微反应器(micro)或者是中级反应器(meso)都是为了增强化学反应的连续性能而命名的装置。由于人们越对传统的釜式反应中反应体积及容器的限制越发感到不满,因此,连续流技术在这一背景下应运而生。这项技术可以根据具体反应过程和目标,对反应器尺寸及其性能进行很好的优化调整。该技术的关键在于反应系统在满足所需性能的同时要使得其体积尽量小。流动化技术表现出了广泛的使用性能,既可以满足于小试规模下对反应基本调试的需求,也可以满足大规模的工业化生产。因此不管是工艺项目中研发阶段还是生产实施阶段,用户都能够充分感受到连续流技术区别于釜式反应所带来的切切实实的好处。
1.连续流反应器的种类
反应器的种类以及其材料构成有很多,可以基于反应类型进行选择。选择的时候同时也必须要考虑所需要的化学兼容性、温度范围、压力要求以及其他启动反应所需的条件(例如热、微波、超声、光化学或电化学等等)。已经报道过的反应器材料有聚合物、硅、玻璃、金属和陶瓷。另外,反应器的类型还取决于过程研究的目标,对于实验室级别的小试反应,能够有一个简单的管状系统可以执行反应就足够了。但是,如果是生产级别的,则需要有更深一层的考虑,即反应器的设计必须考虑反应特性的维护,如传质、传热、反应时间和停留时间分布,通常会选用微反应器或者是中级反应器。综上所述,连续流反应技术可以为从早期开发到工业生产的过程提供了一条清晰的开发途径。
2. 连续流进程在可持续化工生产中的作用
工艺优化(PI)是发展可持续的合成工艺的一个关键方面,连续流反应器的一个关键特征是能够在高压力下正常运行,这有利于在高温下使用低沸点溶剂和试剂,利于产品的分离。此外,在这种系统中反应受到严格的参数控制,这意味着在没有保护基团的情况下,可以进行选择性反应,从而减少获得合成目标化合物所需的反应步骤及纯化操作。此外,该策略下工艺放大时相关的风险较小。并且也具有很多可观的资源效益,包括更有效地利用时间、成本和材料,以及减少废物产生等。在最近对50家欧洲公司进行的调查中,选择连续流技术的原因主要是考虑到该技术的安全性,其次是竞争力和产品质量。而目前连续流技术所带来的绿色可持续收益还没有作为选择该项技术的一个决定性因素,而未来几年这一因素也会逐渐引起重视。本文也通过一系列文献实例,重点介绍了在实验室和生产规模上开发和执行连续流技术这一可持续化学工艺的技术应用。