目前,微化工技术在各类化学反应中得以应用,这种高科技技术的运用实现了化工行业产品安全清洁,生产流程节能环保的目标,总之微化工技术的使用是对社会可持续发展战略的跟随。上个世纪末期,微化工技术产生,其概念的研究倍受相关领域专家的注重,主要的研究公司遍布世界各地,例如Dupont公司、UOP、IMM等。本文作者积极的研究与微化工技术有关的文献资料,对微反应器、均相反应、气-液反应、液-液反应四方面内容进行系统的分析,并总结出微化工技术在化学反应中应用发挥的作用。
1微反应器
微化工本系统的构成是复杂而多样化的,其组成成分包括混合器、换热器、吸收器以及微反应器等,我们必须明确的是微反应器是系统的核心部分。微反应器的专用名词为微尺度或者是微结构反应器,它自身携带流动性能。微反应器的尺寸大小受微化工器件内部管道直径的限制,目前大多数尺寸在10~500μm范围内选取。微反应器与传统反应器相比较,在化学分子水平的反应中占据优势,因为此时它显示的尺度是极大的。基于这种情况,我们可以得出这样的结论:微反应器在化学反应中的应用,不能更改化学反应原理,也不能发挥本体动力学属性,但是它可以凭借自身流动性的特征,通过传递热能的途径强化化学反应过程。实践证明对微化工器的尺寸进行微微细化工作,化学反应就可以达到速率高,能耗低,工艺环保的目标。
2均相反应
均相反应大体上可划分为两种反应类型,一种是强发热自由基聚合反应模式,另一种是化学反应中间体和化学药物的合成。为了实现对第一种化学反应类型验证的目的,Iwasaki等科研人员在分析大量的研究资料的基础上,积极的创建化学实验。在丙烯酸丁酯的聚合反应参与进微化工反应系统的研究中,科研人员重点对该化学反应系统内强放热自由基聚合反应的特征进行全面的研究。在该化学实验反应进程中,微反应器的流动性能得到发挥,实验结果表明:与传统的尺度反应器相比较,微反应器的应用,实现了聚合度密布分布的实验目标,同时化学反应器具中高聚合度物质颗粒几乎不存在,保证了化学反应的顺利进行,不会出现中途堵塞的恶劣现象。
而化学反应中间体和化学药物的合成,一般是在低温的环境中进行的,这样化学反应物性质不稳定的状态才会得到有效的抑制,此时化学中间物或者生成物“多取代的现象”就会得到缓解。例如在二氯甲烷的化学反应中,研究人员必须对微反应器的温度进行合理的调控,一般温度控制在-78℃的环境中,此时单取代产物以及二取代产生的摩尔质量就实现了最大化。
3气-液反应
(1)氟化反应。该种化学反应使芳香族化合物苯、甲苯、酚等物质实现氟化的目的。微化工技术系统应用氟化反应,对芳香化合物通过氟化而形成的衍生物进行系统的研究。(2)氯化反应。这里我们以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)在微反应器的氯化反应作为实例,进行探究。有关数据显示,在常规尺度反应器中,TDI的转化率为60%时,目的产物选择性仅仅为40%,此时副产物选择性的比例略微大于40%;而在微化工反应器中,TDI的转化率为50%时,目的产物选择性大于85%,副产物选择性的概率少于5%,此时的时空收率是极高的。实验数据证明这一理论:微化工反应器内的化学反应在某种程度上对氯化反应具有促进作用。
4液-液反应
(1)硝化反应。目前,混酸硝化反应发展日趋成熟。我们知道该化学反应是放热的,热能放出的多少受微反应化学器传递性能的影响。例如在浓硫酸参与HNO3分解的化学反应中,浓硫酸发挥着催化的作用,使HNO3生产2NO+离子,此时硝酸中带有正电荷的离子通过油水两界面对有机分子进行攻击,最后形成一种硝基取代物。一般情况下,如果硝化反应中传质效果不理想,那么化学反应速率就会相对迟缓,此时极容易造成多种副产物多硝基取代物的生成。(2)相转移耦合反应。Hisamato等科研人员利用微反应技术进行过这样的实验探究:把重淡盐溶液和耦合组分溶液分别注入两个型号相同的微化工反应容器中,搁置3s左右,使用电磁搅拌棒在烧瓶中进行搅拌搁置,此时研究者发现如果搅拌的力度增强,该化学反映速率就会随之加快,反之速率减慢,此时也会产生一些副反应,例如重淡盐不能完全分解,发生二耦合等现象。该实验结果表明,相转移耦合反应在最佳反应状态下,转化率高达85%,此时反应物形成沉淀;如果在这种情况下应用微化工反应器,化学物质可能会实现100%的转化,化学反应过程中无沉淀产生。
5浅析微化工技术的作用
(1)使化学反应的各个步骤实现精准的控制,用量配置不精确的问题得到改善。(2)安全可靠。自由基爆炸的后果得到有效的控制,使安全性低的化学反应得以进行。(3)实现分布产生的目的。解决了化学原料成本以及生产资料设备不齐全的问题。(4)达到人与自然友好相处的目标。微化工技术的应用,使化学成本降低,用料减少,废物生成量少。
6结语
近些年,微化工技术得到广泛的应用以及发展,为化工企业带来了丰厚的经济效益。但是我们不应该满足现状,应该积极的对该技术进行更深层次的探究,力求使微化工技术处于不断改革更新的优质状态中,使其更好的为人类服务。
摘要：随着科技的不断发展,越来越多的先进技术在化学反应中得到应用,微化工技术作为一种新型的现代化技术,在化学反应的应用过程中取得了令人欣慰的效果。本文通过对微化工技术所涉及的化学反应进行深入的探究,突显微化工技术在化学反应中承担的地位,希望其在日后的化学反应中得到更为广泛的应用。
关键词：微化工技术,化学反应,应用
参考文献
[1] 陈光文,袁权.微化工技术[J].化工学报,2003.