首页 / 所有 / 行业资讯 / 连续流动化学:改变合成,让反应更安全、更高效的另一种选择

连续流动化学:改变合成,让反应更安全、更高效的另一种选择

2026/4/7
有机化学

有机化学是现代工业的基石,从化学医药、农药到化妆品、生活用品,大部分来源于有机物质。新生产技术的诞生,往往都推动着有机化学走向新的高度。近年来,连续流动化学作为一项颠覆性技术,被视为推动医药、化工等行业绿色转型和安全升级的关键力量。

一、连续流技术的演进:源于石化,赋能多元

石油化工

连续流动化学技术的兴起就来源于石油化工。为了高效处理原油的加热、裂解与精炼,石化行业很早就建立起一套高产率、连续性、可拓展性的生产模式。随着该模式的成功,化学家和化学工程专家对连续流动化学进行不断改进,开始将其引入更广泛的领域。

如今,连续流动化学已深入制药、精细化工等多个行业。在制药领域,它能够缩短反应监测时间,实现对工艺过程的实时动态分析;在化工生产中,它可部分替代传统间歇式工艺,降低能耗与废弃物排放。更重要的是,对于涉及易燃、易爆或高毒性中间体的高危反应,连续流技术凭借持液量小、传热效率高、控制精准等优势,从源头提升了生产的本质安全水平。

相比于传统的间歇反应釜,连续流动化学通过持续泵入反应物,在流动中完成转化,不仅提升了反应的稳定性和重现性,还能通过多级串联实现多步连续合成。它减少了人工干预,也让一些传统工艺难以实现的化学路径成为可能。

二、核心装备:微通道反应器与管式反应器


连续流技术的落地,离不开与之匹配的反应器。根据工艺需求与应用场景的不同,当前主流的装备主要分为微通道反应器与管式反应器两大类型。

1、微通道反应器

微通道反应器

微通道反应器的内部通道尺寸通常在微米至毫米级,结构复杂且设计精密,极大提升了流体的混合效率与换热效率,能够实现对反应时间与温度的精确调控,特别适用于对反应条件要求苛刻、需快速混合或需要严格控温的工艺开发。由于“放大效应”小,微通道反应器可以实现从实验室研发到工业化生产的无缝放大,大幅缩短工艺转化周期。

以微智源微通道反应器为例,采用的欧米伽、网格专利结构,进一步强化了传质与传热性能。根据行业公开技术资料显示,微通道反应器在特定工况下的传质效率理论上可较传统反应器提升近100倍,传热效率提升近1000倍,反应体积缩小近1000倍,停留时间分布优化近50倍,兼具本质安全、绿色环保、降本增效与质量稳定等多重优势。

2007年,Andreas Hartung等人利用连续流微反应器合成了反式-1,2-环己二醇(如图1),并与传统间歇反应进行了对比。在微反应器中,反应可以更安全地进行,同时反应效率和产品纯度也得到明显提升。

连续流微反应器合成反式-1,2-环己二醇

2、管式反应器

管式反应器

管式反应器由单根或多根管状结构串联或并联构成,结构简单、成本较低,且通量大、传热性能优良,广泛应用于大规模工业生产和连续工艺放大。

2005年,贺华阳等人采用管式连续流技术开展了脂肪酸甲酯的合成工艺研究(如图),平均产率>95%。

管式连续流技术用于脂肪酸甲酯合成工艺研究

为适应更复杂的反应体系,管式反应器也在持续进化。例如,赵秋月等人设计了一种带有机械搅拌装置的新型管式反应器(如图),内部添加T型搅拌结构,提升了流体湍流速度,缩短了反应时间,同时有效防止管路堵塞。

带有机械搅拌装置的新型管式反应器结构装置

三、挑战与趋势:连续流动化学的下一程


作为一种新型生产理念,连续流动化学的价值在于它对传统生产方式的重新定义——用更安全、更高效、更可持续的方式重构化学反应路径。但其走向更广泛的应用也面临一些挑战,例如固体原料不溶性、生成不溶性产物、后处理难度大等。这需要化学、工程、材料等多学科的交叉融合,共同探索系统性的解决方案。

面对这些行业共性难题,微智源聚焦毫米级微化工连续流技术,致力于为客户提供工艺研发到产业设计落地一体化EPC解决方案,助力企业在转型升级中探索更优路径。

展望未来,随着多学科融合的不断深入和产业实践的持续反馈,连续流动化学有望在更多反应类型中替代传统间歇工艺,成长为引领化工、制药等领域的主流生产范式。
参考文献
[1] Guidi M, Seeberger P H, Gilmore K. How to approach flow chemistry[J]. Chemical Society Reviews. 2020, 49(24): 8910-8932.
[2] Chemical Reactions and Processes under Flow Conditions[M]. The Royal Society of Chemistry, 2009.
[3] Ciriminna R, Pagliaro M. Industrial Oxidations with Organocatalyst TEMPO and Its Derivatives[J]. Organic Process Research & Development. 2010, 14(1): 245-251.
[4] Hartung A, Keane M A, Kraft A. Advantages of Synthesizing trans-1,2- Cyclohexanediol in a Continuous Flow Microreactor over a Standard Glass Apparatus[J]. The Journal of Organic Chemistry. 2007, 72(26): 10235-10238.
[5] 贺华阳,郭璇,王涛,等. 脂肪酸甲酯连续制备工艺的研究[C]. 2005.
[6] 赵秋月,张廷安,曹晓畅,等. 带搅拌装置的管式反应器停留时间分布曲线