摘要：微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展歷史只有30多年，但因其強大的優(yōu)勢越來越受研發(fā)機構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。本文介紹了微反應(yīng)器的優(yōu)勢、微反應(yīng)技術(shù)的研究現(xiàn)狀以及面臨的阻礙，分析了微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

　　微反應(yīng)技術(shù)是一種采用微通道反應(yīng)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)器進行化學(xué)反應(yīng)的工藝技術(shù)。微通道反應(yīng)器也稱微反應(yīng)器，是一種以連續(xù)流動為基礎(chǔ)的微通道管式反應(yīng)器。“微”并不是指微反應(yīng)設(shè)備的外形尺寸小或者產(chǎn)品產(chǎn)量小，而是指工藝流體的通道在微米級別(10-1000微米)，微反應(yīng)器包含成百萬上千萬的微型通道，也可以實現(xiàn)產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。

　　微反應(yīng)器具備常規(guī)反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)勢

　　微結(jié)構(gòu)賦予了微反應(yīng)器很大的比表面積，是傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器的幾百倍甚至上千倍;微反應(yīng)器的傳熱和傳質(zhì)能力極強，可以實現(xiàn)高效傳熱，傳遞物料也可以瞬間均勻混合。以上性能保障了微反應(yīng)器可以用在強放熱反應(yīng)、反應(yīng)物或產(chǎn)物不穩(wěn)定的反應(yīng)、對反應(yīng)配比要求很嚴格的快速反應(yīng)、危險化學(xué)反應(yīng)、高溫高壓反應(yīng)等一系列常規(guī)反應(yīng)器無法實現(xiàn)的反應(yīng)。

　　微反應(yīng)器的優(yōu)勢可以總結(jié)為以下幾點：

　　1.精確控制反應(yīng)溫度：極大的比表面積賦予微反應(yīng)器極大的換熱效率，能夠及時導(dǎo)出反應(yīng)瞬間放出的大量熱量，保持穩(wěn)定的反應(yīng)溫度，避免了常規(guī)反應(yīng)器因為無法及時導(dǎo)出反應(yīng)熱導(dǎo)致局部發(fā)生副反應(yīng)的問題，能夠提升產(chǎn)品的收率。

　　2.精確控制反應(yīng)時間：常規(guī)反應(yīng)器一般以逐漸滴加的方式進行物料的添加，以避免發(fā)生劇烈反應(yīng)，容易導(dǎo)致部分物料停留時間過長，產(chǎn)生副產(chǎn)物，降低反應(yīng)收率。微反應(yīng)器中發(fā)生的是連續(xù)流動反應(yīng)，一旦達到最佳反應(yīng)時間就將物料向下一步反應(yīng)傳遞或者停止反應(yīng)，物料在反應(yīng)器中的停留時間可以得到精確控制，從而減少副產(chǎn)物。

　　3.精確控制物料混合比例：在常規(guī)反應(yīng)器中，易發(fā)生物料以不適當?shù)谋壤旌希菀装l(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生副產(chǎn)物。微反應(yīng)器的反應(yīng)通道直徑小，物料可以按照適當?shù)谋壤_快速均勻混合，有效減少副產(chǎn)物的生產(chǎn)。

　　4.提升反應(yīng)過程安全性：物料在微反應(yīng)器內(nèi)進行連續(xù)流動反應(yīng)，因此反應(yīng)器中停留的物料數(shù)量維持在較少數(shù)量，如果發(fā)生失控，危害程度有限。微反應(yīng)器具有極大的換熱效率，能夠及時移走反應(yīng)熱，維持穩(wěn)定的反應(yīng)溫度，有效避免安全事故和質(zhì)量事故的發(fā)生，因此微反應(yīng)器能提升反應(yīng)過程的安全性，實現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

　　5.無放大效應(yīng)：采用傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器生產(chǎn)，由于生產(chǎn)設(shè)備的傳熱傳質(zhì)效果受到設(shè)備大小的影響，因而工藝小試成功后放大時，需要花費一定時間摸索。而微反應(yīng)器無需進行設(shè)備尺寸的放大，而是增加微通道的數(shù)量來進行工藝放大，所以小試成功后產(chǎn)品可以直接投入生產(chǎn)，節(jié)省從實驗室到投入生產(chǎn)的時間。

　　綜上，微反應(yīng)器有許多常規(guī)反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)勢：微反應(yīng)器能夠有效減少副產(chǎn)物，提升產(chǎn)品收率，增強產(chǎn)品選擇性，產(chǎn)品質(zhì)量得到提升;副產(chǎn)物減少還能降低對環(huán)境的影響，增強反應(yīng)過程的環(huán)保性;微反應(yīng)器生產(chǎn)縮短反應(yīng)時間，提升了生產(chǎn)過程的安全性，使企業(yè)實現(xiàn)安全生產(chǎn)，達到降本增效的目標。

　　微反應(yīng)技術(shù)處于快速發(fā)展階段

　　微反應(yīng)技術(shù)的概念于1995年由德國的埃菲爾德微反應(yīng)技術(shù)公司的創(chuàng)始人Wolfgang Ehrfeld教授首次提出，埃菲爾德公司是第一家將微反應(yīng)技術(shù)進行商業(yè)化的公司。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前全球已有50多家微反應(yīng)器的供應(yīng)商，主要集中在歐美等發(fā)達國家。許多歐洲的企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)，尤其是大型的化工和醫(yī)藥公司都在致力于開發(fā)和應(yīng)用基于微反應(yīng)器的新生產(chǎn)工藝，美國康寧、德國拜耳和巴斯夫、瑞士龍沙等公司相繼成立了專門的部門負責(zé)微化工技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用，研發(fā)并推廣其生產(chǎn)的微反應(yīng)器。

　　歐美生產(chǎn)的微反應(yīng)器相對先進，但對我國的銷售價格昂貴，且服務(wù)于價格不對等，阻礙了微反應(yīng)技術(shù)在我國的應(yīng)用。我國于上世紀末啟動了微反應(yīng)技術(shù)的研究，目前有幾家高校、科研院所和化工科技企業(yè)專注于研究微反應(yīng)技術(shù)，并取得了一些成果，見表1。

　　表1 我國開展微反應(yīng)技術(shù)研發(fā)的機構(gòu)

　　(資料來源：公開資料整理)

　　2017年，紹興東湖高科股份有限公司收購了擁有最先進微反應(yīng)技術(shù)的德國微反應(yīng)技術(shù)公司埃菲爾德，意味著最先進的微反應(yīng)技術(shù)被引入中國，將為中國的化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供支撐。

　　綜上，微反應(yīng)技術(shù)近幾十年來一直是國內(nèi)外研究機構(gòu)和企業(yè)關(guān)注的熱點，國內(nèi)外開展了大量相關(guān)研究工作。微反應(yīng)技術(shù)對一些化學(xué)反應(yīng)有很好的應(yīng)用潛力，卻在基礎(chǔ)研究、設(shè)備開發(fā)等方面還存在著一定局限性，隨著國內(nèi)外不斷開展對微反應(yīng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，這些局限有望在幾年內(nèi)被打破，微反應(yīng)技術(shù)正處于快速發(fā)展階段。

　　微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展面臨諸多阻礙

　　⑴微反應(yīng)器的應(yīng)用面臨技術(shù)挑戰(zhàn)

　　微反應(yīng)器的工業(yè)化應(yīng)用并非適用所有反應(yīng)，比如原料為固體且無法轉(zhuǎn)化為液體的工藝，無法通過微反應(yīng)器實現(xiàn);存在反應(yīng)平衡，反應(yīng)過程需要將中間體移除才能進一步反應(yīng)的工藝，也是微反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用面臨的一個挑戰(zhàn)。研究表明，微反應(yīng)器目前適用于20%的精細化工產(chǎn)品。

　　⑵微反應(yīng)器的應(yīng)用需要考慮經(jīng)濟因素

　　對于反應(yīng)時間較長的生產(chǎn)工藝，微反應(yīng)器雖然能通過強大的傳質(zhì)能力將反應(yīng)時間縮短，但需要依托于較大的設(shè)備體積，使用成本過高。因此微反應(yīng)器的應(yīng)用需要進一步完善對生產(chǎn)工藝的研究。微反應(yīng)技術(shù)方案的確定需要綜合考慮工藝設(shè)計、工程實施、設(shè)備維護、長期運行是否可靠等諸多因素。

　　⑶應(yīng)用微反應(yīng)技術(shù)需要保持正確的思想觀念

　　微反應(yīng)技術(shù)并非萬能，有一定的局限性。傳統(tǒng)化工技術(shù)具有豐富的成功經(jīng)驗，應(yīng)該將微反應(yīng)技術(shù)和傳統(tǒng)化工技術(shù)有機結(jié)合，推動化工產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，不能只依靠單一的技術(shù)。此外，微反應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用還需要化工從業(yè)人員不斷更新自身的知識體系，傳統(tǒng)的化工領(lǐng)域的“三傳一反”理論不適用于微反應(yīng)，因而如果化工企業(yè)人員依然沿用傳統(tǒng)的操作方式和管理模式，就會影響微反應(yīng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化進程。

　　⑷微反應(yīng)技術(shù)人才的培養(yǎng)任重道遠

　　微反應(yīng)工藝從開發(fā)到應(yīng)用，需要多方面的專業(yè)支持，并不是買一臺新的設(shè)備就能投入生產(chǎn)。微反應(yīng)器設(shè)備需要根據(jù)工藝的要求定制設(shè)計，也要求匹配的工藝參數(shù)，對市場化的技術(shù)服務(wù)提出要求。企業(yè)實施微反應(yīng)工藝改造，也需要一個專門團隊來負責(zé)反應(yīng)工藝、反應(yīng)設(shè)備、安全分析、儀器儀表等諸多領(lǐng)域，目前國內(nèi)企業(yè)在這方面的專業(yè)團隊還很稀缺。人才的培養(yǎng)是微反應(yīng)技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展重點。

　　結(jié)語

　　微反應(yīng)器具有常規(guī)反應(yīng)器無法比擬的優(yōu)勢，更加安全環(huán)保，產(chǎn)品質(zhì)量更好，能夠?qū)崿F(xiàn)降本增效的目標;國內(nèi)外的研究機構(gòu)和化工醫(yī)藥企業(yè)不斷開展關(guān)于微反應(yīng)技術(shù)的研究和應(yīng)用，微反應(yīng)技術(shù)處于快速發(fā)展階段;微反應(yīng)技術(shù)的發(fā)展還存在諸多阻礙，應(yīng)當引起研究機構(gòu)和企業(yè)的關(guān)注。