微通道反應器通過精密的計算、設計和加工使流體在微通道內(nèi)混合、反應，改變流體層流模式直至接近湍流，同時在進料泵系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)的輔助下，大大提高了物料移動、換熱效率微通道反應器在許多反應中具有優(yōu)勢。但由于精細化工產(chǎn)業(yè)對微反應器及化學品一定規(guī)模工業(yè)化制造的要求，以及微反應器通道的進一步優(yōu)化和完善，目前微反應管長度已超過微米量級。因此，廣義上，微反應器是指能夠進行高效率對流熱交換、高效率材料輸送的連續(xù)式平坦擠出反應器[1-5]。

微通道反應器適用于相對大氣液比、發(fā)熱劇烈、滯留時間長的氣液反應，例如：硝化反應、氧化反應、重氮化反應、氯化反應、偶聯(lián)反應、氟化反應、聚合反應、溴化反應、縮合反應、丁基鋰反應、催化氫化等[6]。

1.在硝化反應中的應用

微通道反應器在實際實驗和工業(yè)生產(chǎn)中顯示出許多優(yōu)勢，已經(jīng)占有不可替代的地位。非常適合于強放熱反應、反應物或產(chǎn)物的不穩(wěn)定反應、反應物配比嚴格的快速反應、危險化學反應、高溫高壓反應、需要納米材料和產(chǎn)物均勻分布的反應和聚合反應等領域?；ば袠I(yè)工業(yè)化變革的趨勢也越來越明顯[7]。優(yōu)點如下：反應完整，提高反應轉(zhuǎn)化率，良好控溫，抑制副反應，提高反應選擇性，設備材質(zhì)優(yōu)良，反應條件范圍廣，優(yōu)化物料配比，節(jié)約原料，反應密閉性好，杜絕物料揮發(fā)，抑制爆炸危險。

微通道反應器非常適合硝化反應，許多文獻表明，反應時間一般為0.3~2min，反應溫度可以高于常規(guī)反應器，硫酸濃度越高，硝化速度越快。微通道反應器，強化傳熱、傳質(zhì)過程，減弱反應中空間阻力效應，減弱選擇性與各因素的關(guān)系，提高選擇性。反應更安全，傳遞過程的強化使反應器內(nèi)的反應過程易于控制，在硝化反應等強發(fā)熱過程中也能安全進行[8]。

Yu等人[9]采用微通道反應器的氯苯硝化實驗裝置為哈斯合金微反，引入微通道反應器的他們在最佳條件下進行硝化反應，該工藝反應通過流速、溫度等，采用微通道裝置在較短時間內(nèi)達到理想收率氯苯的單程轉(zhuǎn)化率約為99%。

2.芳香溴化物的鄰位

鋰鹵素交換反應的應用

芳香鹵化物的鋰鹵交換反應通常在低溫條件下進行，反應過程中鋰鹵交換反應速度非常快，1992年，Aidhen小組的研究發(fā)現(xiàn)，鋰鹵交換的速度比可能與其競爭的親核加成反應快[10]。正丁基鋰不僅參與芳族鹵化物的鋰鹵化物交換，而且可引起芳族鹵化物的鄰位鋰化反應。在通常的反應中，極低的溫度有利于有機鋰鹽的析出，不僅不利于反應體系，也不利于物質(zhì)移動。實驗室小劑量實驗容易實現(xiàn)，但工業(yè)生產(chǎn)擴大將面臨巨大挑戰(zhàn)。

實驗中必須絕對控制反應體系中的無水，所有材料采用氮氣保護的方法隔離空氣，丁基鋰在空氣中與水蒸氣反應，生成的LiOH迅速堵塞微通道。芳香溴化物和丁基鋰同時進入微通道反應器，在發(fā)生Li-Br交換后形成活性中間體，在壽命內(nèi)通過反應基質(zhì)和中間體發(fā)生親電取代反應后形成產(chǎn)物，在后續(xù)微通道中通過適量的水驟冷反應流出的粗產(chǎn)物可以通過萃取分離進行檢查。

整個實驗根據(jù)正丁基鋰高活性、反應速度快的特點，在活性中間體壽命時間內(nèi)投入反應底物，通過調(diào)節(jié)流速精確控制反應時間，在中間體轉(zhuǎn)化前與親電試劑反應將再投入水等物質(zhì)淬火，使反應停止，進一步防止副反應。反應的重點是第一階段的鋰鹵素交換，第二階段可以使親電劑反應過度。

3.在氧化反應中的應用

氧化反應是現(xiàn)代化學中的重要組成，在有機合成中更具有不可或缺的地位，現(xiàn)有的氧化技術(shù)大多以間歇操作為主，技術(shù)比較復雜，且伴有火災、爆炸等安全風險，操作不當導致的反應失控現(xiàn)象屢屢發(fā)生。微通道反應器是20世紀90年代首次提出的連續(xù)流化學中的重要反應器，與傳統(tǒng)的間歇式反應不同，微通道使材料在連續(xù)流動狀態(tài)下反應，其優(yōu)良的安全系數(shù)、極高的傳質(zhì)熱效率也使其進入了更多人的視野。

液液反應是微通道反應器的一大優(yōu)勢反應，其中進行氧化反應也是非常有利的選擇。在以往的合成醋酸工藝中，以硝酸為氧化劑，以環(huán)己烷為原料合成的情況較多，這存在較大的三廢處理問題?，F(xiàn)在有使用微通道反應器的工藝，作為氧化劑使用，作為催化劑使用，不使用其他催化劑和助劑，將收率提高到72%[11]。間歇式反應中收率僅為17%-25%，但這無疑是一個巨大的飛躍。

氣液氧化反應直接以氧為氧化劑，通過反應選擇合適的催化劑進行反應，在反應器中加入氣液混合器，將有機物與氧充分混合，以期達到良好的傳質(zhì)效果，通過微通道反應器的高效換熱，將反應釋放的熱量迅速帶回因此，保持恒定的反應溫度以避免對實驗造成不利影響。巴豆醛氧化反應在釜式反應中，工藝需要反應20小時左右，且其收率不高，但在微通道反應器中，將混合的反應氣液通過泵送入反應器，流速25ml/min，停留時間4min，轉(zhuǎn)化率達80%由此發(fā)現(xiàn)微通道反應器對氣液氧化反應有著巨大的突破。

4.實現(xiàn)綠色硝化

硝化反應目前廣泛應用于有機合成領域，越被人類利用，環(huán)境污染也越多，因此必須實現(xiàn)綠色硝化。在硝化反應的研究過程中，除了開發(fā)更合理、更綠色的工藝外，還可以考慮使用多種催化劑進行協(xié)同催化，避免各種工藝長短。

Yang等人[12]使用一定量的二氯甲烷作為反應溶劑，添加蒽醌和所選催化劑，在溫度一定的情況下添加N2O5，產(chǎn)物經(jīng)處理檢驗，轉(zhuǎn)化率為99.1%，收率為82%。該反應中使用的硝化體系不用于混酸，大大減少了廢水處理量，簡化了后處理技術(shù)。

Ma等[13]使用微通道反應器合成3,4-二氯硝基苯，硝酸作為硝化劑，硫酸作為溶劑使用，使用1:2的混酸配合實現(xiàn)了收率提高到96.4%，同時由于o-二氯苯和硝酸的比例為1:2，硝酸的殘留極少大大降低了廢水處理量。

一般的硝化反應是典型的強放熱反應，硝化反應通常在帶冷卻套的攪拌釜式反應器內(nèi)進行，但由于換熱面積小、傳熱效率有限，反應過程不得不控制進料速度，以避免因熱積聚引起的飛、噴、爆等現(xiàn)象。與以往的釜式反應器相比，用微反應器進行，除了具有反應速度快、反應物的使用量和副產(chǎn)物少、容易控制等優(yōu)點之外，在避免以往的反應器中的安全事故的基礎上，還發(fā)揮微反應器的獨特優(yōu)點[14]。因此，將微反應系統(tǒng)引入硝化領域，實現(xiàn)綠色硝化具有重大的理論意義和實踐意義。通過微反應系統(tǒng)實現(xiàn)綠色、安全、基本無污染的反應系統(tǒng)。

5.總結(jié)

對于硝化反應引起的混酸量減少來說，微通道反應器具有很大的優(yōu)勢，同樣在其他方面以及實驗中，微通道反應器也可以發(fā)揮同樣的優(yōu)勢，在未來的化工領域，無論是氧化、硝化、重氮化、胺化、氯化等反應微通道反應器可以發(fā)揮其無限潛力。采用微通道反應器的鋰鹵交換反應實驗不僅保證了反應條件的溫和，而且可以大大降低反應能耗，而且將生產(chǎn)率保持在一定范圍內(nèi)，為進一步的擴大化實驗乃至工業(yè)化生產(chǎn)提供了潛在的可能性。微通道反應器無論在安全性方面還是收率上都具有非常優(yōu)勢，使該工藝符合綠色化學的發(fā)展方向，具有良好的應用前景。