免責聲明：文章來源知乎《YEBOSS的化工知識大雜燴》作者：作者：法式滾筒YEboss  轉(zhuǎn)載僅供參考學習及傳遞有用信息，版權(quán)歸原作者所有，如侵犯權(quán)益，請聯(lián)系刪除。

鏈接：https://zhuanlan.zhihu.com/p/62197195

在采用連續(xù)流設備比如微反應器，管道反應器等進行合成工藝開發(fā)的時候，大家往往從現(xiàn)有工藝起步。直接在微反應器或管道反應器中套用現(xiàn)有工藝條件，比如溫度，壓力，底物濃度等等，然后根據(jù)實驗結(jié)果對停留時間，進料比例等條件進行優(yōu)化。這是工藝開發(fā)中比較初步且容易上手的階段。實際上在涉及連續(xù)流設備的工藝開發(fā)中，更有效益的做法是充分利用設備特點，跳出現(xiàn)有的工藝框架，在現(xiàn)有工藝的操作點之外尋求新的操作條件，實現(xiàn)生產(chǎn)效率的最大化。在這里筆者給大家提供一個思路，那就是用絕熱反應替代等溫反應。

絕熱反應與等溫反應的區(qū)別

常規(guī)的有機合成反應，無論從實驗開發(fā)還是工業(yè)生產(chǎn)，均傾向于在恒定溫度下進行，溫度作為一個重要的工藝控制指標，被嚴格控制。之所以等溫操作流程被廣泛采用，主要有三個原因：

一方面小試實驗都是一般都是在攪拌釜內(nèi)進行的，而且是間歇反應，反應常常在等溫條件下進行，小試實驗往往對溫度進行優(yōu)化，選取出最適溫度。生產(chǎn)過程一般以小試實驗為基準進行放大，自然而然把最適溫度代入實際生產(chǎn)中。

另一方面恒溫條件有利于保證生產(chǎn)安全，溫度過高可能導致溶劑氣化，形成高壓環(huán)境。個別情況下甚至會導致溶劑分解，生成爆炸性物質(zhì)。

最后，相當一部分反應在溫度超過一定條件下會形成副產(chǎn)物，降低反應收率。

因此在現(xiàn)有生成工藝中70%的化學反應在過程中都會要求進行嚴格的溫度控制，對于放熱反應往往通過換熱器或夾套等形式移除反應熱量。

與等溫反應相對的是絕熱反應，絕熱反應系統(tǒng)不對溫度進行特殊控制，不使用換熱設備移除反應系統(tǒng)熱量。在反應過程中物料被反應放出的熱量加熱，反應溫度逐漸升高，并不維持恒定。

絕熱反應的優(yōu)勢

相對于等溫反應系統(tǒng)，絕熱反應還是有一些優(yōu)點的：

首先，對于放熱反應，反應速度快，一般化學反應，隨著溫度增加，反應速度是提高的。絕熱條件下反應放出的熱量導致體系溫度升高，加速反應，縮短反應時間。

其次，絕熱系統(tǒng)無需配置冷卻設備及控制系統(tǒng)，設備大大簡化。而且非常利于設備的防腐處理，因為絕大部分耐腐蝕材料（如PTFE，搪瓷等）導熱能力都非常差，如果用于等溫系統(tǒng)設計必須考慮這個問題。

絕熱反應與連續(xù)流設備的結(jié)合

連續(xù)流設備實際上非常有利于進行絕熱反應，體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.連續(xù)流設備多為管道式結(jié)構(gòu)而且直徑遠小于反應釜，設備耐壓等級高，可以承受因為溶劑沸騰，甚至爆炸產(chǎn)生的高壓環(huán)境。

2.連續(xù)流設備持液量小，即使發(fā)生泄漏與爆炸也不至于導致較大危害，而且管道直徑較小本身就能起到阻火阻燃的作用。

3.反應停留時間較短，在特定情況下（副反應速率低于主反應時）可以抑制因高溫產(chǎn)生的副反應。

從以上分析可以看出，絕熱反應的兩大缺點——副反應多，生產(chǎn)安全問題，都可以通過與連續(xù)流設備結(jié)合來避免。因此在連續(xù)流工藝開發(fā)過程中嘗試絕熱工藝是有可行性和必要性的。

絕熱工藝開發(fā)需要注意的問題

絕熱工藝雖然優(yōu)點很多，但對工藝開發(fā)的要求還是要明顯高于等溫工藝的，絕熱工藝的開發(fā)，至少是要在基于以下條件之上的。

1.對不同溫度下產(chǎn)物的分布，副產(chǎn)物的性質(zhì)與危害，主產(chǎn)物可接受的濃度，主產(chǎn)物與副產(chǎn)物的產(chǎn)生速率要有非常清楚的認識以及詳細的實驗數(shù)據(jù)。特別要警惕副產(chǎn)物高溫下生成速率大于主產(chǎn)物的情況，這種情況難以通過縮短停留時間進行彌補。

2.對反應熱及體系最終可能達到的最極端條件要有充分認識，連續(xù)流反應器耐壓能力雖強，但不是無限制的，追求耐壓能力會犧牲設備的其他性能。因此在工藝開發(fā)中，需要依靠計算或者實驗確定體系可能達到的最極端條件（溫度，壓力）以此為依據(jù)進行設備設計以及選型。