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微通道反应器在染料行业中的应用

微通道反应器在染料行业中的应用

1. 连续化微通道反应器的特征与优势

微通道反应器(Microchannel reactor)从本质上讲是一种连续流动的管道式反应器,包括化工单元所需要的混合器、换热器、反应器、控制器等。但是它的管道尺寸远远小于常规管式反应器,它是利用精密加工技术制造的特征尺寸在数百μm以下的微型设备,与传统反应器相比,具有传质传热效率高、瞬间混合、返混几率小并能更好地控制反应温度和停留时间等优点,能够解决工艺放大问题,具有良好的反应安全性能。目前,已作为化学合成新手段应用于强放热反应、烃类催化氧化、有机金属催化偶合等常规条件下难以控制反应的研究。

  染料工业的生产过程主要采用单批釜式反应器生产,常需控制反应温度来减少重氮组份的分解,存在停留时间较长、混合欠充分、选择性欠佳、产品纯度不高、批次间差别大等不足。因此,研究新型反应器, 改进混合方式、简化工艺、连续化生产, 是染料工业实现工艺绿色化的一个发展方向

  微通道反应器应用于染料生产,具有以下优势:

1)  连续化反应代替了间歇式反应,减小批差;

2)  瞬间混合,有效的防止了活泼化合物的分解;

3)  在线反应体积小,保证了化学反应的安全性;

4)反应温度和时间能够精确控制,有利于提高收率和选择性。

2.微反应器在染料工业适合的反应类型

2.1 重氮化反应

重氮化反应过程中,重氮盐一般不稳定,容易分解或者发生副反应。而且,在常规间歇式反应釜中,各个局部的均匀搅拌很难保证,导致局部的化学配比偏离实验条件的要求,例如亚硝酸量不足、游离胺的浓度偏高等,就会使各种副反应发生。微通道反应器在进行此反应时,由于反应液能够瞬间混合均匀且反应能够连续进行,就有效的避免了因局部过量导致的副产物的生成

2.2 偶合反应

偶合反应中重氮盐容易分解。尤其当偶合组分为酚类化合物时,偶合条件往往需要强碱条件。所以在极短时间内重氮盐分子如果不能和偶合组分分子相碰撞发生反应,很快就会分解。这是偶合反应中的一个普遍的难题。在传统的釜式反应器中加强搅拌是解决这一问题的有效手段,但是仍然做不到瞬间混合。而微反应器反应区间的几何尺寸非常小,并且能够连续流动,这样就保证了在极短的时间内和很小的区间里,重氮盐组分和偶合组分能均匀混合并发生反应,最大程度上避免了副产物的生成。

2.3 硝化反应

硝化反应是放热剧烈的反应,局部温度不易被控制,容易发生副反应,而且温度失控降低了实验操作的安全性。使用微通道反应器进行硝化反应可以通过高效传热来实现精确控温,提高了收率和选择性。其次由于是连续化反应器,反应量小,降低了发生事故时的破坏性

2.4其他需要快速混合的反应

例如一些氧化反应需要将底物和氧化剂瞬间均匀混合,否则容易造成氧化过头或者氧化剂失活等情况,微反应器在此类情况中的优点,类似于上述的重氮化和偶合反应。

2.5需要形成窄分布粒径颗粒的反应

偶氮颜料往往需要在反应中形成窄分布的颗粒,在常规反应器中,颗粒的生成随着物料的加入逐渐进行,反应大约需要持续十分钟甚至数小时,由于在不同时间段反应情况不一样导致颗粒晶型和粒径不一致,而且后面形成的可能生长在先生成的颗粒上,造成整个粒径分布很宽,不利于产品质量



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