連續(xù)流動化學(xué)：提高安全性，縮短批次時間，提高質(zhì)量和產(chǎn)率

流動化學(xué)，即持續(xù)工藝或連續(xù)流動化學(xué)首先以既定流速將兩個或更多不同的反應(yīng)物流泵送至一個腔室、管子或者微型反應(yīng)器內(nèi)發(fā)生反應(yīng)，然后在出口處收集包含所產(chǎn)生化合物的流體。 該溶液還可能被導(dǎo)向到后續(xù)的流動反應(yīng)器環(huán)路中，以產(chǎn)生最終產(chǎn)物。 僅需要少量物料，這很大程度上提高了工藝安全性。 由于連續(xù)流動技術(shù)的內(nèi)在設(shè)計，可以達到批次反應(yīng)無法安全達到的反應(yīng)條件。 其結(jié)果是質(zhì)量更高、雜質(zhì)更少和反應(yīng)循環(huán)時間更快的產(chǎn)物。

數(shù)十年來，化工行業(yè)一直采用流動化學(xué)。 最近，制藥和精細化工行業(yè)也在越來越多地采用此技術(shù)。 提高的安全性、改善的產(chǎn)品質(zhì)量、經(jīng)濟高效以及總體的生產(chǎn)靈活性，這些都是連續(xù)流動化學(xué)使用增多的驅(qū)動因素。

流動化學(xué)的優(yōu)點

使用連續(xù)流動化學(xué)有諸多優(yōu)點，其中包括：

· 更好地控制反應(yīng)，更佳的反應(yīng)可重現(xiàn)性 混合、加熱和停留時間等關(guān)鍵反應(yīng)參數(shù)更精確地進行控制，因此可以提高產(chǎn)品產(chǎn)量，改善雜質(zhì)控制。

· 可以評估更多的反應(yīng)變化因素。  例如，在壓力下運行連續(xù)反應(yīng)可以使得反應(yīng)能夠在更高溫度下進行，而在間歇反應(yīng)中無法達到這樣的溫度，在間歇反應(yīng)中通常只是在環(huán)境壓力下進行溶劑回流。 因此可以提高產(chǎn)量。

· 模塊化、可定制的工作流程。流動化學(xué)設(shè)備具有較高的模塊化性能。 因此對設(shè)備進行配置，以滿足具體反應(yīng)的要求變得非常簡單。 現(xiàn)在有一些商用的任務(wù)特定模塊，可以輕松組裝到用戶定制的工作流程中。

· 改進工藝安全性。 過于危險無法以間歇方式進行的反應(yīng)通常被認為可在連續(xù)流動中進行。 一個危險的反應(yīng)可能是放熱非常大或能量非常大的反應(yīng)，而在流動反應(yīng)中，會接觸更小量的反應(yīng)物。 此外，接觸有毒的基質(zhì)和試劑的情況由于連續(xù)流動系統(tǒng)中所需的更小用量，以及不必手動采樣進行分析而得以較大程度減少。

· 化學(xué)反應(yīng)的快速分析、優(yōu)化和放大生產(chǎn)。 在流動工藝中測試多種反應(yīng)變化因素要快得多，所需物料和試劑也更少。 實時在線分析針對變化因素對反應(yīng)性能的影響提供了即時反饋。

· 提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量。 由于對變化因素的精確控制以及基于更廣泛反應(yīng)條件安全進行反應(yīng)的能力，總體產(chǎn)量得以提高，雜質(zhì)含量得以較大程度降低。

流動化學(xué)的主要應(yīng)用

最近幾年，使用連續(xù)流動化學(xué)進行的反應(yīng)的數(shù)量和類型已經(jīng)大幅增多，尤其在制藥、精細化工、綠色化學(xué)、催化反應(yīng)和高分子化學(xué)中更是如此。 這些化學(xué)行業(yè)的大部分發(fā)展對于批次反應(yīng)來說都問題過多，無法以更大規(guī)模處理。 其中包括具有危險可能性的反應(yīng)，如：

氫化反應(yīng)-可燃、易燃與爆炸風(fēng)險

氧化-放熱、高反應(yīng)性、爆炸危險

鹵化-腐蝕性、毒性

氮化合物 – 放熱、易爆、毒性

高活性性低分子量碳化合物 – 毒性、一氧化碳、氰化物、光氣

硝化

重氮化

格氏試劑

使用有毒氣體的反應(yīng)

通過流動化學(xué)可以更安全處理反應(yīng)物可能危害人體健康的反應(yīng)。 連續(xù)流動化學(xué)的另一個日益增長的用途是控制立體化學(xué)，因為可以更仔細地調(diào)節(jié)反應(yīng)變化因素以控制差向異構(gòu)化。