LH2薄层微混合器
50/50 µm
1 mm
25/25 µm
50 µm
85/25 µm
50 µm 25 µm
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拜耳微反应技术特点3： 无管化连接，组装简单灵活
侧视图
夹紧模块 密封垫片
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拜耳微反应技术特点3：无管化连接，组装简 单灵活
俯视图
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Miprowa®通用配置
反应类型 反应方程式 温度/压力 收率/时间 备注
羟醛缩合 A
0.5 mmol （10％ TBAF）Wiles, C.; Watts, P.; Haswell, S. J.; Pombo-Villar, E. Lab Chip 2001, 1, 100.
25°C
25°C 25°C
100% conv./ 24 h
5. 结论
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微反应技术可用于 …
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拜耳微反应技术用户举例*
Hochschule Anhalt
* 仅部分授权可使用其Logo的客户
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适合微反应技术的工艺特征
精细化学品和功能材料合成中涉及到的常见化学反应类型有氧化反应（硝化反 应等）、还原反应（氢化反应等）、Michael加成反应、活泼有机金属化合物 参与的反应 （格氏反应等）、偶联反应、光化学反应、裂解反应、酯化反应、 重排反应以及羟醛缩合反应等。此外，不少功能材料制备时也涉及到许多混合、 乳化或其它物理过程。上述的物理、化学工艺过程基本上都具有一个或几个适 合用微反应器技术进行工艺改进的特征，如： 快速的强放热反应； 要求快速均匀混和的反应； 要求精确控制反应工艺参数（如温度、压力、反应物配比和停留时间等）的 反应； 涉及不稳定中间产物或有后续副反应的反应； 涉及危险化学品或高温高压的反应；
100% conv./ 20 min E/Z = ~3/ 20 min
常温常 压
Wittig反应 B,D
Skelton, V.; Greenway, G. M.; Haswell, S. J.; Styring, P.; Morgan, D. O.; Warrington, B. H.; Wong, S. Y. F. Analyst 2001, 126, 11. Pennemann, H., Hessel, V., Lowe, H., Forster, S. and Kinkel, J. (2005) Organic Process Research & Development, 9, 188.
Nagaki, A.; Kawamura, K.; Suga, S.; Ando, T.; Sawamoto, M.;Yoshida, J. J. Am. Chem. Soc. 2004, 126, 14702. S. Suga, A. Nagaki and J. Yoshida, Chem. Commun., 2003, 354. Bayer Patents
4. 基于微反应器技术的连续工艺开发
5. 结论
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化工生产中的挑战
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微反应技术
优势：灵活，应用范围广 劣势：不能适应反应具体要 求, 反应效率低 反应时间分布宽 温度和浓度不均匀 反应温度控制困难 操作安全性差 优势：适应反应具体要求， 反应效率高
微反应技术 = 微型反应通道 + 连续流动
与传统工艺的差别 Difference from the traditional: • 微通道混合，强化传质 Micro mixing to enhance mass transfer • 精确控制钙磷摩尔比 Precise control of Ca-P ratio • 严格控制各过程的温度和时间 Precise control of temperature
25°C
25°C 25°C
E/Z = 0.5~5
PSD bimodal PSD monomodal; +73% glossiness; +66% transparency 98% conv./ 3 days 98% conv./ 3.5 h (3.0 g) 75% yield/ 2 h + 8 h 73% yield/ 35 min 80~85% yield, 12~27 h 98% yield, 3~10 min
heat transfer A ~ heat generation V
• 动力学淬灭
wall impact kT 1 A volume impact 2 2 2 p V
wall impact A ~ volume impact V
危险物质的滞留量小 微通道固有的阻燃性能 微结构改进了装置防爆性能
4. 基于微反应器技术的连续工艺开发
5. 结论
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拜耳微反应技术特点1：可选择模块多，适用 范围广
微反应器
乳化与沉淀反应器
光催化反应器
层叠式反应器
曲径式固定床 催化反应器
固定床气/液反应器
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低温反应器
Miprowa反应器
内部带混合的夹层反应器
阀式反应器用于羟基磷灰石的合成
微反应工艺MRT process
微型反应通道 极大的比表面积 流体A 流体B
快速均匀的混合
出色的换热能力
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连续的流动
反应时间 =
微通道体积 流速
连续流动 可精确控制反应时间 停留时间分布窄, 几乎无返混！
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安全性高
• 热淬灭效应
(T T ) A heat transfer 1 Ea / RT W n heat generation H r k0e [X ] V
模块化，灵活
精确控制反应条件 安全性高
辅助操作时间长
……
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微型反应通道
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微型反应通道
1000 100 10
1
0.1
d [mm]
比表面积 (m2 / m3)
微反应器 4,000 – 20,000
小反应器/整装反应器 列管式反应器 搅拌反应釜
1,500 – 4,000 100 - 400 4 - 40
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无放大效应
途径: -几何尺寸放大
LH 1000 LH 25
300 个通道, 宽度 50 µm: 流量 ~ 25 l/h 20 000 个通道, 宽度 50 µm: 流量 ~ 1000 l/h
100 mm
-并联叠加放大
-通道数量增加
LH 2
20 个通道, 宽度 50 µm : 流量 ~ 2 l/h
常温常 压
偶氮颜料 B,D
常温
催化氢化反应 A,C
Franckevicius, V.; Knudsen, K. R.; Ladlow, M.; Longbottom, D. A.; Ley, S. V. Synlett 2006, 889.
80°C, 1 bar 80°C, 1 bar
常（高） 温高压
原料1 原料2
无管化连接使反应装置的组装简单、 灵活、方便。 பைடு நூலகம்物
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高度集成的微反应工厂
一步均相反应装置
多步均相反应装置
一步或多步非均相反应装置
高温或低温反应装置
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自动控制系统
硬件
软件

Chart recorder with different scales
temperatur e T2 T4 T5
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微反应器对反应温度/时间的精确控制
避免平行副反应
温度对于一个化学反应非常重要： • 快反应需要降温否则容易失控甚至爆炸 • 慢反应需要加热以提高反应速率 • 许多反应对温度非常敏感（动力学Vs.热力学控制）
避免后续副反应
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无放大效应
We had a small problem with the scale-up out of the laboratory....
要求工艺稳定性高、可重复性好的反应。
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微反应器在有机反应中的优势举例 （1/2）
反应类型 Grignard 试剂 加成反应 A, B 自由基聚合反 应 B,C 反应方程式 Taghavi-Moghadam, S.; Kleemann, A.; Golbig, K. G. Org. Process Res. DeV. 2001, 5, 652. 温度/压力 收率/时间 49% yield, (A:B = 65:35 )# 78% yield, (A:B = 95:5 )* 备注 低温
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
微混合器和微换热器
梳式混合器
阀式混合器
层叠式混合器
盘片式换热器
电加热器
LH 2-薄层式混合器
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LH 25-薄层式混合器
LH 1000-薄层式混合器
同轴换热器
拜耳微反应技术特点1： 可选择模块多，适用范围广
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拜耳微反应技术特点2： 易拆装，易清洗
硝化反应 A,B
Panke, G.; Schwalbe, T.; Stirner, W.; Taghavi-Moghadam, S.; Wille, G. Synthesis 2003, 2827.
90°C 90°C 140~150°C 220~260 °C
高温
Claisen重排反 应 A,B,C
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Org Pro Res & Dev, 2001, 5: 636 - 645.
高温
# 代表常规反应器工艺结果；*兰色代表微反应器工艺结果。微反应技术在有机反应中的优势： A 提高反应速率和收率；B 提高反应选择性：C 安全操作 和快速放大；D 高通量快速工艺优化平台；E 多步及多元工艺开发。