大流量微通道反应器正式投产

节选自 微信公众号 CPh制药在线;作者中山微反,CPh制药在线;链接:国内实现万吨/年大流量生产的自主研发微反应器投产啦!

 

微反应器和其代表的连续化反应技术是化工行业近十年来的热点话题。越来越多的科研机构和企业开始关注微反应器设备,但连续化生产在制药行业仍未得到广泛应用。“人们普遍不愿采用他们不熟悉的生产技术”,制药行业亦如此。不少中国药企受高昂的生产制造成本所困扰,固守着“批量生产”的旧模式。相比“连续生产”,“批量生产”在目前仍具有优势,这体现了行业对盈利的关注超出了对质量的关注。其实,连续化生产拥有降低能耗、减少废物、质量稳定、自动化程度高等多项优势,既可提高安全性和劳动生产率,也能制造那些无法通过批量生产的化合物。从长远来看,连续化生产是化工生产的必经之路。

 

微反应器、微通道技术在国内发展 30 余年来,小通量的实验领域已取得卓越数据与成效,但小试、中试装备利用率极低,大流量工业化运行尚未多见。笔者今天要向大家推荐的一家企业——中山致安化工科技有限公司,致力于利用自主研发的微反应器及其配套的相关设备和成套的工业化技术,来实现万吨/年大流量的微反应器自动化连续大生产。

 

中山致安化工科技有限公司自主研发 20 升/分的新型微反应器一次调试成功投入生产啦!该套反应装置区别于传统微通道装备、管道反应器、反应釜,是一种新型微反应器(流体通道更短、效率更高、通用性更强、针对不同类型反应和通量进行订做),并可应用于数十种常规反应和危险单元。

 

微反应器与釜式反应器相比有如下优点:

1、反应温度区间更宽、更高,反应速度更快

相比釜式,微反应器反应对反应温度的控制区间更宽、要高。视情况微反应器高于釜式反应温度 3-30℃,故反应速率大大高于釜式,相对于釜式需十几小时完成的反应在微反应器内只需几秒到十几分钟就能完成。

 

2、传热传质效果好

微反设备由于流道通径根据流量、流体性质确定,并加入根据流体性质订制特殊结构,流体流速快,混合效果好,传热、传质远远高于釜式反应,一般是釜式的 3-30 倍,因而分子间有效碰撞效果更好, 大大加快了反应速度。

 

3、反应选择性好,收率高

特别对于副反应多,产品收率低的反应,控制好需要选择的主反应相对有利条件,抑制副反应,从而大大提高主反应收率,并相应减少相对过量原料的投入量和"三废"的产生量。

 

4、自动程度高,安全性好,收率和质量更平稳

由于微反应器反应在相对密闭、狭小的空间内进行,相对釜式承压更高(一般可耐 2-20MPa),加上多点温度、压力、安全附件等辅助设施,加上微反应器内存料液是釜式的 0.1-3%(一般只有 10 到几十升), 特别对于产物易分解的硝化、重氮化反应、氧化等危险工艺要比釜式 具备绝对的安全优势。特别是连续微反更有利于 DCS 的自控,反应受人为因素影响小,收率和质量稳定,过程安全,将隐患降到最低。

 

微反一般在 2-10 米的流道内完成反应,比普通的管道反应器、反应釜更具效率。同时,微反应器可以看作类似平推流,通道每个截面的料液浓度和温度都均一,随着流体的推进,反应转化率逐步提高,到一定转化率终止反应即可。

 

5、更节约、减废、更低运行成本

设备投资少,产量大,占地面积少,危险品占用量少也是其优点。由于微反应器反应比釜式反应温度区间更大,很多需冷冻低温下的反应可在较高的温度下进行。同时冷媒可以冷热综合利用,如醇醛缩合、重氮化、易分解反应等在微反应器内反应就不需要冰机制冷低温下反应,从而大大节省了动力能耗。同时微反应器的成功实施,能减少专业化工操作人员的依赖度。

 

你还在顾虑这些?中山微反可以提供解决方案

微反应器虽优点众多,但企业考虑到对微反应器投资大、产能小和应用受到抑制等因素影响,有些不敢尝试投入,不认同的因素可能包括:

• 成功的微反应器,从中试实验开始,就同步考虑工业化放大方案,不能无差异放大的微反成套设备是没有经济价值的。

 

• 结构同质化、关注点在小批量实验上,对含固流体、粉体、悬浮物、盐、析出物、气体等物理状态差异较大的物料没有区别性的设计。由于微反装备工况参数过于标准化,无法应对更多类型的化学反应。

 

• 串流、堵塞、反应器温度变化过大等现象,是大流量工业化装备必须考虑的因素。洞察发现成套微反装备的专有现象是微反技术的关键,包括真实的流量、温度、压力、粘度、热量平衡、压降等等。

 

• 推广人员过于商业化,追求销售指标和出售装备,使用单位微反技术资源投入不足。技术支援方没有提供懂化工机理、懂装备设计、有微反应器实操经验、有化工生产经验的务实人员配合客户小试、中试、大生产全程支持。配套进料、自控组件等配套不兼容或偏差过大,理论设计和工业化相差甚远。过渡依赖外部配套,直接导致装备成本居高不下。

 

• 微反设备提供方侧重出售设备,不侧重工业化指标移交,导致客户对设备投入信心不足。

 

以上这些可能会有的顾虑,中山微反都能提供相应的解决方案。

 

中山微反万吨流量/年一键远程化工典型案例

下面是一家企业利用中山致安化工科技有限公司自主研发的微反应器技术来实现自动化连续生产醇醛缩合、氧化大通量的工业化成功案例。

中山致安化工科技有限公司自主研发 20 升/分钟的新型微反应器,是一种新型微反应器,整合浙大中控 DCS 技术,并可应用于数十种常规反应和危险单元。

 

万吨工业微反现场图片

 

 

该中山微反 MR 装置特点:

流量更大,20-40 升/分钟,材质类同于C276 抗腐,核心微反应器可承压 20MPa 以上,反应温度 500℃以下。

 

采用浙江中控 DCS 一键远程联锁控制,多泵物料进料比瞬间准确度 99%以上,反应器实现多温区梯度控温。

 

主体 3D 打印 MR 反应器,总重量少于 50kg ,单个反应器体积长 30 厘米、宽 20 厘米、高度 5 厘米。并配备 5 组防爆伺服自动调节流量低脉冲计量泵进料。

 

一套微反装备代替16台3000升反应釜的生产能力,远程控制, 消除安全隐患。

 

投资成本和传统装备相差无几,成套装备可以提供 5-8 年有偿保养升级。

 

装备具备全新功能,除了不能用于平衡反应外,只要具备稳定进料条件,并有 0.3MPa-0.6MPa 的工作压力,可以适用于快速反应和中速反应,包括硝化、氯化、重氮化、丁基锂等反应,可应用于医药、农药、涂料、染料、香料等精细化工生产中,实现万吨流量的年生产能力。

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