1)微通道反應器連續化生產,有利于實現生產過程自動化。可實現對反應過程溫度、壓力、流量、物料配比、報警、連鎖、緊急切斷以及安全泄放等關鍵參數和重要節點的自動化集中控制,有效減少現場作業人員數量,從而降低誤操作帶來的安全隱患,避免群死群傷事故的發生。以某企業4 000 t/a規模的硝化反應為例,傳統反應釜需要40 m2占地面積和12名員工操作,而微通道反應器僅占地8m2,需要3名操作員工即可。
2)優良的傳熱性能讓反應接近等溫條件下進行,沒有熱點的聚集,對于放熱量巨大的快速化學反應,將反應產生的熱量迅速移除,控制反應溫度不超過設定值,可以避免局部溫度過熱,防止由于熱量積聚而產生飛溫現象,對控制過程失控具有重大意義。利用強化傳熱開發的微通道反應器目前已經應用于芳香族化合物的硝化反應、異丁烯加氫反應、二甲醚部分氧化、合成氣制備等。
3)優良的傳質性能使反應物擴散距離縮短,減小了擴散時間,從而降低了反應停留時間,反應時間的縮短和裝置自動化程度的提高降低了反應的危險性。
4)通過控制通道尺寸小于易燃易爆物質的臨界直徑,能有效地阻斷自由基的鏈式反應,從而使爆炸無從發生。
5)低持液量降低安全風險。微反應器采用連續流動反應,在反應器中停留的物料很少,即使萬一反應失控,危害程度也非常有限,相比較傳統反應釜,大幅提高了設施的安全性。
6)源頭上消除跑冒滴漏。微通道反應器連續化生產,保證了系統處于一個封閉密封的容器和管路之中,沒有了釜式批量生產的間歇倒料操作,從本質上消除了氣體、液體的跑冒滴漏源頭,有效降低了有毒、易燃物料泄漏造成的中毒、火災爆炸事故的風險。
7)在常規工業應用中,由于反應器體積大,設備材質和自動化水平的限制,導致高溫高壓操作條件不易實現。微反應器溫壓耐受性高,是一條實現苛刻操作條件的捷徑。以鄰苯二胺與乙酸的縮合反應為例,室溫下反應完全需要9周,但如將反應溫度提升至100℃則只需要5 h,若將溫度進一步提升至200℃只需要3 min。將此反應在一個SiC 微反應器中以313℃、5 MPa的條件實現,則停留時間只需要6 s。微反應器的采用,極大縮短了反應時間,提高了反應效率,也降低了長時間操作可能引起安全事故的可能性。
8)微反應單元是相對密閉的操作系統,且自動化程度較高,這就約束了危險物質的時空分布,可以為含有不穩定物質的化工過程提供一條本質安全化的流程再造方法,使一些傳統工業難以實現的生產過程成為可能。如由于氧化還原劑水合肼不穩定,在釜式反應中存在爆炸的巨大風險,由水合胼和氧氣合成醫藥中間體二氫蒂巴因的傳統經濟路線在工業規模上"被禁止"。目前,可強化反應條件的連續流方法讓這個應用成為現實,已成功開發的微通道反應器過程高效、安全、可放大。
文章引用自《微通道反應器在精細化工行業的安全應用》郭紅衛河南安科院安全科技服務有限公司




