微反應壓力控制自動(dòng)化——全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器

在流動(dòng)化學(xué)連續反應過(guò)程中，壓力是影響反應的重要參數之一。

尤其對于有氣體參與的反應：加氫反應、氧氣氧化反應、超臨界反應、部分Diels-Alder反應、氨解反應等；反應過(guò)程有氣體產(chǎn)生的反應：重氮鹽的取代反應、氮賓吲哚合成反應等和低沸溶劑強化條件反應，連續流設備配備壓力控制器是*。

本文主要分析在連續反應過(guò)程全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節方案的優(yōu)勢，相對于傳統手動(dòng)調節壓力，全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節可有效地減少人為操作誤差因素，避免反應體系壓力波動(dòng)現象，實(shí)現恒流恒壓。此外，還有2例背壓實(shí)驗案例供大家參考。

壓力影響反應效率：對于有氣體參與的反應，壓力可以改變氣體的溶解度，增加底物接觸，通過(guò)對壓力改變提高反應的效率快速優(yōu)化出*的工藝參數。

壓力影響反應時(shí)間：連續流反應中一種試劑是氣體或引入惰性氣體時(shí)，通過(guò)增加反應器壓力，將氣體占據的實(shí)際體積降低。這將為反應的液體部分留下更多空間，從而提高反應器的利用率和生產(chǎn)率。

壓力可強化反應條件：常壓下溶劑擁有固有的沸點(diǎn)，通常實(shí)驗溫度低于溶劑沸點(diǎn)，當此溫度不能達到反應效果時(shí)需要更換更高沸點(diǎn)溶劑，更換溶劑可解決問(wèn)題同時(shí)也會(huì )增加反應后處理復雜程度。連續反應過(guò)程中可通過(guò)提高壓力，提高試劑的沸點(diǎn)，使溫度篩選范圍更寬，在使用同一溶劑的情況下達到更好的反應效果。

目前實(shí)驗室連續流反應壓力控制以傳統手動(dòng)方式調壓控制。

手動(dòng)方式壓力控制存在的弊端：

出現反應體系壓力波動(dòng)現象：傳統手動(dòng)方式調壓存在滯后，且無(wú)法保證壓力穩定時(shí)間，手動(dòng)調節反應器中的微·小壓力變化數值費時(shí)費力，因調節滯后而造成工藝參數不穩定和數據不準確現象。

為避免出現反應體系壓力波動(dòng)現象，更好地解決反應器中的恒流恒壓問(wèn)題，歐世盛（北京）科技有限公司自主研發(fā)生產(chǎn)的BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器上市三年多以來(lái)，已經(jīng)成功解決了上百位用戶(hù)的疑難高壓反應。

BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器可與供料泵（點(diǎn)擊查看詳情）實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，保證反應器中的恒流恒壓環(huán)境，使條件摸索的準確度和效率大幅提高。

BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器

特點(diǎn)：

l  3秒快速響應，背壓閥范圍內自動(dòng)調壓

l  316L、C276不同材質(zhì)閥體，適用更多的液體或氣體種類(lèi)

l  可選配200℃高溫背壓閥，適用于高溫體系反應

l  高靈敏度數字壓力檢測與0.06°步距角細分，適調壓精度更精準

BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器連接在微反應后端，當物料在反應器內壓力波動(dòng)時(shí)也能實(shí)時(shí)保持設定壓力，與進(jìn)料控制系統聯(lián)用就可以將反應體系保持在恒流恒壓的狀態(tài)，這對實(shí)驗的重復性和精準性至關(guān)重要，避免物料的浪費，也大幅提高了研發(fā)的效率。

BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器做到可以自動(dòng)實(shí)時(shí)調節系統壓力，將壓力控制模塊與工藝分析技術(shù)結合，研究人員可通過(guò)壓力值數據，對流動(dòng)化學(xué)過(guò)程工藝條件進(jìn)行追溯，進(jìn)而達到最佳的反應可重現性，為流動(dòng)化工藝方法開(kāi)發(fā)提供保障。

BP系列全自動(dòng)在線(xiàn)背壓調節器性能指標

《化學(xué)通報》刊載的一例“連續流技術(shù)合成地奧司明"案例中，研究者以吡啶作為反應溶劑溶解橙皮苷，通過(guò)碘代氧化脫氫合成地奧司明。實(shí)驗過(guò)程中，研究者發(fā)現在常壓下，受吡啶沸點(diǎn)的限制，反應溫度很難提高。采用了混合反應器的方式即先微反連續再釜式延長(cháng)反應時(shí)間，均未達到理想的結果。

后來(lái)，采用連續流微反應器，對于背壓下不同條件的研究結果如下：

在連續流微反應器系統中，可以通過(guò)背壓閥以增加系統壓力， 從而解決常壓反應過(guò)程中因體系物料沸點(diǎn)受限的問(wèn)題。在背壓條件下，作者依次考察了反應溫度、體積流速、摩爾比對反應的影響。

圖1. 連續流微反應器中背壓下不同條件的影響

經(jīng)研究發(fā)現這三個(gè)因素的提高對收率有不同程度的提升。

為了進(jìn)一步探究反應溫度對橙皮苷轉化率和地奧司明收率可能存在的不同影響，將不同摩爾比的反應液經(jīng)10℃下常壓攪拌混合 30min 后，再進(jìn)入反應溫度為 170℃ 連續流微反應器進(jìn)行反應。

圖2.調節溫差在連續流微反應器中的影響

結果如圖2所示，低溫有利于提高橙皮苷的轉化，高溫有利于地奧司明的生成。

作者在系統中引入背壓閥，增加系統壓力，獲得了優(yōu)化的工藝條件，即原料摩爾比為 1∶1. 5，反應液經(jīng) 10℃下攪拌 30min 后，進(jìn)入連續流微反應器反應。連續流微反應條件為壓力 1×106Pa、反應溫度170℃ 、原料濃度 50mg/mL、反應停留時(shí)間 2. 7min。

該研究表明：

1. 微反應器系統可以通過(guò)背壓來(lái)突破沸點(diǎn)對反應溫度的限制；

2. 采用兩溫區，混合式反應方式可以取得較好的研究結果；

3. 微反應器系統可以通過(guò)背壓來(lái)突破沸點(diǎn)對反應溫度的限制。

OPRD期刊載的一例“4-甲基-1H-吲哚的區域選擇性合成2-氰基-5-甲?；?4-甲基-1H-吲哚"案例中，實(shí)驗過(guò)程中，研究者發(fā)現在常規反應中，使用甲苯和二甲苯溶劑都不能達到理想的反應收率，且反應過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的氣體，安全性不能達到保障。

研究組后來(lái)采用連續流反應器，以甲苯和二甲苯作為溶劑進(jìn)行反應嘗試。

在高于二甲苯溶劑沸點(diǎn)（沸點(diǎn)144.4℃）條件下，通過(guò)增加壓力強化反應條件的方式，反應收率達78%。反應過(guò)程中產(chǎn)生的氣體可通過(guò)壓力控制裝置平穩地釋放到體系外，達到減小體系壓力波動(dòng)、安全連續生產(chǎn)的目的。

如上圖，研究組后來(lái)對條件進(jìn)行驗證，背壓體系可以達到穩定一致?tīng)顟B(tài)。