合成民工 ? 微反應極客
四個極分別需要具備什么樣的知識和能力？
一極：認識流體設備，了解流體基本概念，學習基礎流動化學研究方法；
二極：掌握設備原理，熟練操作并維護，熟悉多種反應研究方法；
三極：工程設計與計算，多因素工藝優化研究，流體模擬，動力學研究；
四極：全流程安全分析，工業化設備設計、調試、和運行能力。
1極-什么是微反應器？
微反應器
微通道反應器，簡稱微反應器，是化學物質在微小通道內連續流動，發生質量傳遞與化學反應，同時實現傳熱的一種設備。狹義上的微反應器，其特征通道尺寸通常在微米級，一般不超過500微米。利用價值的微通道反應器，研發級別的微通道反應器大概在100微米左右，微反應器最基本的原理就是把一個間歇的操作變成一個連續性的操作。
微反應器設備 圖1
微反應器設備 圖2
如何去制造微通道，90年代左右科學家在各種各樣的材質上去雕刻通道，去加工這樣的通道，這種研究直到今天仍然是方興未艾。但是對于一般的研究來講，包括CRO公司或者CDMO公司的研究來講，微管道仍然是非常好的一個利器，就類似于HPLC的那些小管道，在我們現在的微反應的研究階段的使用的幾率非常高，而且它作用很大。
2極-三傳一反
“三傳”
1、動量傳遞：流動著的流體與相鄰的流體層或管壁間有相對運動，流速較高、動量較大的流體的動量會向相鄰的低速流體層或壁面的邊界層轉移。流體輸送、過濾、沉降、固體流態化等，遵循流體力學基本規律。
2、熱量傳遞：物體內部或者物體之間，只要有溫差的存在，就有熱量自發地由高溫處向低溫處傳遞，加熱、冷卻、蒸發、冷凝等，遵循熱量傳遞基本規律。
3、質量傳遞：因物質濃度不同而產生的物質遷移過程，蒸餾、吸收、萃取、干燥等，遵循質量傳遞基本規律。
“一反”
化學反應過程
動量傳遞，熱量傳遞和質量傳遞，服務于化學反應。
流動力學
在流體力學里面有幾個準數，比如經常用到雷諾數、韋伯數等，都是無量綱的準數。
流體系數
物體在管道里面流動的時候，存在兩種方式，一個是層流，一個是湍流。層流的擴散靠濃度驅動，沒有額外的動力，對于湍流，除了濃度擴散以外，還有機械力。對于雷諾數如果是小于2300，流動接近于層流，靠濃度推動縱向擴散為主。
雷諾數如果能夠大于4000，就達到湍流階段。
傳熱
熱傳遞最基本的原理就是熱量從溫度高的地方通過介質向溫度低的方向去轉移。
質量傳遞
物質之間的反應， A加B生成產品有兩個傳遞過程，一個是傳質過程，A和B能不能快速相遇，相遇以后能不能越過能壘發生反應，所以這是兩個速率的問題，一個是傳質速率，一個是本征反應速率。
傳質效率百倍提升
最典型的微通道反應器，它是在微米級別，但今天我們看到的微通道反應器尤其工業化使用，通道越做越大，為什么要越做越大？為了應付工業化產能的需求，但是做大以后傳質距離就會變長，原來是微米級的縱向擴散，現在做到厘米級以后，傳質距離就會變長，就會影響到我們反應效果。
于是科學。
放大效應可控
微通道反應器的放大效應相對可控，這里面有一定的原理，通過對停留時間進行設計，通過用實驗室級別的微通道反應器來進行研究，用類似的工業化設備能夠實現幾百噸、千噸甚至萬噸級別的產業化生產。這是第二極需要了解和具備的能力。
工藝強化思路
對工藝優化的思路，微反應器我們稱之為可以進行工藝強化的裝置，傳統釜式考察的這些參數，反應當量，反應時間等等，在微通道反應器里仍然要考慮，只不過考慮的思路會發生一定的變化。
超低溫反應
超低溫反應，在制藥合成里面例子非常多，丁基鋰、LDA、LiHMDS等，通常都需要-78度，如果使用微反應器來進行，-30度就可以獲得很好的結果，而且這個結果是能夠實現工業化放大的。
氣液固催化反應
氣液固催化反應，尤其是鈀炭加氫，因為生產安全隱患，所以現在都在微通道的固定床來實現加氫過程。
不穩定中間體
對于一些不穩定的中間體，如何讓它快速合成又快速消耗，避免不穩定中間體的儲存以及安全性上隱患。舉一個重氮甲烷的例子，在線合成重氮甲烷，然后用重氮甲烷進行反應，把危險程度降到最低。
液液非均相反應
TEMPO氧化反應是有機合成里是常見的一類反應，對于非均相反應，使用微通道反應器也可以得到很好的結果。
3極：Hybrid氯化案例1
Hybrid氯化案例1-微通道+反應釜
我們利用微通道反應器加上傳統反應釜的方式實現這個項目的產業化，這種組合的好處是什么？反應物料通過微通道反應器以后，80%以上的反應都已經反應完了，同時80%的熱量都已經被微通道反應器移走。
但是在體系里面還溶解有一部分的氯氣，這部分氯氣在反應釜里面就會把剩下的一部分原料逐漸的轉化成產物，所以后面的反應過程非常平穩也很安全。
Hybrid氯化案例2-熱點控制
熱點控制，對于微創反應器來講也是一個很難的地方，對于超快速的反應，物料接觸的瞬間就會發生反應，而且很多時候物料接觸瞬間可能在毫秒級反應都已經全部結束，它的溫度流就如圖上的紅線所示，接觸瞬間物料的溫度一下子就沖上去了，微通道反應器在只起到一個作用，就是快速的把高溫的熱量移走。
氯化案例3-微反+管反
工程化實施的案例中利用微通道和管道式反應器進行了非常好的結合。設計思路就是經過大量的工藝優化后，保證工藝穩定可靠使產能最大化，設備投資性價比高。
Hybrid硝化案例1—熱點控制
目前18類高危工藝中硝化是被管控最嚴格之一。對于硝化反應的研究，如果僅僅知道硝化很危險是完全不夠。我們需要知道物質和反應的危險程度。我們在實驗室使用梅特勒的各種各樣設備，比如通過DSC可以了解物質的穩定性情況，使用RC1可以獲得反應的放熱功率等數據，通過ARC可以知道物質在什么樣的情況下會分解，分解的能量有多大。進而對反應進行有效的控制和優化。
Hybrid硝化案例—在線監測
在線檢測技術越來越得到重視，尤其在連續流的應用中，反應的過程中借助在線紅外或者在線拉曼可以用它來做一些定量和半定量研究。
Hybrid硝化案例1—微反應+在線監測
在這個硝化案例中通過微反應器加在線紅外的監測方法，研發效率就可以大幅提高，選擇性的快速優化，大幅度提升反應收率，從5%~93%僅僅兩周時間就達到了，通過自動化的儀器，可以做出來大量的數據。
Hybrid硝化2—串聯與并聯結合
對于工業化設備的串聯和并聯，有很大的講究，微通道反應器有一個特點，當流速很高，可以實現更好的混合效果，但帶來的后果就是壓力降很大，比如把三個微反應器的模塊進行串聯，那么它的阻力是一個累加的過程。
但是如果把這三個串聯模塊改成為三個并聯，流速降為之前的1/3，每一個模塊的壓力降就會變得很小。
所以對于有些體系需要把微反應器的模塊設計從串聯改成并聯，實現我們產能的要求，通過這種調整，每一臺反應器年通量可以達到2萬噸，從Microreactor到2萬噸完全是一種概念上全新的突破。
4極-以終為始
對于1個項目來講以終為始，三個方面內容：
第一技術上可行不可行；
第二投資上是否劃算；
第三就是時間上我們能不能趕得上。
工藝包開發階段
工業化項目是有時間和要求。各種分析做完以后，我們開始去做工藝的開發，整個項目花了三個月的時間在實驗室里面做研發，三步反應最終獲得非常好的工藝參數，收率提高15%，一個完整的hybrid工藝包開發出來。
系統設計與建造
在系統設計的時候，第4極里面有一個很嚴格的要求-安全性，安全性上工藝的需要做什么工作？這是一個非常重要的問題。
安裝，調試與生產
2019年11月份我們完成第一套裝置開車，結果非常好。然后到了2020年5月份，第二套裝置也順利的投產，現在生產這個產品應該說是全球最先進的技術。
微反應行業示范項目
這個項目在2020年被公開以后，引起了行業里面一個比較大的震動，第一次一臺微通道反應器能夠達到萬噸級通量，千噸規模產能，而且性價比非常高。
2020年6月4號，應急管理部劉偉副部長現場考察該裝置，并做出了重要的指示，算是微反應行業一個標桿的項目。
微反應技術產業鏈
微反應技術產業鏈有三個方面：
第一個方面事微反應器設備研究和制造，
第二個方面是精細化工醫藥化工企業，但是這中間是脫節的，
而我們就是第三個方面工藝開發和工業化集成，所以惠和化德要做的事情就是專注于把微反應器技術用好，去解決企業遇到的問題。
