2021年12月,由常州大学张跃教授团队自主研发设计的金属微通道反应器在浙江万丰化工股份有限公司实现了工业化应用。“该装置的硝化工艺是以亚胺类底物为原料,经硝化得到目标产品。”张跃介绍,采用工业化微通道生产降低了反应区持液量,提高了车间智能化管理和本质安全水平,解决了困扰企业的安全生产和提质增效矛盾,推动了硝化反应在染料行业中的应用。双方于2018年达成了通量5000吨/年硝化工艺合作意向,从实验室硝化工艺的成型、厂房的建设、设备的安装等,前后经历3年的共同努力,最终实现了连续硝化的开车和生产。硝化反应是化学工业中十分重要的单元反应之一。大多数硝化反应是在非均相中进行的,反应组分的不均匀分布容易引起局部过热,发生爆炸事故。为了降低生产的危险性,传统的硝化工艺多是通过向反应釜中滴加混酸的方式进行,具有生产效率低、传热效果有限、反应持液量大等缺点。为解决上述问题,张跃团队多年来致力于连续流反应工艺、化工过程优化与耦合、流动化学反应器设计等工程技术开发,开发出了多种“迪源”高通量—微通道反应器,在连续流反应器结构设计、传热传质过程强化研究、金属材料精密加工、高通量微通道反应器系统制造技术方面取得了突破进展,形成了成熟可靠的完全拥有自主知识产权的新装备技术方案和制造工艺。
与传统的间歇反应釜合成硝化工艺技术相比,该微反应容器空间非常微小,物料通过碰撞混合均匀,使通常危险的硝化工艺变得安全可靠,反应时间缩短,压力、温度等操作参数精准易控。同时,该工艺的副反应少,产品收率、纯度高,质量稳定。微反应技术不但消除了传统硝化工艺强放热反应带来的安全隐患,降低了风险,实现了硝化过程本质安全,又节省空间、人力和成本,实现过程连续可控,自动化程度高,具有显著的经济效益和社会效益。针对此次微通道连续硝化反应在染料行业中的成功应用,下一步团队将积极探寻连续硝化在其他领域中的应用;同时对于重点监管的其他危险反应工艺,例如重氮化、烷基化、氧化、磺化、聚合等,也将陆续实施工业化。目前,他们已开发并形成了上述反应的实验室工艺,后续将逐步落地实施。
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