近幾年，原料藥生產的安評、環評越來越嚴苛，許多優良品種都含有氫化步驟，如阿加曲班、替比培南匹伏酯、托法替布、奈必洛爾、決奈達隆等，氫化釜的使用增加了安全風險，令很多醫藥企業望而卻步。領先科技的代表微通道反應器正走進原料藥的研發和生產，微化工技術和連續化技術將助力原料藥行業的大發展。

微化工技術、微通道反應器、連續化技術，雖然名詞不同，但相互交織又各自獨立。為了讓您清晰地掌握這類技術的要義，以下我們通用微化工技術來進行闡述。

微化工技術緣起于20世紀90年代，作為順應可持續發展與高技術發展的需要而興起的一門新的學科，它著重研究時空特征尺度在數百微米和數百毫秒以內的微型設備和并行分布系統中的過程特征和規律。微化工技術具有高效換熱，快速傳質的的優勢，能夠實現化學反應的精細化控制、連續化控制、密閉式控制；集安全、高效、節能、環保、自動化于一體。微化工系統通常包括了微熱系統、微反應系統、微分離系統和微分析系統，涉及材料、先進制造、信息技術等多學科，是跨領域協同創新的熱點領域。在國務院近期公布的《全國安全生產專項整治三年行動計劃》關于危險化學品安全專項整治三年行動實施方案中，就明文指出應積極推廣微通道反應器等先進技術方法的應用。

產業端的應用更加急切，整個行業涌現出豐富的落地案例。其中比較知名的，如微井科技在去年落地了多個硝化工業化項目，單套產能通量最高可以達到4000噸/年；西安萬德硝酸異辛酯項目，清華大學和浙江信匯的溴化丁基橡膠項目，東湖高科的乙烯利項目，揚農的吡蟲啉中間體項目，科邁的橡膠助劑項目等。

關于微化工技術的科研成果也是層出不窮。近些年以微通道反應器、微反應器、連續化為研發方向的論文越來越多，其中一些還拿到了省級以上的科技進步獎。如揚農“擬除蟲菊酯清潔生產關鍵技術研發及產業應用”技術為例，該技術榮獲了2019年度江蘇省科技進步二等獎；其《一種酸套用連續化硝化制備2,5-二氯硝基苯的方法》的專利，不僅榮獲第二十一屆中國專利優秀獎、石油和化工行業專利優秀獎，還拿到了中國化工集團專利金獎和江蘇省職工十大發明專利。

綜上可以看出，微化工技術不僅僅是一個小眾極客們的“玩具”，而是面向未來醫藥、化工行業創新的通用技術。下面，我們從具體的設備方向，介紹一下這門技術。

1）微通道反應器

微通道反應器的常規定義是利用精密加工技術制造的特征尺寸在10-1000μm之間的反應器，擁有傳質效率高，傳熱效率好，自動控制精準，反應體積小，放大效應小等優勢。微通道反應器重點關注通道設計和選擇，并且依據加工工藝進行優化設計。目前主要含有實驗室、中試撬裝、工業化撬裝三個級別；316L、HC-276、SiC、PTFE常規材質，鋯材、蒙乃爾等特需材質為依托的產品體系。下面通過一些案例來介紹微通道反應器的優勢。

從實驗角度來對比剖析相關參數：在釜式實驗中，為了保障反應進行，硝酸必須要進行超量操作，在提升產品轉化率的同時必然導致廢酸和廢水的大量產生，而環保成本升高正在成為越來越困擾我們的一個桎梏。微通道反應器可以將硝酸摩爾用量比值降到1.08，轉化率和選擇性更高。另一點在溫度的控制上，前期為了讓反應安全，沒有在最佳溫度下進行，而微通道以量小和本質安全的優點，反應溫度可以設定稍高一些，這也使得反應時間大大降低（2h降到20s），對于實驗室和生產現場的操作人員來說，這無疑是一個福音。

微通道反應器有著非常多的“魔力”，要想從機理上說清楚這件事，需要先介紹一下理論基礎——菲克定律。菲克定律是一個關于擴散的定律，分子間擴散距離和時間的關系如下：

其中D為擴散系數，L為擴散距離，t為擴散時間。簡而言之，尺寸的減小能夠實現物質的快速混合。

另外是雷諾數的改變，雷諾數的計算公式為：

其中v、ρ、μ分別為流體的流速、密度與黏性系數，d為一特征長度。

化工原理中講到，層流和湍流不同的狀態下，物質傳質效果有著很大差異，更高的雷諾數、更大湍流程度的環境，對于傳質和傳熱來說都更加需要。而微通道反應器的獨特設計就讓層流更容易轉變為湍流狀態。

此外，還有面積比的因素，傳統反應釜的比表面積在2-10，微通道反應器可達到500-4000，傳熱效率的優勢不言而喻。

正是基于以上理論的理解和支持下，微通道反應器大量應用于丁基鋰反應、格式反應、氨化反應、氯化反應、氫化反應等高危反應，并形成巨大優勢。

注：部分案例數據為微井科技提供。

微通道反應器的優勢很多，但任何事物都有其局限性，例如微通道反應器通常不適合于有固體參與和生成的反應，相比于其他的連續化反應器，微通道反應器的造價仍然較高等。當然，對于我們很多醫藥、化工企業來說，更關心的是實現既定品種的預期目標，而不是追求將某個裝備技術用到極致。

2）針對性的反應器設計

在深度融合實驗人員需求、深度理解多元化產品反應需求的基礎上，微化工技術可以依據多元化產品來進行針對性的反應器設計。

比如動態管式反應器，這是一類可以用于固體參與和生成的連續化反應器，不僅換熱效率是間歇釜的5倍，更是解決了反混問題，還可以通過切相流的剪切力，讓傳質效果更有保障。另外，臥式和立式規格可以有效控制氣體產生的因素。

此外，連續化裝備在氫化領域的應用非常有價值，比如應用在固體催化劑領域的固定床加氫反應器，其不同于一般的催化氫化裝置，該裝備基于UOP先進設計理念，具有過濾、分配、二次分配、收集功能，同催化劑整體組裝、使用、更換，更加便捷，并且提升催化劑利用率；再比如解決氣液傳質問題的微氣泡反應器，高性價比用于非均相低放熱的YX反應器，大通量低壓降的RTB反應器……

從醫藥領域企業的實際需求出發，微化工技術依據多元化的產品和技術，可以進行工藝流程的連續化和自動化改造。微通道技術正走進原料藥的研發和生產，可以有效解決制藥企業的安評、環評問題，并提高產能。原料藥將迎來醫藥行業的春天。微化工技術和連續化技術在原料藥研發和生產中的應用，將助力原料藥行業開出的鮮艷的花朵。

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