精細化工安全管理中微反應技術的應用

馬 凱，王茂祥，韓傳茂，陳德平

（安徽省應急管理科學研究院，安徽合肥 230061）

精細化工行業很容易發生各種安全事故。其中最主要的原因就是精細工業的化學反應特別強烈，它的加工方式不同于其他的方式，它們的生產方式更加靈活，使用起來更加方便，而且產量也不小，這個特點使得進入該行業的門檻特別低，雖然企業的數量很大，但是規模一般都不大。與傳統的大型化工企業相比，小型的化工企業管理水平不高，規模特別小，不僅如此，人數也并不多，技術上沒有明顯的優勢，在安全生產上的投入也完全沒有任何優勢。目前來說，精細化工行業存在著各種各樣的問題，有關部門需要投入大量人力和物力才能更好地解決以上的種種問題。火災和爆炸的發生是精密化學中最常見的兩種事故類型。一種類型是精密化學品和特殊材料。二是在化學反應中的傳遞，微反應技術開始得非常早，始于19世紀，現如今，科研工作者開始著手研究前面提到的兩個問題。未來在醫藥和精細化工行業中，這項技術的發展具有非常大的上升空間。

1 微反應技術的特點

微反應技術的應用范圍特別廣，它的核心是微反應器，只有提高微反應器的性能才能保證微反應技術能夠發揮更大的作用，微反應技術的優點可以無限放大，即可以添加微反應單元完成批量的生產過程，此功能帶來的優勢特別明顯，它可以添加或刪除一些微反應單元，為了更好地適應生產變化的需求，一定要及時改變管道的連接方法。

2 微反應技術對精細化工安全性的提升

在微化學領域中，微反應技術可以大大地提高精細化學過程的安全性，在常溫條件下進行，并且沒有熱量的積聚，可以明顯地提高化學反應的速度，當然，由于控制通道的尺寸是大小不一的，一旦發生化學反應，可以馬上切斷自由基的鏈反應，因此不會發生危險事件。為了防止有毒物質發生泄漏，破壞周圍的環境，即使泄漏量非常小，也會對人體的各個器官造成危害，不僅如此，還需要根據實際的情況保證生產的順利進行。根據研究的結果可以知道，微反應技術可以應用在各個行業中，為了提高各個行業的安全性，需要進行一系列嘗試工作，因為精密化學涉及各個方面，由于基礎的設備研究已經起步，它的利用效率將會逐漸提高。

2.1 硝化反應

三角內交叉趾柱形單通道反應器一般會在室溫（25℃）下進行，如果沒有添加惰性溶劑和含氮物質作為穩定劑。反應的停留時間將會明顯提高，不僅如此，在常規反應器的1/210的范圍，硝酸異氰酸酯的收率非常大，甚至可以達到100%以上。結果顯示，為了節約熱能的消耗，提高產品的質量，需要保證反應的安全性。有研究顯示，T型微反應器中的硝化作用十分明顯，反應速率主要由內在動力學的因素所決定。另外，如果沒有檢測到副產物，可以更好地控制反應過程。從2000年開始，一直到現在，我們開始研究了微反應器中的連續硝化反應。隨著技術在一直發展，微反應器中的溫度變化越來越明顯，明顯可以高于室溫，隨著反應時間的不斷縮短，最小能達到0.5s以下，以上種種的數據可以表明微反應技術正在不斷地發生變化。2015年，西安萬德能源化學股份有限公司開始建立一期40kt/a微通道及其他材料的家用柴油機制造工業設備。從傳統意義上來說，傳統批處理反應的風險很高。而我國也只有少部分的企業總產能不超過5 000t/a。這也說明了微反應技術是非常安全可靠的。

2.2 氧化及過氧化反應

工業生產中會大量使用到過氧化氫，人們開始通過各種方法進行嘗試，把氧氣和氫氣結合在一起，轉化為過氧化氫。在過去的十年中，外國科學家已經開始研究，微反應器可以直接合成過氧化氫，霍尼韋爾公司已經開始著手研究，并已制定了大規模的生產計劃。吳巍等開始研究石英毛細管的微反應器，在研究的過程中，一般會選擇在60～80℃進行。從生產的安全方面進行考量，可以為過氧乙酸投入生產提供了必要的理論依據。鄭亞峰研究發現，在載體的表面涂覆α-Al2O3，并負載銀催化劑。在毛細管微反應器中，可以進行乙烯氧化反應，環氧乙烷的收率可以達到60%以上，風速為5 000h-1，反應在安全的環境中進行。余錫孟等研究了甲苯、環己烷在微反應器中發生的液相氧化反應，在反應的過程中，可以隨時檢查工藝的運行條件，不僅如此，麻省理工學院的Slingivasan設計了一種集成加熱器，它是集流量和溫度于一體的傳感器。在國外對這方面的研究不是特別深入，原因是氧化反應增加了各種風險，許多氧化反應需要金屬催化劑，并考慮了微反應器的尺寸和催化劑的回收率。表1顯示了幾種可燃氣體和爆炸性氣體的臨界直徑與微反應器的特征尺寸之間的比較情況。

表1 一些氣體的臨界直徑與微反應器的特征尺寸

2.3 其他危險反應

克拉里安特公司可以在微反應器中進行一系列的試驗，在試驗的過程中，一定要合理地控制工藝參數，比如時間和溫度控制，保證它們能夠在合理地范圍內，并可以得到高質量的偶氮著色劑。通常情況下，僅需0.5s的停留時間，即可在微反應器中可以發生各種各樣的化學反應，當然，這就可以減少毒素留在反應器中的時間，并減少了毒素發生泄漏的可能性。杜邦公司使用多晶銀顆粒微反應器進行一系列試驗，在試驗的過程中，對氧氣反應形成的異氰酸甲酯進行研究，微反應器能夠控制有害物質的生成。而日本旭硝子公司已經開發出了可以投入生產的氟化裝置，該裝置可以降低潛在的風險。大量研究表明，微反應技術的應用可以提高了微化學領域的安全。

3 結論

從以上的分析結果可以知道，目前來說，為了提高中國的精細化工行業的整體水平，還是需要嚴格的相關技術，當然，微反應技術是值得大力推廣和研究的。但是，當前的微反應技術有兩個極端。有些人還夸大了它在化學工業中的作用。個人認為不能在實驗室進行兩項理論研究。真正的工業化是不可能的。首先，不可能提高精密化工行業的安全性，主要是因為精密化工行業反應速度快，熱輻射大，操作簡便，且物質本身易于燃燒爆炸。與毒藥反應。盡管使用了微反應技術，但這些反應并未從根本上消除危險，因此有必要加深對反應風險的全面理解和控制。其次，可以肯定的是，微反應技術對應用程序的推廣提出了巨大的挑戰。