高放熱反應的連續流動反應
在本例中，採用 在線FTIR技術 分析了通過乙醇胺（EA）和二乙醯碀（DVS）反應形成硫代嗎啉二氧化的連續過程。在線 FTIR 在連續工藝的開發過程中和在更大規模的反應監測中都發揮了關鍵作用。
小規模批量測試表明，該反應具有高度放熱性，放大時可能會帶來挑戰。此外，二乙烯硯是一種有毒的烷化劑，應嚴格避免接觸。
連續流化學
提高安全性，縮短週期時間，提高質量和產量
流動化學，也稱為連續流動化學或連續處理，首先將兩個或多個不同反應物流以特定流速泵入單個腔室、管或微反應器。發生反應，並在出口處收集含有所得化合物的流。該溶液也可以通過後續的流動反應器迴路引導以生成最終產品。
這種方法只需要少量的材料，從而大大提高了過程安全性。由於連續流技術的固有設計，在批量處理中不安全或無法達到的反應條件成為可能。其結果是產品品質更高、雜質更少、反應週期更快。
流動化學在化學工業中已經使用了幾十年。最近，製藥和精細化工行業越來越多地採用這種方法。固有的安全性改進、產品品質的提高、成本效率和整體生產靈活性推動了連續流動化學品的日益普及。
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流動化學基礎知識
流動化學設備通常由泵組成，這些泵將反應物、試劑和溶劑輸送到反應迴路中，從而引入少量試劑。這些物質送入混合結，試劑流在混合結中組合並進入盤管反應器，以提供必要的反應停留時間。然後可以將反應混合物送入含有固體試劑、催化劑或清除劑的塔式反應器中。在線背壓調節器控制系統壓力，在線分析通常用於提供有關反應性能的資訊。
此外，原位 FTIR 光譜 可以提供即時反饋以主動改善反應。例如，來自原位 FTIR 光譜的數據可用於減輕不完美流動的影響並控制試劑的添加速率，從而獲得更好的混合曲線。
流動化學的優勢
| 更好的反應控制和可重複性 | 混合、加熱和停留時間等關鍵反應參數得到更精確的控制，從而提高產品收率和雜質控制。 |
| 可訪問更廣泛的反應變數 | 在壓力下運行連續反應可以比在環境壓力下受溶劑回流限制的典型間歇反應更高的溫度，從而提供更高的產品產量。 |
| 模組化、可定製的工作流程 | 流動化學設備是高度模組化的，可以輕鬆配置系統以滿足特定的反應要求。一系列特定於任務的模組已上市，並可輕鬆組裝到使用者定製的工作流程中。 |
| 提高過程安全性 | 由於反應物體積較小，被認為在批量中過於危險的反應（例如高放熱或高能過程）在連續流動中通常更安全。通過減少體積和消除手動採樣，可以最大限度地減少接觸有毒底物和試劑。 |
| 化學反應的快速分析、優化和放大 | 流動過程可以使用更少的底物和試劑更快地測試反應變數。在線即時分析可提供有關反應性能的即時反饋。 |
| 提高產品品質和產量 | 對變數的精確控制和在更廣泛的反應條件下的安全執行提高了總體產量，同時最大限度地降低了雜質水準。 |
利用過程分析技術改進流動化學
當與 過程分析技術 （PAT） 相結合時， 流動化學可以快速分析、優化和放大化學反應。連續、實時的監測使研究人員能夠跟蹤穩態條件，快速排除工藝偏差，並識別反應性中間體。
利用衰減全反射 （ATR） 光譜等 技術，物質中的每個官能團都表現出獨特的光譜指紋，可以隨著時間的推移進行監測。這提供了相對於工藝條件的組分濃度的連續測量，為實現和維持穩態所需的時間和參數提供了寶貴的見解。
連續流動反應的實時監測和放大
為了開發連續工藝，乙醇胺 （EA） 與二乙烯硯 （DVS） 在 12 mL 反應器中進行反應。使用帶有流通池的ReactIR監測DVS的消失（1390 cm⁻¹條帶）和目標化合物的出現（1195 cm⁻¹條帶）。使用水作為溶劑，不會干擾監測DVS和目標化合物的紅外波段。
正如隨時間變化的紅外光譜跡線所示，當泵 B 啟動時，會出現與 DVS 相對應的 1390 cm⁻¹ 波段。當泵 A 啟動並引入 EA 時，DVS 帶消失，而目標化合物帶出現並達到穩態。這種連續流動反應隨後被擴大到公斤級生產，並採用 ReactIR 流動技術進行實時過程監控。
Strotman， NA、Tan， Y.、Powers， KW、Soumeillant， M. 和 Leung， SW （2018）。開發一種安全、高通量的 4-（2-羥乙基）硫代嗎啉 1,1-二氧化物連續生產方法。 有機工藝研究與開發， 22（6）， 721–727。 https://doi.org/10.1021/acs.oprd.8b00100
流動化學設備
用於自動反應優化的連續流技術
ReactIR 702L
ReactIR 702L™ 是實時監測連續流化學品的理想選擇。其原位 FTIR 光譜可連續跟蹤關鍵反應物質，從而能夠測量動力學、機理和途徑，特別是在離線採樣和分析具有挑戰性的情況下。
小巧輕便
該儀器具有流線型外形，可輕鬆安裝在物理受限的空間中，允許沿著反應序列放置在需要監測的任何地方。
無需液氮
紅外測量可以長時間連續且無人值守，從而適應長時間的合成過程。
iC IR 8 軟體
設置和趨勢監控簡單直觀。來自 ReactIR 702L 的數據與控制系統無縫集成，從而實現對化學品的主動管理。
在線HPLC分析
借助 DirectInject-LC，HPLC™ 現在可用於 近乎實時的反應、工藝和結晶 理解。全自動快速反應採樣和進樣將HPLC轉變為一種強大的新製程分析技術（PAT），用於線上反應監測。
連續收集批量或流動的代表性樣品，從而能夠即時分析複雜、多相和具有挑戰性的化學成分。
免提且可重複的反應採樣、製備和立即進樣到 HPLC 上可消除樣品老化並提供即時數據。
使用世界領先的 iC 軟體套件分析資料，該套件專為反應分析和建模而設計，以加速製程和產品開發。
Dynochem：流動化學系統的設計和放大
在連續流動模式下進行反應和過程可以提高品質、安全性和輸送量。Dynochem 是一款 化學過程模擬軟體，可以對管長、體積、溫度和停留時間等關鍵變數進行建模。它還允許評估管式和靜態混合流反應器的混合效率。
為了提高高能反應的工藝安全性，Dynochem 根據量熱測量獲得的熱流數據協助設計合適的塞流反應器。此外，它還有助於對連續攪拌罐式反應器 （CSTR） 鏈中 向產品的轉化程度進行輕鬆建模。
Dynochem 為工藝選擇正確類型的反應器和反應條件建立了組織信心。Dynochem 建模非常適合快速優化跨產品規模的流動反應器條件。
通過提供可靠的見解，Dynochem 建立了組織在選擇正確的反應器類型和反應條件方面的信心。它非常適合快速優化各種產品規模的流動反應器中的條件。
常見問題
什麼是流動化學？
流動化學或連續流動 是一種涉及在連續流動的流中運行化學反應的技術，其中泵將流體輸送到反應器中，流體在管道連接處相互接觸。 組合的組分可以在自發混合或加熱時發生反應。
為什麼流動化學很重要？
流動化學是一種成熟的技術，可在製造大量給定材料時大規模使用。
在連續流中進行反應的一些優點包括：
- 更好地控制反應參數
- 更快的反應
- 提高產品品質和產量
- 改進的安全性
- 工藝強化
- 可持續化學工藝
間歇流和連續流有什麼區別？
流動化學在幾個方面與傳統的間歇化學不同，包括：
- 試劑流動： 在連續流中，試劑在壓力下泵送並連續流過反應器。
- 反應時間控制： 反應時間由試劑流過反應器所需的時間決定。
- 增強對反應參數的控制： 這可以增強反應性或產生新的反應。
相關出版物
點播網路研討會
同行評審出版物中的流動化學
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