微反应压力控制自动化——全自动在线背压调节器

在流动化学连续反应过程中，压力是影响反应的重要参数之一。

尤其对于有气体参与的反应：加氢反应、氧气氧化反应、超临界反应、部分Diels-Alder反应、氨解反应等；反应过程有气体产生的反应：重氮盐的取代反应、氮宾吲哚合成反应等和低沸溶剂强化条件反应，连续流设备配备压力控制器是*。

本文主要分析在连续反应过程全自动在线背压调节方案的优势，相对于传统手动调节压力，全自动在线背压调节可有效地减少人为操作误差因素，避免反应体系压力波动现象，实现恒流恒压。此外，还有2例背压实验案例供大家参考。

压力影响反应效率：对于有气体参与的反应，压力可以改变气体的溶解度，增加底物接触，通过对压力改变提高反应的效率快速优化出*的工艺参数。

压力影响反应时间：连续流反应中一种试剂是气体或引入惰性气体时，通过增加反应器压力，将气体占据的实际体积降低。这将为反应的液体部分留下更多空间，从而提高反应器的利用率和生产率。

压力可强化反应条件：常压下溶剂拥有固有的沸点，通常实验温度低于溶剂沸点，当此温度不能达到反应效果时需要更换更高沸点溶剂，更换溶剂可解决问题同时也会增加反应后处理复杂程度。连续反应过程中可通过提高压力，提高试剂的沸点，使温度筛选范围更宽，在使用同一溶剂的情况下达到更好的反应效果。

目前实验室连续流反应压力控制以传统手动方式调压控制。

手动方式压力控制存在的弊端：

出现反应体系压力波动现象：传统手动方式调压存在滞后，且无法保证压力稳定时间，手动调节反应器中的微·小压力变化数值费时费力，因调节滞后而造成工艺参数不稳定和数据不准确现象。

为避免出现反应体系压力波动现象，更好地解决反应器中的恒流恒压问题，欧世盛（北京）科技有限公司自主研发生产的BP系列全自动在线背压调节器上市三年多以来，已经成功解决了上百位用户的疑难高压反应。

BP系列全自动在线背压调节器可与供料泵（点击查看详情）实时联动，保证反应器中的恒流恒压环境，使条件摸索的准确度和效率大幅提高。

BP系列全自动在线背压调节器

特点：

l  3秒快速响应，背压阀范围内自动调压

l  316L、C276不同材质阀体，适用更多的液体或气体种类

l  可选配200℃高温背压阀，适用于高温体系反应

l  高灵敏度数字压力检测与0.06°步距角细分，适调压精度更精准

BP系列全自动在线背压调节器连接在微反应后端，当物料在反应器内压力波动时也能实时保持设定压力，与进料控制系统联用就可以将反应体系保持在恒流恒压的状态，这对实验的重复性和精准性至关重要，避免物料的浪费，也大幅提高了研发的效率。

BP系列全自动在线背压调节器做到可以自动实时调节系统压力，将压力控制模块与工艺分析技术结合，研究人员可通过压力值数据，对流动化学过程工艺条件进行追溯，进而达到最佳的反应可重现性，为流动化工艺方法开发提供保障。

BP系列全自动在线背压调节器性能指标

《化学通报》刊载的一例“连续流技术合成地奥司明”案例中，研究者以吡啶作为反应溶剂溶解橙皮苷，通过碘代氧化脱氢合成地奥司明。实验过程中，研究者发现在常压下，受吡啶沸点的限制，反应温度很难提高。采用了混合反应器的方式即先微反连续再釜式延长反应时间，均未达到理想的结果。

后来，采用连续流微反应器，对于背压下不同条件的研究结果如下：

在连续流微反应器系统中，可以通过背压阀以增加系统压力， 从而解决常压反应过程中因体系物料沸点受限的问题。在背压条件下，作者依次考察了反应温度、体积流速、摩尔比对反应的影响。

图1. 连续流微反应器中背压下不同条件的影响

经研究发现这三个因素的提高对收率有不同程度的提升。

为了进一步探究反应温度对橙皮苷转化率和地奥司明收率可能存在的不同影响，将不同摩尔比的反应液经10℃下常压搅拌混合 30min 后，再进入反应温度为 170℃ 连续流微反应器进行反应。

图2.调节温差在连续流微反应器中的影响

结果如图2所示，低温有利于提高橙皮苷的转化，高温有利于地奥司明的生成。

作者在系统中引入背压阀，增加系统压力，获得了优化的工艺条件，即原料摩尔比为 1∶1. 5，反应液经 10℃下搅拌 30min 后，进入连续流微反应器反应。连续流微反应条件为压力 1×106Pa、反应温度170℃ 、原料浓度 50mg/mL、反应停留时间 2. 7min。

该研究表明：

1. 微反应器系统可以通过背压来突破沸点对反应温度的限制；

2. 采用两温区，混合式反应方式可以取得较好的研究结果；

3. 微反应器系统可以通过背压来突破沸点对反应温度的限制。

OPRD期刊载的一例“4-甲基-1H-吲哚的区域选择性合成2-氰基-5-甲酰基-4-甲基-1H-吲哚”案例中，实验过程中，研究者发现在常规反应中，使用甲苯和二甲苯溶剂都不能达到理想的反应收率，且反应过程中会产生大量的气体，安全性不能达到保障。

研究组后来采用连续流反应器，以甲苯和二甲苯作为溶剂进行反应尝试。

在高于二甲苯溶剂沸点（沸点144.4℃）条件下，通过增加压力强化反应条件的方式，反应收率达78%。反应过程中产生的气体可通过压力控制装置平稳地释放到体系外，达到减小体系压力波动、安全连续生产的目的。

如上图，研究组后来对条件进行验证，背压体系可以达到稳定一致状态。