连续流微化工技术推动了含氟化学品合成的可持续发展。

摘要：精细化工行业的上游产业主要是基础化工行业，包含无机化工原料和有机化工原料;中游包含化学中间体和化工制剂两大细分领域，前者包含精细化学品和专用化学品，后者包含精细化学品制剂和专用化学品制剂;下游应用场景主要包含医药、农药、染料和日化等应用市场。对于精细化工产品合成来说安全，绿色，高效，智能是可持续发展面临的挑战和难点，特别是国家应急管理部给出的18种危险化学化工工艺中典型的氧化反应，氟化反应，硝化反应，过氧化反应，重氮化，加氢反应为代表的行业现状面临着严峻挑战，存在着效率低，安全隐患大等一些列问题。

这些类危险化工工艺的应用比较广泛，跟活性高高含能化学品，与国防安全，生命医药和高端先进材料密切相关。那现在工艺落后，装备庞大，管理不善，安全隐患严重，所以限制了它的可持续发展，继续开发本质安全更高效的新技术，微化工技术被评价为可实现化工过程高效和安全的变革性技术。以微结构装备为核心的化工系统，通过微米级的混合，分散尺度强化传递与反应过程，实现化学品的连续化生产，提高产物收率和选择性，具有本质安全的属性，是化工过程强化的重要方法。连续流反应器器是一种基于微流控技术的化学反应设备，其在精细化工领域的应用日益受到关注。连续流反应器器通过微尺度下的精确控制和高效传热传质，为精细化工产品合成提供了高效、安全、环保的解决方案。本文将对连续流反应器在精细化工含氟产品方向的应用进行详细介绍。国家安全监管总局公布的《重点监管危险化工工艺目录（2013年完整版）》中，将氟化工艺作为典型工艺，对其工艺危险特点、重点监控工艺参数及安全控制要求作了重点介绍。氟化工艺是一个高危化工生产工艺，存在剧毒、易燃易爆、设备腐蚀等安全隐患。氟化反应是一个放热反应，一般都在较高温度下进行氟化，反应剧烈，速度快，热量变化较大。1.氟化工艺概述1.1氟化反应定义氟化是化合物的分子中引入氟原子的反应，涉及氟化反应的工艺过程为氟化工艺。氟化剂通常为氟气、卤族化合物、惰性元素氟化物、高价金属氟化物、氟化氢、氟化钾等。典型的氟化工艺有：

(1)直接氟化直接氟化是指氟气与其他物质直接反应生成氟化物的反应。氟与有机化合物作用是强放热反应，放出大量的热可使反应物分子结构遭到破坏，甚至着火爆炸。为使反应缓和，常采取降低反应温度，用惰性气体（如氮气、二氧化碳、氦气等）稀释氟气，用惰性溶剂稀释反应底物等措施，并采用导热好的反应装置。

(2)金属氟化物或氟化氢气体氟化直接氟化法目前在工业上已不普遍使用，而是改用高价金属氟化物作氟化剂氟化。它的主要优点是，生成每个C-F键所释放的热量为192.6KJ/mol，远比直接氟化放出的热量要小，而后者是431.2KJ/mol，因而收率要高的多。实际应用的金属氟化物有两种，即AgF₂和CoF₃。进行氟化反应的过程是让氟在升温下通过装有AgF和CoF₂的床层使反应生成高价氟化物，然后将需要氟化的原料在150～300℃以蒸汽态与氮气流一同通入反应器中。反应完成后，再通F₂使CoF₂再生。因此反应实际上是半连续的。(3)置换氟化置换氟化是一种广泛采用的氟化方法，容易被置换的顺序是I＞Br＞Cl。最常用的氟化剂是碱金属氟化物，HF是一种相对来说不活泼的氟化剂，只能置换活泼卤原子。1.2工艺危险特点(1)反应物料具有燃爆危险性；(2)氟化反应为强放热反应，不及时排出反应热量，易导致超温超压，引发设备爆炸事故；

(3)多数氟化剂具有强腐蚀性、剧毒，在生产、贮存、运输、使用等过程中，容易因泄露、操作不当、误接触以及其他意外而造成危险。1.3重点监控工艺参数氟化反应釜内温度、压力；氟化反应釜内搅拌速率；氟化物流量；助剂流量；反应物的配料比；氟化物浓度。1.4安全控制的基本要求反应釜内温度和压力与反应进料、紧急冷却系统的报警和联锁；搅拌的稳定控制系统；安全泄放系统；可燃和有毒气体检测报警装置等。1.5连续流反应器器的特点（1）微尺度环境:连续流反应器器的通道尺寸通常在微米级别，这使得反应物在极短的时间内完成混合和反应，大大提高了反应速率。（2）精确控制:通过精确控制反应物的流速、温度和光照等条件，可以实现对反应过程的精确控制，从而得到高质量的产品。(3)高效传热传质:连续流反应器器具有优异的传热传质性能，能够快速达到反应所需的温度和浓度，提高了反应效率。

(4)安全性高:微尺度下的反应能够减少副反应的发生，从而降低安全风险。2.1苯酚连续氟化现有氟化苯酚的工业生产工艺主要是采用对胺基苯酚盐酸进行重氮化、再氟代的方法，采用这种方法生产时的产品收率低，产生大量废水，污染严重，成本高；另外一种生产工艺是采用氯化硝基苯，经氯原子氟代反应，再将硝基还原成胺基，胺基重氮化水解成氟代苯酚，采用这种方法时需要经过多步反应，总收率低，同时过程中也会产生很多废水。采用微通道反应器，以氟气作为氟化试剂，在乙腈等溶剂中对苯酚进行氟化，只需要一步反应就能得到产物。碳化硅微通道反应器可用于氟化反应，能有效控制氟化反应放出的大量热量，提高生产安全性。由于微通道反应器中停留的化学品量总是很少，即使各种危险化学品或工艺条件操作失控，危害程度也非常有限，因此微通道反应器可顺利将氟化反应由间歇釜式工艺转化为连续工艺，提高产品的选择性。2.2连续流微通道反应合成2，2-二氟乙醇二氟乙醇是一种重要的脂肪族含氟有机合成中间体，可以参与多种有机合成反应中，广泛用于生产杀虫剂和除草剂等。目前二氟乙醇可以用以下方法制得第一种合成方法中以二氟乙酸或者二氟乙酸乙酯为原料，硼氢化钠等作为还原剂；缺点是还原剂价格昂贵、产物分离困难、环境不友好等，不符合现代化化工要求。催化加氢还原法合成方法需要高压反应设备，生产条件苛刻，缺点是有很大的安全隐患。碱性酯化合成方法反应步骤多、时间长，导致总收率降低。在连续流微通道反应器中，分子间扩散距离短，微通道的比表面积大，尺寸的微型化强化了设备的传热、传质过程，无放大效应，所以微通道反应器代替传统的反应釜生产2,2-二氟乙醇，可以克服传统工艺中的缺点，比原有的传统工艺耗时短，得到的产物纯度高、杂质含量少。在生产过程中，由于传统釜式自身存在的一些缺陷使得人工操作不便，且在反应过程中挥发的HF会对身体造成危害，而用微通道反应器在反应过程中操作简便，更加环保。2.3连续流微通道反应合成2-氟代乙酰乙酸乙酯反应母液乙酰乙酸乙酯（48mg/min，20 mmoL）用高压柱塞泵连续注入连续流反应器，硝酸铜3H₂O（9.12mg/min，2.0 mmoL）和乙腈（50mL）溶液分别通过两台泵连续输入反应器内部进行反应，反应温度大约35~40℃。用氮气吹扫容器，然后将用氮气稀释至10％v/v的氟以16mmoL/min的流速与母液完成气液混合，紧接着进入SiC、PTFE材质微通道反应器进行反应，并用二氯甲烷萃取。GC分析，转化率100％，收率78％。反应为气液两相反应。连续化的思路：2.4微通道中R23资源化转化合成R14的连续工艺三氟甲烷（CHF₃，R23）是二氟一氯甲烷及四氟乙烯生产过程中产生的一种不可避免的副产，而且CHF3是温室效应第二高的温室气体，GWP值是CO₂的14800倍，仅次于SF₆。目前，三氟甲烷的处理方式主要是采用高温焚烧（1200℃）进行，但是这样的方法消耗大量的能源，不经济。若能将三氟甲烷资源化利用将带来巨大的经济和能量效益。四氟化碳（R14）是目前微电子工业中用量最大的等离子蚀刻气体，具有广阔的发展潜力。目前工业上主要利用氢氟甲烷、氟氯甲烷、碳和氟气直接氟化合成CF₄，但该氟化反应剧烈放热，难以控制，有爆炸的危险，并且对设备要求高，产物复杂，收率低等缺点。连续流微通道反应技术具有换热效率和混合效率高、无放大效应、高度集成化、精确控制反应时间、安全性高、过程绿色环保等优点。氟气氟化CHF₃反应属于强放热反应，将微通道反应器与氟气氟化CHF3工艺相结合，将反应的热量及时转移，反应条件温和，副产物少，提高反应的转化率和产物选择性，同时能耗低，能够自动连续化生产，也增强了反应的操作安全性。非氟气氟化试剂2.5连续流微化工技术用非氟化氟化试剂合成含氟化学品

Thestartingmaterial(2.20g9mmol)in15mLofDCMwascooledto-20°C,thenEt2NSF3(2.47mL,18.7 mmol) was added. After1minutes, the cooling bath was removed, and the mixture was stirred overnight.NaHCO3solution was added slowly to the mixture andthemixture was extracted with dichloromethane (3X).Thecombined organicsweredriedwithNa2SO4and purified with flash chromatography (10percent ethyl ACETATE/HEXANE) to provide the difluoroester (1.81 g, 91percent).

DAST将醇转化成为相应氟化物的反应一般情况下在非常温和的条件下进行。通常在–78℃下加料来抑制最初的放热过程，反应条件比较苛刻，此条件下的稳定性较差。微化工连续流技术完全可以密闭条件下-10℃下完成高效氟化过程。

3.结论微通道的比表面积大，尺寸的微型化强化了设备的传热、传质过程，提高反应的转化率和产物选择性，可及时移出反应放出的热量，反应条件温和，且能够自动连续化生产，提高了生产的安全性。