金志龍、楊慕震、劉仕賢／工研院材化所
綠色連續式流動反應器技術為全球化工與醫藥產業發展趨勢。目前台灣現有的化學工業大多使用傳統的批次釜式反應器生產技術，因此常存有能耗、放大安全性、汙染、環境保護、不易精確生產等問題。綠色連續式流動反應器技術具有精確控制溫度和壓力、反應器占地小、高質傳與熱傳效率，以及靈活生產等優點，進而可加速化學反應進行，提高了生產效率與品質，並減少副產品和生產成本。本文將介紹綠色連續式合成技術之應用，以及國際應用案例與工研院發展現況。
【內文精選】
前 言
新冠肺炎病毒(COVID-19)疫情嚴重肆虐全球，因應新冠肺炎疫情，政府提出多項防疫政策與相關超前部署，得以使台灣防疫的成果備受國際關注與肯定。然而，新冠肺炎病毒疫情仍影響到全球部分的化工原料、關鍵中間體/化學品與醫藥品之供應鏈，未來面臨重大全球性災害時，原料短缺或供應鏈斷鏈等問題仍可能發生，台灣化工與製藥產業應如何面對？不僅如此，國內化工產業在環保意識抬頭、台灣腹地有限，不易再建置傳統大型反應器與工安要求等因素下，使得傳統高汙染/高危險製程，已不適合台灣生產（圖一）。如何可協助國內化工與製藥產業加速研發與生產，朝向安全、彈性生產製造(Flexible Manufacturing)，以建立台灣關鍵中間體/化學品自主能力與相關供應鏈，達到國產國用與搶得市場先機，是亟待發展的課題。
連續式流動反應器的優勢
連續式流動反應器(Continuous Flow Reactor)技術為國際化學相關產業之重要發展趨勢，部分在傳統批次反應器中難實現的高溫、高壓反應製程，都可在微通道流動反應器中實現。其因具有熱傳與質傳交換快速、縮短反應時間、減少副產物之生成、占地面積小等優點，能促進製程強化和化工系統小型化，提高資源與能源之利用效率，達到降耗、節能之目的，並可改善製程之安全性，及有效降低產品生產成本，達到高效率/低廢合成製程需求。再者，其可透過數量增加方式增加產量，達到量產規模（圖二），為實現綠色連續式生產之有效解決方案（圖三）。連續式流動反應器技術可望協助國內化工與製藥產業提升合成技術與快速研發能量，以建立關鍵中間體/化學品之自主能力，以防遭受全球性料源短缺或供應鏈斷鏈之影響。
圖三、Continuous Flow Reactor技術特點
高危險反應國際應用案例
1. 帝斯曼公司( DSM) 與康寧公司(Corning)–選擇性硝化反應(Selective Nitration)
2. Lonza公司–臭氧化反應(Ozonolysis)與高危險性化學反應操控
3. 西安萬德化工公司–異辛醇硝化反應
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工研院連續式流動反應器與應用技術
工研院利用流體力學原理，設計出在平面上達到高效率混合的微流道裝置，以流體模擬軟體(Computational Fluid Dynamics; CFD)模擬微流道之流動與混合狀態，透過不同流動方向的流體進行對撞、縮減與放大流道達成微型噴流效果方式，設計開發出適合應用於液/液相、氣/液相之化學反應與萃取混合用途的連續式流動裝置（圖十二）。
表四舉了幾個使用工研院設計之連續式流動反應器進行的合成案例，包含具高度放熱或高反應活性的硝化反應、氫化反應、有基鋰/硼化反應、酯化/轉酯化反應等，以及不對稱還原反應合成掌性醇化合物…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
表四、工研院連續式流動反應器合成案例
★本文節錄自《工業材料雜誌》409期，更多資料請見下方附檔。