蔣雅郁、盧冠宇、詹佳林、邱昱豪、陳文慶、林彥丞、楊承祐、葉姿妤、李品德、吳詠翔、陳泰禎 / 臺灣大學機械工程學系
隨著化工、製藥與精緻化學產業對自動化與綠色製程的需求日增，連續式流動化學技術逐漸成為提升生產效率與產品品質的關鍵解決方案。本研究開發了一種創新的整合型連續萃取暨相分離反應器，透過可調式螺旋線圈結構，有效控制液–液界面壓力，突破傳統批次式製程的瓶頸，完成高效率的連續式萃取與純化。該反應器可模組化串聯或並聯，適用於多步驟化學反應與純化流程，並整合模糊控制與機器學習，實現自動化操作。本技術可在每分鐘數十毫升的流率範圍內穩定操作，並在高黏度或極性相近的液體系統中仍保持95%以上的分離純度。此外，本技術不受環境重力影響，更可適用於微重力或太空環境，為未來高精準、跨尺度與跨重力場的綠色製造提供了嶄新的解決策略。
【內文精選】
當前挑戰
為解決流動化學製程下游複雜多相產物難以純化的問題，產業亟須需要高通用性且高效率的連續式萃取與相分離(Phase Separation)純化反應器，以克服傳統批次技術的侷限，始可邁入節能綠色製造的終極目標。筆者與團隊所提出的技術即是流動化學技術應用於純化步驟的整合型連續萃取(圖一(a))暨相分離(圖一(b))反應器。本技術創新點在於此純化反應器具有本團隊開發的特殊螺旋線圈，可藉由調控液–液界面之間的壓力，達到多相流體高效率萃取或相分離之純化效果；進一步利用模糊控制改變其長度與線圈間距，更可適應不同性質的原料與產物。
圖一、(a)同軸流液–液萃取微反應器(CALLME)；(b)同軸流相分離器(CAPS)概念示意圖
連續式下游純化應用與製程優化的契機
筆者利用有機溶劑(n-Heptane)選擇性萃取ω-Transaminase Enzymatic Reaction的下游產物：Acetophenone(A P) 與α-Methylbenzylamine (α-MBA)來展示完整下游加工的萃取過程。AP在水的溶解度低，有機溶劑可將AP從水相萃取出來，而α-MBA則因為選擇性留在水相，達到兩物質分離之效；在CALLME出口處蒐集兩相溶液後打入高效液相層析(HPLC)分析，同時其萃取效率與傳統Bench-scale旋轉攪拌反應器(100 mL血清瓶)相比較可發現(圖四(a))，在兩種萃取反應器皆完整萃取95%以上的AP，但在CALLME萃取速度遠快過傳統旋轉攪拌反應器，速度提升約25倍之多，顯示在製程開發或設計時，使用擴散距離較短的CALLME更能有效節省探索時間---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
圖四、(a) AP與α-MBA於傳統Bench-scale旋轉攪拌反應器與CALLME萃取濃度之分析；(b)不同有機相進樣下，AP之萃取效率；(c)界面間的自混合(Self-mixing)現象
★本文節錄自《工業材料雜誌》459期，更多資料請見下方附檔。