Χημικές αντιδράσεις συνεχούς ροής

Στις **χημικές αντιδράσεις συνεχούς ροής**, μια αντίδραση εκτελείται σε συνεχή ροή και όχι σε παρτίδες (batch). Με άλλα λόγια, αντλίες διατηρούν τα αντιδρώντα σε κίνηση στο εσωτερικό ενός σωλήνα, και όπου οι σωλήνες συνδέονται, τα υγρά αντιδρώντα έρχονται σε επαφή μεταξύ τους. Αν αυτά τα υγρά είναι σε θέση να αντιδράσουν μεταξύ τους, τότε λαμβάνει χώρα μια αντίδραση. H χημεία συνεχούς ροής είναι μια καθιερωμένη τεχνική για χρήση σε μεγάλη κλίμακα, όταν επιθυμούμε την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων ενός συγκεκριμένου υλικού. Ωστόσο, ο όρος επινοήθηκε μόλις πρόσφατα για την εφαρμογή σε εργαστηριακή κλίμακα. Συχνά χρησιμοποιούνται μικροαντιδραστήρες.

## Διαλείπουσα λειτουργία έναντι συνεχούς ροής
Σύγκριση παραμέτρων σε διαλείπουσα έναντι συνεχούς ροής:
* Στοιχειομετρία της αντίδρασης. Στην διαλείπουσα παραγωγή αυτή ορίζεται από τη συγκέντρωση των χημικών αντιδραστηρίων και την ογκομετρική αναλογία. Στη συνεχή ροή αυτή καθορίζεται από την συγκέντρωση των αντιδραστηρίων και την αναλογία του ρυθμού ροής τους.
* Χρόνος παραμονής. Στην διαλείπουσα παραγωγή αυτό καθορίζεται από το χρονικό διάστημα που ένα δοχείο διατηρείται σε μια δεδομένη θερμοκρασία. Στη συνεχή ροή του ογκομετρικός χρόνος παραμονής δίνεται από την αναλογία του όγκου του αντιδραστήρα και του συνολικού ρυθμού ροής, όπως πιο συχνά, χρησιμοποιούνται οι αντιδραστήρες εμβολικής ροής.

## Λειτουργία αντιδράσεων συνεχούς ροής
Η επιλογή της εκτέλεσης μιας χημικής αντίδρασης, χρησιμοποιώντας διεργασία συνεχούς ροής, είτε σε μικροαντιδραστήρα ή άλλη συσκευή ανάμειξης προσφέρει μια ποικιλία από πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα.

### Πλεονεκτήματα
* Η θερμοκρασία της αντίδρασης μπορεί να ανέρθει πάνω από το  σημείο ζέσεως του διαλύτη καθώς οι όγκοι των εργαστηριακών συσκευών είναι συνήθως μικροί. Συνήθως χρησιμοποιούνται ασυμπίεστα ρευστά χωρίς αέριο όγκο, έτσι ώστε ο συντελεστής διόγκωσης σαν συνάρτηση της πίεσης να είναι μικρός.
* Η ανάμειξη σε μικρές κλίμακες στις χημικές διεργασίες συνεχούς ροής επιτυγχάνεται εντός δευτερολέπτων.
* Η μεταφορά θερμότητας γίνεται πιο εντατική. Κυρίως, επειδή η αναλογία επιφάνειας/όγκου είναι μεγάλη. Επομένως, ενδόθερμες και εξώθερμες αντιδράσεις μπορούν να θερμοστατηθούν. Το θερμοκρασιακό βήμα μπορεί να είναι απότομο, επιτρέποντας ικανό έλεγχο στον χρόνο αντίδρασης.
* Αυξάνεται η ασφάλεια:
** Η θερμική μάζα του συστήματος συγκρατείται από τη συσκευή γεγονός που αποτρέπει τις διαρροές θερμότητας.
** Ο μικρότερος όγκος αντιδρώντων θεωρείται επίσης όφελος ως προς την ασφάλεια.
** Ο αντιδραστήρας λειτουργί κάτω από μόνιμες steady-state συνθήκες.
* Οι αντιδράσεις συνεχούς ροής μπορούν να αυτοματοποιηθούν με πολύ λιγότερη προσπάθεια από αυτές της διαλείπουσας (ασυνεχούς) λειτουργίας. Αυτό επιτρέπει τη μη επιτηρούμενη λειτουργία και τον πειραματικό σχεδιασμό. Συνδέοντας την έξοδο του αντιδραστήρα με ένα σύστημα ελέγχου, είναι δυνατό να γίνει ένα περαιτέρω βήμα προς τη δημιουργία ενός αυτοματοποιημένου συστήματος που θα διερευνεί διαδοχικά ένα πλήθος πιθανών παραμέτρων της αντίδρασης (μεταβαλλόμενη στοιχειομετρία, χρόνος παραμονής και θερμοκρασία) και επομένως να ερευνηθούν οι παράμετροι της αντίδρασης με μικρή ή καθόλου παρέμβαση.
Συνήθως αυτό γίνεται επιδιώκοντας υψηλότερους συντελεστές απόδοσης/εκλεκτικότητες, λιγότερο απαιτούμενο ανθρώπινο δυναμικό ή υψηλότερα επίπεδα ασφαλείας.
* Οι πολυσταδιακές αντιδράσεις μπορούν να τοποθετηθούν σε σειρά. Αυτό μπορεί να είναι ιδιαίτερα επωφελές εάν τα ενδιάμεσα προϊόντα είναι ασταθή, τοξικά ή ευαίσθητα στον αέρα,εάν σχηματίζονται μόνο στιγμιαία και σε πολύ μικρές ποσότητες.
* Η θέση κατά μήκος του ρεύματος ροής και το σημείο του χρόνου αντίδρασης σχετίζονται άμεσα μεταξύ τους. Αυτό σημαίνει ότι είναι δυνατή η διάταξη του συστήματος έτσι ώστε τα αντιδραστήρια που θα προστεθούν στη συνέχεια στο ρέον σύστημα των αντιδρώντων να εισαχθούν ακριβώς στο επιθυμητό  χρονικό σημείο της αντίδρασης.
* Είναι δυνατή η διάταξη του συστήματος έτσι ώστε να γίνεται ο διαχωρισμός/εμπλουτισμός μαζί με την αντίδραση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται κυρίως τρεις τεχνικές:
** Καθαρισμός στερεής φάσης
** Χρωματογραφικός διαχωρισμός
** Εκχύλιση υγρού/υγρού
* Μπορούν να χειριστούν εύκολα αντιδράσεις οι οποίες περιλαμβάνουν αντιδραστήρια που περιέχουν διαλυμένα αέρια, ενώ σε ασυνεχείς συνθήκες θα απαιτούνταν ένας αντιδραστήρας υπό πίεση με τη μορφή "βόμβας".
* Οι πολυσταδιακές αντιδράσεις υγρών (π.χ. κατάλυση μεταφοράς φάσης) μπορούν να πραγματοποιηθούν με άμεσο τρόπο, με υψηλή αναπαραγωγιμότητα για ένα μεγάλο εύρος συνθηκών και κλίμακας.
* Η κλιμάκωση μιας αντίδρασης που έχει μελετηθεί μπορεί να επιτευχθεί ταχέως με λίγη ή καθόλου μελέτη ανάπτυξης της διεργασίας, είτε με την αλλαγή του όγκου του αντιδραστήρα ή λειτουργώντας μερικούς αντιδραστήρες παράλληλα, δεδομένου ότι τα ρεύματα θα επανυπολογιστούν ώστε να επιτευψθούν οι ίδιοι χρόνοι παραμονής.

### Μειονεκτήματα
* Απαιτείται ειδικός εξοπλισμός για συνεχή ακριβή δοσολογία των αντιδραστηρίων (π.χ. αντλίες), συνδέσεις, κτλ.
* Πρέπει να καθοριστούν διαδικασίες εκκίνησης και τερματισμού.
* Η κλιμάκωση των *μικροσυνθηκών* όπως η υψηλή αναλογία επιφάνειας προς όγκο δεν είναι δυνατή και η οικονομία της κλίμακας μπορεί να μην είναι εφαρμόσιμη. Συνήθως, η κλιμάκωση οδηγεί σε εξειδικευμένη εγκατάσταση.
* Τα θέματα ασφαλείας της αποθήκευσης των αντιδρώντων παραμένουν.
Τα μειονεκτήματα συζητήθηκαν με στόχο τη δημιουργία μικρής κλίμακας συνεχείς διεργασίες παραγωγής από τους Pashkova και Greiner.

## Αντιδραστήρες συνεχούς ροής
Οι αντιδραστήρες συνεχούς ροής είναι συνήθως σωληνωτοί και κατασκευάζονται από αδρανή υλικά όπως το ανοξείδωτο ατσάλι, το γυαλί και τα πολυμερή. Οι μέθοδοι ανάμιξης περιλαμβάνουν μόνο διάχυση (αν η διάμετρος του αντιδραστήρα είναι μικρή π.χ. 

## Εξωτερικοί σύνδεσμοι
* Continuous flow multi-step organic synthesis - a Chemical Science Μικρή Ανασκόπηση από τους Damien Webb και Timothy F. Jamison σχετικά με τις τρέχουσες current state of the art, επισημαίνοντας την πρόσφατη πρόοδο και τις τρέχουσες προκλήσεις που αντιμετωπίζει η αναδυόμενη ερευνητική περιοχή  των τεχνικών συνεχούς ροής για την πολυσταδιακή σύνθεση. Δημοσίευση από Royal Society of Chemistry
*  Ανασκόπηση από τους Paul Watts και Charlotte Wiles. Δημοσίευση από Royal Society of Chemistry
* Flow Chemistry: Continuous Synthesis and Purification of Pharmaceuticals and Fine Chemicals Μικρό μάθημα στο MIT από τους Καθηγητές Timothy Jamison και Klavs Jensen]

Κατηγορία:Χημική Μηχανική
Κατηγορία:Βιομηχανικές διεργασίες