流動化學（flow chemistry）也叫連續(xù)流動化學（continuous flow chemistry）或者間斷式流動化學（plug flow chemistry）。在流動化學反應中，兩個或更多的反應試劑連續(xù)泵入流動反應器中進行混合并在熱量控制的條件下發(fā)生反應，在釜式化學反應器中通常是一次性加入反應物進行反應。流動反應器可以是簡單的管道、管線或者復雜的微結構集成裝置，這些組合的裝置和反應器可以維持設定的溫度和壓力范圍，通過優(yōu)化參數(shù)來促進所希望的反應快速與成功進行。在連續(xù)流動電化學或光化學反應條件下，反應系統(tǒng)可于電流或光照條件下來促進反應順利進行。與分批工藝相比，流動化學具有許多固有的優(yōu)勢，可提高重現(xiàn)性和安全性，增加傳統(tǒng)上難以使用的中間體和反應條件，并通過連接多個單元更有效地進行多步工藝。
流動化學的使用已在化學界迅速崛起。由于該方法的模塊化性質(zhì)，因此應用流程具有廣泛的多功能性，可以輕松集成新條件，設備，分析，自動化以及用于單步和多步過程的試劑類型。該方法的基本區(qū)別特征是試劑/溶液的輸送具有很高的精確度，并且可以很好地控制溶液所處的條件。精確的控制可實現(xiàn)出色的重現(xiàn)性和安全性。流動化學適用于從大學教學實驗室到生產(chǎn)規(guī)模的過程化學家的研究人員。
流動化學具有改善反應時間、精準的溫度控制、多步合成、提高選擇性等優(yōu)勢。在化學中，溫度是實現(xiàn)反應所需活化能的最重要的物理參數(shù)。根據(jù)阿倫尼烏斯方程，溫度每升高10°C反應速率就會加倍。流動化學方法因能夠精確控制反應溫度，所以可以更好控制反應的結果。流動化學反應器通常采用HPLC 部件。背壓調(diào)節(jié)閥對反應混合物的流動產(chǎn)生阻力，可產(chǎn)生高壓。結合快速傳熱，這意味著我們可以將低沸點溶劑加熱至超過其沸點。這種方式可以避免使用難以去除且昂貴高沸點溶劑。此外，流動反應器另一附加優(yōu)點是可以使用非偶極矩溶劑。
與批處理相比，流動化學具有幾個優(yōu)勢，特別是：
1. 極端反應條件的安全使用
高效混合
出色的熱控制
危險反應的過程強化
2. 減少開發(fā)時間
持液量少
快速反應優(yōu)化
最小放大步驟
3. 改進的過程控制
高水平的反應控制
過程重現(xiàn)性
質(zhì)量源于設計 (QbD)
4. 降低生產(chǎn)成本
提高產(chǎn)品質(zhì)量
減少安全投資
更高的單位生產(chǎn)力——更少的資本支出
連續(xù)流化學技術已應用于多種反應類型，包括但不限于：
? 低溫反應
? 重氮化反應
? 高溫和/或高壓反應
? 高能化學反應
? 涉及刺激性和特殊氣味中間體、原料或產(chǎn)物的反應
? 涉及有毒試劑或產(chǎn)物的反應
? 氧化反應
? 硝化反應
? 溴化反應
? 氟化反應
? 電解反應
? 光化學/催化
為了充分利用流動化學的潛力，化學家首先必須能夠辨別何時以及如何有利于流動。首先要牢記進行的化學反應以及其固有的問題（包括過程和機理）等?；瘜W家也需要了解可用的流動化學設備功能、優(yōu)勢/劣勢。
圖1.連續(xù)流系統(tǒng)基礎組件示意圖
和間歇釜式反應器比較，連續(xù)流動化學反應器有著自身的優(yōu)點，如：反應物可以在幾秒鐘內(nèi)實現(xiàn)擴散與混合，反應溫度可以高于溶劑的沸點，反應更快速；在高的比表面積與體積比率反應器中，反應物可以被快速加熱或冷卻從而精準控制溫度，反應更干凈；單位時間里反應器中只有少量危險的中間體生成與少量的反應熱量產(chǎn)生，反應更安全；快速干凈安全的反應特性使得連續(xù)流動反應設備中的化學反應選擇性更好。
1.連續(xù)流動化學-微通道反應器工藝
微反應工藝，即采用微通道反應器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學反應器進行化學反應的工藝，并實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)的技術。
微流體工藝過程連續(xù)，系統(tǒng)密閉， 瞬間反應物料量小， 可精確控制反應條件自動控制程度高,實現(xiàn)了反應過程。
近年來微流體技術的快速發(fā)展。已經(jīng)在化學、中間體及生命科學等領域上造成革命性的沖擊。據(jù)不完全統(tǒng)計，在精細化工反應中，大約有20%的反應可以通過采用微流體化工技術。相信未來將會有更多的反應可以通過該技術實現(xiàn)。
在收率、選擇性或安全性等方面得到提高。微化工技術可用于高效換熱、高效混合、強放熱反應過程，高附加值精細化學品、劇毒物質(zhì)、超細/納米顆粒以及高能炸藥的生產(chǎn)過程。
在目前世界范圍資源日趨減少，環(huán)境問題越來越嚴重的情況下，微反應技術可以打造更安全、更環(huán)保、更高效的化學產(chǎn)品的生產(chǎn)之路，對于未來化工行業(yè)的發(fā)展具有十分重大的意義。
2.連續(xù)流動化學-微通道反應器技術原理及優(yōu)勢
微反應化工工藝有利于實現(xiàn)“更好” “更快” “更便宜” “更安全” “更環(huán)?！被瘜W反應過程 。更高的產(chǎn)率和更好的選擇性是微反應工藝的主要目標。
基本原理：
通過特殊設計的微結構單元對流經(jīng)的反應流體進行切割，實現(xiàn)反應流體見以微米時空尺寸，甚至更小進行混合和換熱。與傳統(tǒng)化工技術相同，微化工技術也使用反應器、混合器、換熱器等單元組件。
技術優(yōu)勢：
同傳統(tǒng)化工工藝相比，微化工工藝微反應工藝實現(xiàn)了對傳質(zhì)傳熱的真正強化，使化學過程：
(1) 傳質(zhì)傳熱快：微反應器能使化學反應速率接近他們的動力學極限，比表面積大，擴散距離短，傳遞速率高；傳質(zhì)傳熱效率較常規(guī)設備提高2-3個數(shù)量級；
(2)收率高：精確控制停留時間與反應溫度，減少副產(chǎn)物，提高選擇性和收率，簡化工藝，提高產(chǎn)能；
(3)安全環(huán)保：反應過程密閉連續(xù)，瞬間持有量小，自動化控制程度高，可精確控制反應；
(4)經(jīng)濟節(jié)能：數(shù)增放大，無放大效應，轉(zhuǎn)化周期短；占地面積小，大大降低投資成本及能耗；
3.連續(xù)流動化學-微通道反應器應用領域
微反應器目前主要應用于：精細化工（農(nóng)藥、染料、助劑、香精香料）、醫(yī)藥中間體、納米材料、高分子材料等。
微反應器主要應用反應類型：快速反應、瞬間反應、強放熱反應、傳質(zhì)控制反應（液液非均相、氣液非均相）、反應時間敏感（不穩(wěn)定中間體、不穩(wěn)定產(chǎn)品）、工藝難放大體系等。
連續(xù)流動化學與自動化設備的集成，使得化學反應條件可以在微升規(guī)模進行調(diào)節(jié)，反應時間、溫度、流量、泵體積和壓力等參數(shù)均可以快速進行變化。獨立便捷的溶劑清洗操作保證反應可以一個接著一個進行，利于進行快速反應條件優(yōu)化。穩(wěn)定的物料混合和熱量傳送將化學反應的放大效應減到最小，較高的流速和較大的反應器配套使用幫助實現(xiàn)公斤級與噸級產(chǎn)品的安全生產(chǎn)。無論在單一微反應器中還是集成的連續(xù)流動反應裝置里，選擇連續(xù)流動反應可以提供許多優(yōu)勢功能和參數(shù)選擇，為各類化學品的安全、清潔和高效生產(chǎn)提供了可能性。
1）試劑流量 – 在連續(xù)流動反應器中反應物通過壓力泵可以連續(xù)泵入與流經(jīng)反應器通道，這與間歇釜式反應器通常將所有反應物在開始時全部加入單元釜中不同；
2）反應時間控制 – 試劑流過反應器的時間（也稱為停留時間），可以通過儀器參數(shù)設定來調(diào)節(jié)；
3）化學計量比調(diào)整 – 調(diào)整反應底物的相對濃度與相對流量可以控制反應的化學計量比；
4）換熱 – 和釜式反應器比較，連續(xù)流動反應器有非常大的比表面和容積比率，換熱性能出色；
5）傳質(zhì) – 小尺寸反應通道和良好的混合性能使得連續(xù)流動反應器具有優(yōu)良的傳質(zhì)能力；
6）放大 – 連續(xù)流動化學反應可以簡單地通過延長反應時間來制備更多產(chǎn)品，規(guī)避了釜式反應器可能的放大效應，反應放大更加容易；
7）精確控制 – 連續(xù)流動化學反應設備可以精準控制五個關鍵的反應參數(shù)（化學計量比、 混合速率、 溫度、 壓力和反應時間）；
8）減少危害原料留存 - 當反應在連續(xù)流動反應器中進行時，只有少量潛在危害性原料留存在反應"過程"或"管道"中；
9）嵌套反應 – 反應中間體不需要分離時，可以直接泵入下一個反應底物進行連續(xù)的嵌套反應；
10）沒有頂空 – 連續(xù)流動反應器沒有頂空，反應器內(nèi)的壓力由稱為背壓調(diào)節(jié)閥 （BPR）的設備控制，釜式反應器在進行高壓反應時頂空內(nèi)的氣體必須加壓；
11）低返混 – 連續(xù)流動反應器可以通過反應設備參數(shù)控制做到很少或沒有返混。
連續(xù)流反應器的實際應用
階 段 | 流動技術 |
研 發(fā) | 新的化工工藝評估： |
通過使用少量的化學試劑和催化劑進行詳細的研究 | |
材料生產(chǎn)： | |
納米顆粒、膠體、顏料和聚合物的高規(guī)格制備 | |
工藝開發(fā) | 快速實現(xiàn)從研發(fā)向中試規(guī)模生產(chǎn)的轉(zhuǎn)化； |
能在實驗室研究后通過反應較長時間生產(chǎn)Kg級的產(chǎn)物； | |
能采用以前難以實現(xiàn)的方法合成某些產(chǎn)物； | |
可實現(xiàn)一定規(guī)模的生物催化、光化學、電化學 | |
生 產(chǎn) | |
安全性高，以前被禁止的一些化學反應可以在有良好的安全性的反應器中執(zhí)行； | |
精細化學品、顏料和離子液體的合成； | |
醫(yī)藥活性中間體的生產(chǎn)（如cGMP、API’s等） |