1 反应温度对反应器的设计选型来说，反应温度是一个至关重要的参数。一方面，高温有利于反应的快速发生，提高反应物的转化率，另一方面高温可能会带来副反应以及增加能耗和设备费用，因此需要重点关注反应温度。图 8 为反应温度对循环反应的影响。结果发现，随着反应温度的升高，反应速率和 2-P的转化率得到快速提升，但是随着液相循环的 次数增多，2-P转化率的增长率趋于平缓。当反应 温度在 160℃以上时，循环 4 次后，可实现 2-P 的 转化率达70%以上。 2-P和乙炔的乙烯基化反应是受气液传质限制的反应。在微反应器中两相间的传质可得到一定的强化，因此宏观反应速率取决于2-P和乙炔在液相 中的浓度。当第一次循环反应发生时，反应物2-P 和乙炔被消耗，产物NVP的浓度逐渐增加。然而， 当进行第二次反应时，由于反应物2-P浓度降低， 反应速率相应降低，相同反应时间下，2-P的转化量减少。
对于产物NVP 的选择性来说，当反应温度为150℃时，在4次循环反应中，产物NVP的 选择性一直保持在100%，即无副反应发生；而当温度升高时，随着循环次数的增加，产物 NVP 的选择性出现连续的下降。这是因为随着循环的进行 产物NVP 浓度逐渐升高，当NVP 浓度达到一定阈 值后，发生副反应，NVP 单体浓度越高，越有利于副反应的发生。当温度为 170℃时，循环反应 4 次后，产物的选择性在 93% 左右，温度进一步升高到180℃，产物的选择性直接降到90%以下。 考虑到 NVP 的选择性同时受到反应温度和反应过程中 NVP 浓度的影响，将反应温度暂定为 160℃或 180℃，调控其他条件来提高转化率或选择性。
2.2 KOH含量 图10为催化剂前体KOH含量对循环反应的影 响。虽然KOH含量增加，催化活性分子越多，反应速率越快，转化的2-P越多，但是催化剂的高用量严重降低了产物 NVP 的选择性。当反应温度为 180℃时，随着KOH质量分数从5%降低到3%，产物NVP的选择性从88%提升至93.8%。另外，随着 循环次数的增加，反应的选择性基本不变或略有下降，这可能得益于微反应器类似于平推流，返混极少且能精确调控停留时间。综合考虑转化率和选择 性，当反应温度为 160℃、KOH 质量分数为 5% 时 反应结果较优，此时2-P的转化率为71.6%，NVP的选择性为95.6%。
2.3 内构件数量 对于乙炔和2-P的气液非均相反应过程，传质阻力集中在相间传质，强化气液间传质尤为重要。 所用的微反应器基于流股分裂-重组的混合原理， 即通过气液两相流体的多次分裂和重新组合，来提高二者间的混合速率。本文采用的商用微反应器的优势在于其内构件易于拆卸清洗且操作简单，且可以通过改变微反应器的内构件数量来考察不同气液接触形式对反应的影响（如图11所示）。当内构件 从2层增加至3层时，2-P的转化率得到提高。在 前3次循环反应中，这种效果十分明显，转化率提 升幅度从 1% 增加至 7%。这是因为在 3 层内构件 下，气液两相多次分裂和重新组合的次数也在增加，同时3层内构件时分离混合区域的尺度更小， 传质得到明显强化。但是到了第4次循环反应，转化率几乎维持不变。这是由于第 4 次循环反应时 NVP浓度很高，2-P浓度很低，使宏观反应速率大幅下降。而对于仅有2层内构件的情况来说，由于 NVP 浓度相对较低，宏观反应速率可能降低幅度 不大，因此2-P的转化率仍有一定的提高。在此过程中，产物的选择性基本不受内构件数量的影响。 通过该对比实验间接验证了反应体系气-液混合的强化有助于提高反应性能，从而简化工艺流程，减 少循环次数。
2.4 反应体系水分 乙炔法合成 NVP 的催化活性物质吡咯烷酮钾 盐对水分敏感，极易发生开环反应从而造成催化剂 的失活。此外，产物 NVP 本身具有易水解性，即在酸性或者盐类存在的条件下易发生水解反应， 生成吡咯烷酮和乙醛。因此在反应之前对催化剂 进行了预处理，将 KOH 和反应物 2-P 进行减压蒸 馏以除去在生成活性物质吡咯烷酮钾盐过程中的 水分。 图12为反应体系水分控制对循环反应的影响。 在单程反应中，由于反应时间很短且2-P的转化率 本身较低，催化剂失活带来的影响较小，因此水分 的影响可忽略不计。而在循环过程中，随着反应时 间的延长，催化剂失活现象对反应结果有较大影 响。控制体系水分之后，产物 NVP 的选择性确实 有明显提升[图12(b)]。在第一次反应过程中，是否 进一步除水对选择性的影响并不明显，除去水分 后，选择性仅仅提高了 1.8%，随着循环反应的进 行，除水的重要性逐渐显现，在循环反应4次后， 选择性从 83.7% 提高至 88.5%，提高了 4.8%。此外，控制体系水分也有利于2-P的转化率的提高。 除水之后，最终的转化率从 69.2% 提高到 75.6%。 这是因为水分的脱除降低了催化剂的失活概率，从 而保证了反应速率。因此，反应体系水分的严格控 制对保证产物NVP选择性有关键作用。
