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微通道反应器技术在硝化工艺中的应用与展望

2024-06-06

01 微通道反应器技术对硝化工艺的本质安全改造。


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硝化反应主要包括有:

1、烷基硝化,合成硝基烷烃。此类反应属于高温自由基反应,多以气相形式发生。虽有专利和文献报道,但是并非微反应硝化典型案例;

2、羟基、氨基、脲等硝化,合成硝酸酯等。此类反应极其活泼,速度快、放热剧烈,非常适合微通道反应技术;

3、苯环、杂环类硝化。精细化工产业中存在大量的芳环硝化反应。因芳环上电子云密度的不同(富电子、缺电子等)硝化反应的活性也大不相同。微通道反应器技术在芳环硝化中的适用性比较复杂,需要针对不同底物、不同反应体系进行有针对性的分析。


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芳环硝化反应在微通道反应器上的适用性需要通过多因素的综合考虑。其中包括有反应体系流动性、硝化底物活性、硫酸硝酸浓度、脱水值等。其中硝化底物活性直接影响反应速度的快慢。硝化活性指数(NAI:nitration activity index)是以硝化底物反应位点的计算电子云密度为基础,并结合多因素的经验参数修正得到的数值,可以相对准确的判断某个硝化反应是否适合微通道反应技术。NAI数值越小,表明该硝化活性越强,反之,则硝化活性越弱。当 NAI>2.76时,表明硝化活性太低,该底物硝化在微反应器上可行性不高。通过对40多个一硝化和二硝化案例NAI数值的计算,并与实验数据对比,表明微通道反应器技术在硝化反应中适用面较广。


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另外,某些硝化反应的原料或者产物不能溶解在反应体系中,流动性差,同样不能采用微通道反应器技术。

微通道反应器技术在硝化工艺的工业化生产中已有一定规模的使用。如柴油十六烷值改进剂硝酸异辛酯的工业化生产,目前主流工艺即为微通道反应器工艺。该工艺连续、自动化程度高,安全性明显优于传统釜式间歇工艺。同时,国内目前也有一定数量的硝化工艺正在申报工业化生产过程中。


02 微通道反应器技术在硝化生产中的意义。


意义:01 安全:在同样产能的情况下,微通道反应器的持液体积仅为反应釜的1/1000,是管道反应器的1/10至1/100。即使反应段失控,瞬间反应物料也很少,危害小;

           02 连续化:连续化、自动化生产,减少人工,符合行业升级改造的趋势;

           03 工艺提升:通过微通道反应工艺再开发,存在提高收率、选择性,提升环保水平的可能。


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