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微通道反應器技術在硝化工藝中的應用與展望

2024-06-06

01 微通道反應器技術對硝化工藝的本質安全改造。


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硝化反應主要包括有:

1、烷基硝化,合成硝基烷烴。此類反應屬于高溫自由基反應,多以氣相形式發生。雖有專利和文獻報道,但是并非微反應硝化典型案例;

2、羥基、氨基、脲等硝化,合成硝酸酯等。此類反應極其活潑,速度快、放熱劇烈,非常適合微通道反應技術;

3、苯環、雜環類硝化。精細化工產業中存在大量的芳環硝化反應。因芳環上電子云密度的不同(富電子、缺電子等)硝化反應的活性也大不相同。微通道反應器技術在芳環硝化中的適用性比較復雜,需要針對不同底物、不同反應體系進行有針對性的分析。


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芳環硝化反應在微通道反應器上的適用性需要通過多因素的綜合考慮。其中包括有反應體系流動性、硝化底物活性、硫酸硝酸濃度、脫水值等。其中硝化底物活性直接影響反應速度的快慢。硝化活性指數(NAI:nitration activity index)是以硝化底物反應位點的計算電子云密度為基礎,并結合多因素的經驗參數修正得到的數值,可以相對準確的判斷某個硝化反應是否適合微通道反應技術。NAI數值越小,表明該硝化活性越強,反之,則硝化活性越弱。當 NAI>2.76時,表明硝化活性太低,該底物硝化在微反應器上可行性不高。通過對40多個一硝化和二硝化案例NAI數值的計算,并與實驗數據對比,表明微通道反應器技術在硝化反應中適用面較廣。


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另外,某些硝化反應的原料或者產物不能溶解在反應體系中,流動性差,同樣不能采用微通道反應器技術。

微通道反應器技術在硝化工藝的工業化生產中已有一定規模的使用。如柴油十六烷值改進劑硝酸異辛酯的工業化生產,目前主流工藝即為微通道反應器工藝。該工藝連續、自動化程度高,安全性明顯優于傳統釜式間歇工藝。同時,國內目前也有一定數量的硝化工藝正在申報工業化生產過程中。


02 微通道反應器技術在硝化生產中的意義。


意義:01 安全:在同樣產能的情況下,微通道反應器的持液體積僅為反應釜的1/1000,是管道反應器的1/10至1/100。即使反應段失控,瞬間反應物料也很少,危害小;

           02 連續化:連續化、自動化生產,減少人工,符合行業升級改造的趨勢;

           03 工藝提升:通過微通道反應工藝再開發,存在提高收率、選擇性,提升環保水平的可能。


安微?連續流技術:

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