综述 l 芳香化合物连续硝化应用进展（一）

2022-03-104343

芳香化合物的硝化是常用的生产工艺，目前化工领域普遍采用的硝化方法是以混合酸作硝化剂、在釜式反应器中进行间歇式反应，在生产的各个环节都存在着资源、环境、安全、能源等问题。

微通道反应器相对于釜式反应器拥有持液量少，换热效率高，传质效率好，过程可控等诸多优势，能有效解决硝化反应中的传质，换热，安全性等问题。随着微化工技术的发展，越来越多地被用于芳香化合物的硝化反应。

小编将分两部分向读者介绍微通道反应器在芳香化合物硝化反应中应用进展的综述^[1]，希望可以对您有所启发和帮助。

微通道反应器在以苯型芳香烃为底物的硝化反应中的应用

1 以一取代苯型芳香烃为底物的硝化反应

氯苯的硝化

氯苯的硝化为快速强放热反应，在传统釜式反应器中，反应液搅拌不均匀、反应放出的热量无法及时导出、反应温度不能精确控制，导致副反应发生，不能保障生产安全。

微通道反应器具有极强的传热、传质能力，可以有效解决上述问题。余武斌等^[2]利用微通道反应器研究了反应温度、原料配比、体积流速等主要因素对氯苯硝化（图1）的选择性、转化率的影响。

结果：

在Z佳条件下单硝化产物n（对硝基氯苯）∶n（邻硝基氯苯）＝1：0.56，与釜式反应器相比，副产物明显减少，转化率明显提高，生产能力提高了4个数量级，并且可以实现工艺的连续化操作。

苯甲醇硝化合成邻硝基苯甲醛和间硝基苯甲醛

硝基苯甲醛是许多精细化学品的重要中间体。Russo等^[3]采用微通道反应器在高温和强酸条件下，由苯甲醇合成邻硝基苯甲醛和间硝基苯甲醛（图2）；并将动力学模型应用在该工艺开发过程，通过优化反应条件来提高反应选择性。

结果：

在Z佳条件下反应温度提高到68℃，邻硝基苯甲醛和间硝基苯甲醛的收率分别提高到42%和96%，这是传统釜式反应器不可能达到的，该方法为硝基苯甲醛的工业化生产提供了一个很好的选择。

三氟甲氧基苯的硝化

4-（三氟甲氧基）硝基苯（NFBM）是三氟甲氧基苯胺的原料，是农药、药品和液晶材料的中间体。在用混合酸硝化三氟甲氧基苯的反应（图3）中， Wen等^[4]应用微通道反应器进行工艺开发，基于其优异的传热性能和低滞留率，提出了一个准均相反应动力学模型，用于研究三氟甲氧基苯连续硝化的动力学和传质特性；并应用动力学模型对高硫酸强度下的反应进行了预测。

结果：

实验收率与模型预测值吻合较好。表明在未来的数字化生产中，微通道反应器有着广阔的发展前景。

2 以二取代苯型芳香烃为底物的硝化反应

3-氟三氟甲苯硝化

Chen等^[5]在连续流微通道反应器中，以3-氟三氟甲苯为反应物、混合酸为硝化剂合成了5-氟-2-硝基三氟甲苯（图４）；通过建立传热平衡模型来探索反应条件。

结果：

在Z佳条件下的收率可达96.4%。该方法具有工艺安全性高、合成过程中杂质可控等优点，对促进未来微通道反应器在工业上的应用具有重要意义。

连续安全合成邻硝基对叔丁基苯酚

邻硝基对叔丁基苯酚是一种重要的有机化工中间体和化工原料。传统工艺是以对叔丁基苯酚为原料，在搪瓷反应釜中与稀硝酸进行硝化反应得到。该工艺反应剧烈放热，反应时间长，生产安全性较差。尚朝辉等^[6]针对上述问题开发了一种在微通道反应器中连续安全合成邻硝基对叔丁基苯酚的方法（图5），通过加热柱塞泵实现对叔丁基苯酚的连续进料，在微通道反应器中实现对叔丁基苯酚和高浓度硝酸连续快速硝化。