硝化案例

        硝化反应是目前应用微流体最多，适用性最高的反应类型之一。硝化反应由于本身的特性以及釜式反应器的局限性，往往会导致以下问题，如：瞬间放热量大易飞温、反应过程不容易控制、易发生副反应和过反应等问题，同时由于以上问题也导致传统生产工艺危险性大，工艺控制难度高，容积生产率非常小，生产效率低。

        微通道反应器由于特征尺度微型化，其传热、传质速率较常规尺度化工设备有质的飞跃。相对于传统批次反应工艺，微通道反应器具有快速混合、高效传热、窄的停留时间分布、便于自动控制、几乎无放大效应以及高的安全性能等优势，特别适用于放热集中、安全性差的硝化反应。

        微通道反应器可以应用于以下几种典型的硝化反应类型：

        1、醇类硝化(亦有称为酯化)合成硝酸酯在工业上是极其危险的一类反应。其中硝酸异辛酯就是其中一种典型案例。

采用微通道反应器组合硝化工艺生产硝酸异辛酯，主要特征是将混酸配制与硝化反应连续在两个微通道反应器中先后进行，技术参数中硝酸与异辛醇摩尔比以1.0-1.02:1为优选条件，以及反应和产物接收皆在0-10℃间，该工艺反应物转化率高于99％，产品收率98％以上，反应时间只需要数秒即可完成。

        微通道反应器克服了现有技术存在的安全隐患和生产效率较低的问题，利用该装置所具有的高效传热传质能力以及易于直接放大的特征，使之较传统工艺有很高的操作安全性及反应选择性，实现反应连续化，对强化和保障硝酸异辛酯的高效安全生产具有重要意义。

        2、芳烃的硝化反应一直存在着很多问题，例如安全性比较差，废物污染严重等。

利用微反应器技术，以其良好的传质传热能力和高效的流体混合能力，来实现芳烃的绿色硝化，尤其是针对苯、甲苯、氯苯以及对硝基氯苯等进行了重点开发。将产品纯度提高至98.5%以上，反应时间缩短至2分钟以内，收率提高、副产减少、三废减少，大大提高了生产效率，降低了综合成本。

        3、复杂医药中间体和农药中间体的硝化。

        许多复杂结构分子的硝化都存在诸如收率低、三废多等问题。通过利用微通道反应器进料、控温精准的特点，原有缺点均可以得到一定程度解决，因此目前很多企业的硝化反应，也都纷纷采用微通道反应器来替代现有的釜式反应。

        4、硝化反应液配套的连续后处理工艺

采用微通道反应器后，整个反应工艺也可以切换成连续流生产工艺，再匹配连续化的后处理工艺，例如采用萃取塔、离心萃取机等连续分离设备，可以将整条生产线的自动化程度大大提高，减少人为操作对产品质量及生产安全带来的隐患，提高生产效率，降低人工成本。

        案例一：8-溴-1H-2-喹啉酮硝化反应

        8-溴-1H-2-喹啉酮在硝化的过程中放热量很大，达到1374 J/g。DSC显示在130℃就开始分解，而反应温度需要达到110 ℃，所以很容易飞温。而一旦超温到200℃就会发生次生分解，最终温度会达到800℃发生爆炸。

        8-溴-1H-2-喹啉酮硝化反应在釜式及微反应器中的比较

        8-溴-1H-2-喹啉酮在硝化反应结果

        使用微反应器合成化合物2，选择性和转化率都达到了100%。反应温度易于控制，安全风险降低。另外硝化反应结束在釜式反应器中不能及时淬灭，容易产生杂质。使用微通道反应器采用两个温区进行，第一个温区进行反应，第二个温区降温进行淬灭以减少副反应的发生。微通道反应器卓越的混合和换热能力，对多相反应和强放热反应而言，有着诸多方面的优势。

        案例二：2-氨基-4-溴苯甲酸甲酯的硝化反应

        2-氨基-4-溴苯甲酸甲酯的硝化反应，使用传统反应器进行该反应，会有25-30%的酰基化的副产物5，给产品的分离造成困难。而且产品品质变化特别大，批与批之间经常变化，导致后处理很麻烦。另外副产物控制很困难，放大效应特别明显。

        使用微反应器合成化合物4，选择性得到了极大的提升。在传统釜式反应中很难避免化合物5的生成，而在微通道反应器中，通过分步进料法，让原料与硝酸直接反应，等反应进行不下去之后，再加入乙酸酐促进反应继续进行，这样可以完全避免副产物的产生。使用连续流之后，因为控制了副产物5的生成，反应物的后处理变得较易进行，产品品质得到了极大的改善。