微通道反應(yīng)器在染料合成中的應(yīng)用研究

陳望全

（杭州福萊蒽特精細(xì)化工有限公司，浙江杭州 311225）

微通道反應(yīng)器在染料合成中的應(yīng)用研究

陳望全

（杭州福萊蒽特精細(xì)化工有限公司，浙江杭州 311225）

對微通道反應(yīng)器中偶氮染料連續(xù)化制備技術(shù)進(jìn)行研究，以C.I.酸性紅54為模型底物，考察微通道反應(yīng)器中反應(yīng)物流速、停留時(shí)間、管道內(nèi)徑和反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響，得較優(yōu)工藝條件為：重氮組分、偶合組分的摩爾比為1∶1，反應(yīng)物流速ν=0.18m/s，停留時(shí)間τ=11.11s，管道內(nèi)徑D=1.0mm，室溫下進(jìn)行（20℃），產(chǎn)率為96.80%。以C.I.酸性紅54較優(yōu)工藝條件為基礎(chǔ)，固定反應(yīng)物流速ν=0.18m/s，管道內(nèi)徑D=1.0mm，對不同色系的酸性偶氮染料和活性偶氮染料在微通道反應(yīng)器中的反應(yīng)情況進(jìn)行初步研究，產(chǎn)率均大于80%。該工藝具有連續(xù)化、高效、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，具有很好的廣泛實(shí)用性。

微反應(yīng)器；微通道；C.I.酸性紅54；連續(xù)化

微通道反應(yīng)器（microreactor）是特征尺度在數(shù)百μm以下的微型設(shè)備[1]，與傳統(tǒng)反應(yīng)器相比，具有傳質(zhì)傳熱效率高、返混幾率小并能更好地控制反應(yīng)溫度和停留時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，能夠解決工藝放大問題，具有良好的反應(yīng)安全性能[1-2]。目前，已作為化學(xué)合成新手段應(yīng)用于強(qiáng)放熱反應(yīng)、烴類催化氧化、有機(jī)金屬催化偶合等常規(guī)條件下難以控制反應(yīng)的研究[3-8]。

作者結(jié)合微通道反應(yīng)器優(yōu)異的傳熱傳質(zhì)性能，對微通道反應(yīng)器中連續(xù)偶合制備偶氮染料技術(shù)進(jìn)行研究，考察微通道反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)物流速、停留時(shí)間、管道內(nèi)徑和反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響，并對工藝條件進(jìn)行了優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

亞硝酸鈉、鹽酸、碳酸氫鈉、γ酸、鄰氨基苯磺酸、2-氨基-5-硝基苯磺酸、對氨基苯磺酸、1-（4’-磺酸基苯基）-3-羧基-5吡唑啉酮、苯胺對位酯、N-乙酰J酸、鄰甲氧基苯胺間位酯、H酸、乙酸酐等。

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

注射泵、高壓恒流泵、紫外分光光度計(jì)、磁力攪拌器、高效液相色譜、pH計(jì)、錐形瓶、50℃溫度計(jì)、250mL燒杯、100mL量筒、醫(yī)用注射器等。

1.3 實(shí)驗(yàn)總體流程

以C.I.酸性紅54的合成為例，具體流程如下。

稱取一定量的鄰氨基苯磺酸，溶于一定量的36%的HCl溶液中，加入一定量的水，在冰浴條件下滴加一定量的30%的NaNO2溶液進(jìn)行重氮化反應(yīng)，反應(yīng)1h，然后用淀粉碘化鉀法檢測亞硝酸鈉是否過量，多余的亞硝酸鈉用尿素除去，加水稀釋至一定量，用NaHCO3調(diào)節(jié)pH，制備得重氮組分。

稱取一定量的γ酸，加入NaHCO3溶解，反應(yīng)完畢，加水稀釋至一定量，制備偶合組分。重氮組分和偶合組分以一定的相同的流速在一定長度、內(nèi)徑的聚四氟乙烯管內(nèi)進(jìn)行偶合反應(yīng)，用紫外分光光度計(jì)測定產(chǎn)物濃度，計(jì)算產(chǎn)率。

2 結(jié)果與討論

2.1 微通道反應(yīng)器中制備C.I.酸性紅54技術(shù)研究

2.1.1 流速對反應(yīng)的影響

反應(yīng)在室溫（20℃）下進(jìn)行，固定停留時(shí)間τ=8.83s、管道內(nèi)徑D=1.0mm，考察不同流速對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 流速對偶合反應(yīng)的影響

從表1可以看出，在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)率隨流速的增加而增加，當(dāng)流速超過0.18m/s時(shí)，產(chǎn)率反而開始下降，分析其原因，流速增大到一定程度，其傳質(zhì)效果達(dá)到最優(yōu)，繼續(xù)增大流速，傳質(zhì)效果反而降低，因此偶合反應(yīng)較優(yōu)的流速為0.18m/s。

2.1.2 停留時(shí)間對反應(yīng)的影響[9]

反應(yīng)在室溫（20℃）下進(jìn)行，固定流速ν=0.18m/s、管道內(nèi)徑D=1.0mm，考察不同停流時(shí)間對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 停留時(shí)間對偶合反應(yīng)的影響

從表2中可以看出，隨著停留時(shí)間的增加，產(chǎn)率增加，但是增加的趨勢減緩，當(dāng)停留時(shí)間τ=27.78s時(shí)，反應(yīng)幾乎完全進(jìn)行。在這里選取較優(yōu)的停留時(shí)間τ=11.11s。

2.1.3 管道內(nèi)徑對反應(yīng)的影響

反應(yīng)在室溫（20℃）下進(jìn)行，固定流速ν=0.18m/s、停留時(shí)間τ=11.11s，考察管道內(nèi)徑對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 管道內(nèi)徑對偶合反應(yīng)的影響

表4 反應(yīng)溫度對偶合反應(yīng)的影響

從表3中可以看出，產(chǎn)率隨管道內(nèi)徑的增加而先提高后下降。從表3中可以看出，在內(nèi)徑D=1.0mm的管道內(nèi)，產(chǎn)品的產(chǎn)率最高，可以達(dá)到96.80%。因此，選擇反應(yīng)較優(yōu)管道內(nèi)徑為D為1.0mm。

2.1.4 反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響

固定管道內(nèi)徑D=1.0mm、停留時(shí)間τ=11.11s、流速ν=0.18m/s，考察反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

從表4中可以看出，隨著反應(yīng)溫度的提高，產(chǎn)品產(chǎn)率相應(yīng)提高。分析原因，微通道反應(yīng)器具有較大傳熱系數(shù)和較好傳質(zhì)效果，能夠有效解決常規(guī)反應(yīng)器散熱不好的問題，并能使瞬間發(fā)生反應(yīng)，因此在較高溫度下，也能較好的進(jìn)行偶合反應(yīng)。綜合考慮產(chǎn)率、能耗等因素，選擇反應(yīng)溫度為常溫。

2.2 管道化連續(xù)偶合反應(yīng)底物擴(kuò)展

以C.I.酸性紅54較優(yōu)工藝條件為基礎(chǔ)，固定流速ν= 0.18m/s，管道內(nèi)徑D=1.0mm，研究不同色系的酸性偶氮染料和活性偶氮染料在微反應(yīng)器中的反應(yīng)情況，具體見表5。

表5 不同色系的酸性偶氮染料和活性偶氮染料在微通道反應(yīng)器中的產(chǎn)率

3 結(jié)論

論文著重研究了微通道反應(yīng)器中連續(xù)偶合制備C.I.酸性紅54，考察微通道內(nèi)反應(yīng)物流速、停留時(shí)間、管道內(nèi)徑和反應(yīng)溫度對反應(yīng)的影響，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得較優(yōu)工藝條件為：重氮組分、偶合組分的摩爾比為1∶1，流速ν=0.18m/s，停留時(shí)間τ=11.11s，管道內(nèi)徑D=1.0mm，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行（20℃），產(chǎn)率為96.80%。在常規(guī)反應(yīng)器中合成C.I.酸性紅54，需在冰浴條件（1～5℃）下進(jìn)行，反應(yīng)2h，產(chǎn)率僅為88.74%，因此管道化連續(xù)偶合制備工藝具有連續(xù)化、高效、條件溫和等優(yōu)點(diǎn)。

此外，實(shí)驗(yàn)以C.I.酸性紅54較優(yōu)工藝條件為基礎(chǔ)，固定流速ν=0.18m/s，管道內(nèi)徑D=1.0mm，對不同色系的酸性偶氮染料和活性偶氮染料在微反應(yīng)器中的反應(yīng)情況進(jìn)行初步研究，產(chǎn)率均大于80%，從而確定了管道化連續(xù)偶合制備工藝有很好的廣泛實(shí)用性。

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Study on the Application of Micro Channel Reactor in the Synthesis of Dyes

Chen Wang-quan

Micro channel reactor for azo dye continuous preparation technology was investigated by C.I.acid red 54 as the model substrate，the effects of reactant flow rate，micro channel reactor residence time，pipe diameter and reaction temperature on the reaction，the better process conditions were：molar ratio of diazo components，coupling component 1：1，reactant flow rate v=0.18m/ s，retention time=11.11s，pipe diameter D=1.0mm，room temperature（20 DEG C），the yield was 96.80%.C.I.acid red 54 optimal process condition，fixed reactant flow rate V=0.18m/s pipe diameter D=1.0mm，preliminary study on reaction of different color acid azo dyes and reactive azo dyes in the micro channel reactor，the yield was more than 80%.The process has the advantages of continuous，high efficiency，mild conditions，etc.，and has a very good wide range of practicality.

micro reactor；micro channel；C.I.acid red 54；continuous

TQ610.5；TQ620.5

A

1003–6490（2016）10–0069–02

2016–09–21

陳望全（1976—），男，浙江永康人，工程師，主要研究方向?yàn)槿玖虾铣伞?/p>