微通道反應(yīng)器對CLT酸合成過程中的硝化反應(yīng)的影響研究

邵 健

(濟寧陽光化學有限公司，山東 濟寧 272000)

CLT酸的化學名稱6-氯-3-氨基甲苯-4-磺酸，是合成紅色有機顏料的重要中間體，它經(jīng)重氮化后與β-萘酚或2，3-酸偶合，可分別得到C.I.顏料紅53和C.I.顏料紅52，它們廣泛應(yīng)用于油漫、橡膠及文教用品的著色。目前對于CLT酸的合成路線很多種，包括甲苯磺化法、間甲苯胺法[1]、鄰氯甲苯法，其中甲苯磺化法最為成熟。我國CLT酸的工業(yè)生產(chǎn)主要以甲苯為原材料，經(jīng)磺化、氯化、硝化、中和、還原、酸析、水洗等步驟生產(chǎn)[2]。其中硝化反應(yīng)對CLT酸的合成起著至關(guān)重要的作用，但該反應(yīng)卻存在很多的問題，如安全問題，區(qū)域選擇問題等，在常規(guī)釜式反應(yīng)器中，傳熱阻力較大，熱量傳遞不出去，容易造成局部反應(yīng)升溫，過程不易控制，發(fā)生副反應(yīng)和過反應(yīng)，產(chǎn)品純度降低，同時產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定，易燃易爆，存在安全隱患[3]。

本文研究了CLT酸中間產(chǎn)物3-氯-4-甲基苯磺酸的硝化，將微通道反應(yīng)器應(yīng)用到CLT酸和合成反應(yīng)中。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器

高效液相液相色譜儀紫外-可見檢測器SPD-16，廠家：島津儀器有限公司；CS2豪邁微通道反應(yīng)器(圖1、2)，廠家：山東豪邁機械制造有限公司。

圖1 微通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖2 微通道反應(yīng)系統(tǒng)

1.1.2 試劑

3-氯-4-甲基苯磺酸由山東世紀陽光科技有限公司提供；濃硝酸購自國藥集團化學試劑有限公司。

1.2 實驗方法

(1)微通道反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化：將3-氯-4-甲基苯磺酸和濃硝酸室溫下放至溫度恒定。在高壓恒流泵上，設(shè)定3-氯-4-甲基苯磺酸、濃硝酸的流速后，通入微通道反應(yīng)器中，控制反應(yīng)溫度，待反應(yīng)條件穩(wěn)定后取樣。將所取樣品進行液相色譜分析。

(2)常規(guī)反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化：在1000 mL三口燒瓶中加入500 mL 3-氯-4-甲基苯磺酸，溫度保持55～60℃邊攪拌邊向其中滴加濃硝酸，保持25℃反應(yīng)，直至反應(yīng)結(jié)束，然后升溫至65℃保溫1 h，在升溫至70℃保溫1 h，取樣進行液相色譜分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 常規(guī)反應(yīng)器中硝化反應(yīng)

常規(guī)反應(yīng)在普通反應(yīng)燒瓶中進行。3-氯-4-甲基苯磺酸投料500 mL，反應(yīng)溫度25℃，滴加濃硝酸，滴加結(jié)束后保溫2 h，產(chǎn)物經(jīng)液相色譜分析，結(jié)果見圖3。

圖3 常規(guī)硝化反應(yīng)結(jié)果

2.2 微通道反應(yīng)器中硝化反應(yīng)

3-氯-4-甲基苯磺酸硝化為強放熱反應(yīng)，在傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器中，存在反應(yīng)放出的熱量不能及時釋放、反應(yīng)溫度不能精確控制、反應(yīng)液攪拌不均勻等缺點，容易造成副反應(yīng)發(fā)生、工藝操作復雜、生產(chǎn)安全等問題，在微通道反應(yīng)器中，尺寸微型化強化了設(shè)備的傳熱、傳質(zhì)過程，并實現(xiàn)了工藝的連續(xù)化。本實驗主要研究了原料流速、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響。

2.2.1 反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響

實驗中固定流速和反應(yīng)器片數(shù)，對反應(yīng)溫度進行研究，結(jié)果見表1。

表1 反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響

表1結(jié)果表明，隨著反應(yīng)溫度的提高，3-氯-4-甲基苯磺酸轉(zhuǎn)化率逐漸降低，副產(chǎn)物增多，溫度25℃時，硝化主產(chǎn)物含量趨于穩(wěn)定。

2.2.2 原料流速對硝化反應(yīng)的影響

實驗中固定反應(yīng)溫度和反應(yīng)器片數(shù)，對物料流速進行研究，結(jié)果見表2。

表2 物料流速對硝化反應(yīng)的影響

表2結(jié)果表明，隨著物料流速增加，硝化主產(chǎn)物含量降低，副反應(yīng)增多。

2.2.3 反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響

實驗中固定反應(yīng)溫度和原料流速，對反應(yīng)器片數(shù)進行研究，結(jié)果見表3。

表3 反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響

增加反應(yīng)器片數(shù)，相當于延長反應(yīng)時間，表3結(jié)果表明，1片反應(yīng)器并未完全反應(yīng)，增至2片時，基本反應(yīng)完全。

3 結(jié)論

研究了微通道反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化反應(yīng)，考察了物料流速、反應(yīng)器片數(shù)、反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響，較優(yōu)工藝參數(shù)為：3-氯-4-甲基苯磺酸流速10.2 mL/min，濃硝酸流速1.5 mL/min，反應(yīng)器片數(shù)為2片，反應(yīng)溫度25℃，微通道反應(yīng)器與常規(guī)反應(yīng)器相比，轉(zhuǎn)化率提高了4.58%，而且降低了硝酸耗量。

綜上所述，微通道反應(yīng)器內(nèi)進行CLT酸中間產(chǎn)物的硝化反應(yīng)是可行的，并實現(xiàn)了短時、高效的連續(xù)化生產(chǎn)，而且安全系數(shù)更高。