工业级微反应器：反应效率提高了800倍

沈阳院鄢冬茂教授团队最新发表一篇微通道反应器应用于苯的连续二硝化进展的文章，题为”Safe,Green,andEfficientSynthesisofm-DinitrobenzeneviaTwo-StepNitrationinaContinuous-FlowMicroreactor”，该文章发表于欧洲化学会（ChemistryEurope）旗下英文期刊ChemistrySelect中。

文章报道了在工业级微反应器系统内苯连续硝化制备间二硝基苯的新工艺，并采用两段式连续硝化实现硫酸循环使用，突破了传统间歇工艺由于釜式反应器传质传热能力低导致工艺危险性高和效率低的难题。

与间歇工艺相比，新的微通道连续化工艺将反应效率提高了800倍，并且进一步提高反应收率和选择性，基本无废硫酸产生。新工艺为间二硝基苯的工业化生产提供了更为安全高效的方法。

图1：两步连续流动生产间二硝基甲苯（千克级）；

[a]硝基苯硝化阶段的废酸加入硝酸后可用作苯硝化的混合酸；

[b] 苯硝化后的废酸(主要是硫酸)可以处理浓缩后循环使用。

图2：微反应器尺寸结构图

技术优势

本文研究了在连续流微反应器中采用两步硝化法制备间间二硝基苯的工艺。将微反应器应用到硝化反应中，在经过工艺优化后，发现该方法大大提高了生产效率，使反应更加温和可控，同时废酸套用率大大提升，极好的契合了绿色安全生产。

与间歇反应相比，作者采用的微通道反应器设备停留时间由180min缩短至4min，瞬时体积仅为200mL, 间二硝基苯的产率为1.62kg/h，空时产率为803.1mol/L，存在巨大优势。

第1部分：分步硝化条件优化

作者将间二硝基苯(m-DNB)的合成分为两步(2.1、2.2)：苯的硝化以及硝基苯(MNB)的硝化，对于该非均相体系的优化主要包括“混酸配比、硝酸与原料摩尔比、温度、流速等”，作者通过微观层次：分子扩散、微流体的流体动力学行为等方式对该反应进行解释说明。

第2部分：连续流制备二硝

在条件优化的基础上，以苯为原料，采用连续流微反应器两步硝化法制备间二硝基苯。苯硝化阶段，苯的转化率为99.5%，硝基苯的选择性在99%以上；硝基苯硝化阶段，硝基苯的转化率达到99.5%，间二硝基苯的选择性为90.88%。

硝基苯硝化阶段，反应生成间二硝基苯并产生废酸，反应溶液流入液-液分离器。根据废酸与有机相密度分离二者，取所得废酸加入硝酸作为混合酸，重新用于苯硝化阶段。

苯硝化阶段，苯与混合酸在微反应器中反应生成硝基苯和废酸。苯硝化段废酸经过简单处理后再利用。能够实现废酸浓缩和回用。

来源：沈阳院微通道反应技术中心  微信号：Micro-chem