微反应器中甲苯硝化的选择性研究(5)

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目前，微反应器已经成功应用于加成、消除、亲核取代、亲电取代（芳烃）、环合和聚合等一系列单元反应。甚至开始出现用微反应器串联技术实现多组分反应和多步合成反应[ ]，大大缩短研发周期和提高产品质量和产率。

1.5. 微反应器在硝化反应中的应用

实际上，国外从2000年已经开始研究微反应器在芳烃硝化中的应用。Gerhard Panke[ ]等利用CYTOS型微反应器研究了甲苯一硝化的工艺，以硝硫混酸为硝化剂，65℃反应15min，转化率达到98%以上；而以Ac2O/H2SO4/HNO3为硝化剂，30℃反应70min，转化率为100%。Ducry[ ]等则研究了苯酚在微反应器中的自催化硝化反应，通过热量检测，发现在常规反应器(1L)中放热升温55℃的剧烈硝化，在微反应器中的放热升温不超过5℃，而产率则从55%提高到75%，纯度增加同时聚合物副产物明显减少。Raghunath Halder[ ]等系统的研究了微反应器中仅用硝酸硝化甲苯的影响因素，包括停留时间、反应温度和酸浓度等。结果表明在微反应器中硝化速率比常规反应器快得多，甚至在没有硫酸存在情况下，也能产生质子化的硝酸，反应迅速且无副产物生成。随后，还有人研究了苯甲醛、水杨酸等一系列芳香族化合物在微反应器的硝化工艺[ , ]。而国内从近两年才开始关注微反应器在硝化反应中的应用。2010年，余武斌[ ]等研究了微通道反应器内氯苯硝化反应，考察了氯苯和硝酸的摩尔比、体积流速和反应温度对单程转化率和选择性的影响，实现短时、高效的连续化生产方式，为研究硝化类易燃易爆反应提供了参考。

结合国内外同行的研究报道和我们的研究基础，不难推断，微反应器过程控制技术与硝化反应有机结合，将为我们开辟了一条全新的硝化工艺路线。根据硝化反应的诸多特点，自主设计微反应构型和混合芯片模式，加工多种适合进行硝化反应的微反合器从思路上打破一直以来通过调整化学反应条件去适应固有设备的传统方法，而是通过调整设备去适应化学反应过程的新思路。

目前，国内外对微反应器在硝化反应中的应用研究，大多停留在以传统的硝硫混酸为硝化剂，采用不锈钢材质的微混合控制系统，未能根本上解决硝化工艺带来的环境污染问题及定向硝化技术难题。如何将微反应系统和绿色硝化、定向硝化技术有机结合，已成为微化工技术在硝化领域得到应用的核心问题。利用本课题组在芳烃绿色硝化技术近20年的研究基础，我们将重点研究如何将微反应器的过程化控制优势与绿色硝化技术有机结合，从解决安全生产、环境污染和选择性硝化等问题入手，通过对硝化反应过程控制，达到提高产品质量、降低成本、节能减排和降低环境污染的目的，为微反应器在绿色硝化中的应用研究填补空白和技术革新。源[自[751``论`文]网·www.751com.cn/

1.6 本课题的研究目的及意义

微化工技术的出现，为解决长期困扰化学工作者的芳烃定向硝化、环境污染和硝化安全性生产三大问题提供了一个契机。微反应器优良的传质性能确保了物料的迅速混合，特别是在常规反应器中混合时间较长的两相反应；传热效率的提高使得反应能在等温条件下迅速反应，避免了由温度急剧升高带来的副产物生成。利用微反应器的独特性能和优势，芳烃硝化中的三大问题得以迎刃而解：(1)高比表面积实现快速传热并保持恒温；快速混合，及时导出热量，消除局部过热，将微反应系统和强放热的硝化反应结合，可减小生产危险性，提高生产效率。(2)微反应系统的短时高效性，可减少含酚酸性废水的产生，同时减少副产物生成，从源头上解决环境污染问题。(3)利用微反应系统改变产物选择性和异构体分布的合成实例已有诸多报道，为控制芳烃硝化产物的选择性提供了良好借鉴[ , , ]。