微通道反應器對CLT酸合成過程中的硝化反應的影響研究

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酸的工業生產主要以甲苯為原材料，經磺化、氯化、硝化、中和、還原、酸析、水洗等步驟生產[2]。其中硝化反應對CLT酸的合成起著至關重要的作用，但該反應卻存在很多的問題，如安全問題，區域選擇問題等，在常規釜式反應器中，傳熱阻力較大，熱量傳遞不出去，容易造成局部反應升溫，過程不易控制，發生副反應和過反應，產品純度降低，同時產品性質不穩定，易燃易爆，存在安全隱患[3]。

本文研究了CLT酸中間產物3-氯-4-甲基苯磺酸的硝化，將微通道反應器應用到CLT酸和合成反應中。

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豪邁微通道反應器(圖1、2)，廠家：山東豪邁機械制造有限公司。

圖1 微通道內部結構

圖2 微通道反應系統

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，設定3-氯-4-甲基苯磺酸、濃硝酸的流速后，通入微通道反應器中，控制反應溫度，待反應條件穩定后取樣。將所取樣品進行液相色譜分析。

(2)常規反應器中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，直至反應結束，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 結果與討論

2.1 常規反應器中硝化反應

常規反應在普通反應燒瓶中進行。3-氯-4-甲基苯磺酸投料500 mL，反應溫度25℃，滴加濃硝酸，滴加結束后保溫2 h，產物經液相色譜分析，結果見圖3。

圖3 常規硝化反應結果

2.2 微通道反應器中硝化反應

3-氯-4-甲基苯磺酸硝化為強放熱反應，在傳統的釜式反應器中，存在反應放出的熱量不能及時釋放、反應溫度不能精確控制、反應液攪拌不均勻等缺點，容易造成副反應發生、工藝操作復雜、生產安全等問題，在微通道反應器中，尺寸微型化強化了設備的傳熱、傳質過程，并實現了工藝的連續化。本實驗主要研究了原料流速、反應溫度、反應器片數對硝化反應的影響。

2.2.1 反應溫度對硝化反應的影響

實驗中固定流速和反應器片數，對反應溫度進行研究，結果見表1。

表1 反應溫度對硝化反應的影響

表1結果表明，隨著反應溫度的提高，3-氯-4-甲基苯磺酸轉化率逐漸降低，副產物增多，溫度25℃時，硝化主產物含量趨于穩定。

2.2.2 原料流速對硝化反應的影響

實驗中固定反應溫度和反應器片數，對物料流速進行研究，結果見表2。

表2 物料流速對硝化反應的影響

表2結果表明，隨著物料流速增加，硝化主產物含量降低，副反應增多。

2.2.3 反應器片數對硝化反應的影響

實驗中固定反應溫度和原料流速，對反應器片數進行研究，結果見表3。

表3 反應器片數對硝化反應的影響

增加反應器片數，相當于延長反應時間，表3結果表明，1片反應器并未完全反應，增至2片時，基本反應完全。

3 結論

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

綜上所述，微通道反應器內進行CLT酸中間產物的硝化反應是可行的，并實現了短時、高效的連續化生產，而且安全系數更高。