[发明专利]一种二硝基氯苯的合成方法及微反应器

说明书

技术领域

本发明涉及芳烃硝化，具体地说是一种二硝基氯苯的合成方法及 微反应器，是在微通道反应器中一步法由氯苯合成二硝基氯苯 (DNCB)的工艺；其可在强硝化酸及常温至80℃反应器条件下，在 微通道反应器中安全连续合成二硝基氯苯。

背景技术

2，4-二硝基氯苯(2，4-DNCB)被广泛用于有机合成原料中间体， 主要用来制作染料(硫化黑)、农药、医药、糖精、二硝基酚、二硝 基苯胺等化工产品。常规制备工艺有一步法和分步法：将一定量的氯 苯加入硝化反应釜中，在搅拌状态下按比例加入预先配制好的一硝化 硝酸和硫酸的混合酸进行反应，反应物出现黄色结晶(或溶液出现混浊) 时逐渐升温，并在一定温度范围内，加入预先配制好的二硝化混酸。 加料完毕后，升高温度80～90℃，并维持反应约2小时，反应结束后 静置分层，放出下部酸液处理或循环利用，上部有机相经中和热水洗 至中性，分去水层干燥结晶得产品。现有的2，4二硝基氯苯制备工艺 的缺点是，工艺复杂，反应时间长。

在CN1513830A中公开了一种以对硝基氯苯(p-DNCB)为原料 制备2，4二硝基氯苯的方法，所述方法为使用混酸在60～90℃、常压 下反应5～10小时，产品中2，4-DNCB含量达99％以上。该工艺的缺 点是，反应时间长，硝化温度高，原料对硝基氯苯的主要来源仍为氯 苯的硝化，且硝基氯苯常温下为固态，投料及反应时应严格控制混酸 给料速度以避免飞温爆炸，主产品2，4-DNCB的高收率是使用 p-DNCB为原料进行二次硝化的必然结果，因为p-DNCB中的氯基具 有邻对位定位效应(93.3％)，而硝基具有间位定位效应(93.3％)，两 者的综合定位结果是：在p-DNCB中引入一个硝基必生成2，4-DNCB。

Veretennikov(Russian Journal of Organic Chemistry，Vol.37，No. 10，2001，pp.1451～1454.)等研究了p-DNCB硝化动力学和机理，认为 在氯苯中引入一个硝基后，硝化速率降低1600倍，二硝化反应速度在 25℃、89～90重量％的硫酸介质中最大。但现有二硝基氯苯的合成都 是在60～90℃下进行的，因为现有工艺绝大多数使用常规搅拌釜式或 环式反应器，反应器传热速率较慢，要求相对温和的反应工艺(通常 为10～25％的水和低于7％的硝酸)与之匹配，这样反应速率除借助于 搅拌装置外，还必须通过提高反应温度的方式强化二硝化速率。

上述可见，现有二硝基氯苯生产工艺仍停留在使用串联釜式或环 式硝化器的水平上，这类工艺要求有机相和酸相按特定比例调配，并 保持足够停留时间，严格控制反应温度，其结果必导致设备庞大复杂， 副产物多，收率不高，过程不安全等。

微通道反应器由于特征尺度微型化，流体间热质传递速率较常规 化工设备提高1～3个数量级。同时微反应技术具有许多内在的、独特 的优点：高传质速率；快速直接放大(模块结构、并行放大)；内在 安全和过程可控；过程连续和高度集成；分散和柔性生产。

在微反应器中采用氯苯为原料进行混酸硝化合成二硝基氯苯还 未见文献报导。于微反应器中进行芳烃硝化反应可见于Kal Fabian的 US6861527，Raghunath Halder等(Nitration of toluene in a micro- reactor，Catalysis Today 125(2007)74-80)的研究，J.R.Burns的US 7032607，在这三个相关的文献中，都未涉及到比苯还难硝化的氯苯 二硝化方面的内容。

本发明根据氯苯混酸硝化法合成2，4-二硝基氯苯过程中，放热量 大、传质速率小、过程易爆的特点，提出在微通道反应器中进行该反 应，并提供一种可提高氯苯二硝化本征反应速率的硝化工艺一步合成 二硝基氯苯。

发明内容

本发明的目的在于提供从原料氯苯直接到二硝基氯苯的制备方 法，而无需分步加酸，无需搅拌过程、无需多台反应器串联组合。

本发明的另一目的是提供从原料氯苯直接合成二硝基氯苯的微 反应器。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

在微通道反应器中由氯苯直接合成二硝基氯苯，在常温或高于常 温的反应器控制温度下，采用提高硝化反应本征反应速率的快速反应 工艺。