[发明专利]生产硝基苯的方法和系统

说明书

与由联邦政府资助的研究或开发有关的声明

不适用。

技术领域

本发明总地涉及用于通过苯与硝酸和硫酸的液相反应生产硝基苯的装置和方法，更特别是涉及通过利用高剪切混合加速这些反应。

背景技术

硝基苯(C₆H₅NO₂)是被广泛用作溶剂和作为温和氧化剂的芳香化合物。在化学工业中，它主要用于生产苯胺和苯胺衍生物，诸如二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)；然而，它也在其他化学品、橡胶、杀虫剂、染料和药物的制造中获得应用。在制药工业中，硝基苯用于例如止痛药对乙酰氨基酚(扑热息痛)的生产。

在制备硝基苯的常规方法中使用的最普通的反应物是硝酸或者混合酸，通常是浓硝酸和浓硫酸、发烟硫酸(oleum)或发烟硫酸(fumingsulfuric acid)的混合溶液。该方法通常包括最初通过硝酸与浓硫酸的反应形成硝鎓离子NO₂⁺，如下：

HNO₃+2H₂SO₄→NO₂⁺+H₃O⁺+2HSO₄^-

然后，根据以下反应，硝鎓离子与苯反应以形成硝基苯：

这种酸的混合物形成亲电试剂，该亲电试剂在被称为硝化反应的芳香亲电取代反应中与苯反应。通过硫酸质子化硝酸以形成H₂NO₃⁺，其然后失水以形成NO₂⁺。浓硫酸对于水具有高的亲合力，其促进了反应。随后形成硝基苯，它通过抽出硫酸而与用过的和未用过的酸分离，并且将它作为浓硫酸被松返到苯硝化过程中。

许多因素强烈地影响这些方法，诸如温度和压力。这些因素的适当选择是重要的，因为，就产率和催化剂消耗量(如果可适用的话)方面而言，还从安装和维护的复杂和成本的观点看，选择影响反应趋势，反应速度，以及生产的整体技术和经济平衡。例如，通过所达到的压力，为了达到所要求的温度所消耗的热能，以及安装组合部件的复杂和数目，影响这些成本。例如，在许多应用中，期望增加苯的转化率。虽然增加反应压力可以增加反应速率，但是它也增加了构成反应器、管道和车间的机械部件，以及任何辅助设备的材料的磨损。用于制造硝基苯最通常的方法和生产设备受各种限制的制约，诸如产物产率、工厂规模、能量消耗和质量流限制。因此，对于改进生产硝基苯的方式，存在持续的兴趣。

发明内容

本发明公开了促进硝基苯生产的方法和系统。根据本发明的某个实施方案，生产硝基苯的方法包含形成纳米乳液，该纳米乳液包含在浓硝酸和浓硫酸的混合物中分散的含苯粒子，其中所述粒子具有小于1微米的平均直径，并且使所述纳米乳液经历反应条件，该反应条件包括约203kPa(2个大气压)至约6080kPa(60个大气压)范围内的压力和约20℃至约230℃范围内的温度，由此所述苯的至少一部分被硝化形成硝基苯。

根据本发明的某个实施方案，提供用于硝基苯的系统，其包含至少一个配被置用于产生纳米乳液的高剪切混合装置，该纳米乳液包含分散在浓硝酸和浓硫酸的混合物中的含苯粒子，其中所述粒子具有小于1微米的平均直径；以及反应容器。通过在较低的温度和/或压力下操作，使得产物相对于每单位所消耗反应物有所增加，反应时间减少，和/或减少资本和/或操作成本，该方法和装置的实施方案可能使总成本降低。在下面的详细说明和附图中，这些和其他实施方案和潜在优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的某个实施方案，用于生产硝基苯的方法的工艺流程图。

图2是作为在图1的系统的实施方案中使用的多级高剪切装置的纵向截面视图。

具体实施方案

用于经由苯与硝酸和硫酸的混合物的液相反应生产硝基苯的本方法和系统经由外部高剪切机械装置以提供化学成分在高剪切混合装置中在受控环境下的快速接触和混合，该高剪切混合装置也可能用作反应器。该高剪切装置降低了对反应的传质限制，因此增加了总反应速率。