連續(xù)流技術(shù)是近幾年在化工領(lǐng)域誕生的新技術(shù)，其具備安全、高效、易操作等多種優(yōu)勢(shì)，被視為能改變化工領(lǐng)域的革命性技術(shù)，連續(xù)流工藝取代傳統(tǒng)釜式工藝也在成為一種趨勢(shì)，很多企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行嘗試，今天就帶大家來(lái)看一個(gè)連續(xù)流工藝合成1-硝基萘的應(yīng)用案例，1-硝基萘可用于制造染料、農(nóng)藥、橡膠、防老劑、有機(jī)合成等方面，是比較常見(jiàn)的中間體，本文會(huì)將會(huì)詳細(xì)介紹動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器合成1-硝基萘的方法。

1.反應(yīng)設(shè)備

本次合成方法中使用的設(shè)備是動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器，它是一種連續(xù)化平推流反應(yīng)器，與釜式反應(yīng)器相比，具有返混小、比表面積大、單位容積的傳熱面積大等特點(diǎn)，能夠有效提高反應(yīng)效率，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)。而且由于其結(jié)構(gòu)特殊，可根據(jù)不同反應(yīng)類(lèi)型設(shè)計(jì)攪拌軸，適用于粘稠液體、有固體參與或生成的反應(yīng)，在化工領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用，尤其是在固體適應(yīng)性方面的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了板式微通道反應(yīng)器的不足。

圖1.動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器合成1-硝基萘圖片

2.反應(yīng)原料

常規(guī)制備1-硝基萘的做法是使用萘和硫酸、硝酸混合液進(jìn)行反應(yīng)，萘作為稠環(huán)芳烴的一種，大量存在于石油和煤焦油中，例如，在煤焦油中，萘的含量就高達(dá)10%，所以比較容易獲取。但此方法需要嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度，整個(gè)過(guò)程都要處于低溫狀態(tài)，有較高的風(fēng)險(xiǎn);且后處理較為麻煩，會(huì)產(chǎn)生較多的廢酸，產(chǎn)品中雜質(zhì)含量也比較高。所以本次合成方法舍棄了萘與混酸反應(yīng)的常規(guī)制法，而是使用濃硝酸與萘反應(yīng)來(lái)制備1-硝基萘。

圖2.1-硝基萘轉(zhuǎn)化方程式

3.反應(yīng)過(guò)程

制備1-硝基萘的反應(yīng)類(lèi)型是硝化反應(yīng)，整個(gè)過(guò)程可以分為四步，第一步準(zhǔn)備原料，將固體顆粒狀的原料萘，溶解到有機(jī)溶劑DCE中，配置成萘的有機(jī)溶液，同時(shí)準(zhǔn)備好另一原料濃硝酸溶液;第二步進(jìn)料，設(shè)置好反應(yīng)器轉(zhuǎn)速和反應(yīng)溫度后，用兩臺(tái)計(jì)量泵將兩種原料同時(shí)打入反應(yīng)器中。第三步是進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，在反應(yīng)連續(xù)進(jìn)料的過(guò)程中，按照預(yù)先設(shè)定探究條件，包括原料摩爾比、反應(yīng)溫度、停留時(shí)間等條件，進(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。第四步收集反應(yīng)出料進(jìn)行后處理，在該反應(yīng)過(guò)程中，硝酸的-OH被質(zhì)子化，形成的硝酰正離子和苯環(huán)親電取代生成1-硝基萘，1-硝基萘易溶于反應(yīng)中使用到的有機(jī)溶劑，因此反應(yīng)出料會(huì)呈現(xiàn)上下分層現(xiàn)象，上層為硝化過(guò)程中產(chǎn)生的水，下層為1-硝基萘的有機(jī)溶液、以及未反應(yīng)完全的原料等。所以反應(yīng)出料需要經(jīng)過(guò)淬滅、分層、析晶和烘干等一系列步驟才能得到產(chǎn)物1-硝基萘，若產(chǎn)品中含有雜質(zhì)，還需要對(duì)其進(jìn)行重結(jié)晶除雜步驟，最終低溫烘干可得亮黃色1-硝基萘產(chǎn)品。

本實(shí)驗(yàn)流程如下圖所示

圖3.連續(xù)流工藝合成1-硝基萘實(shí)驗(yàn)流程圖

注：SolutionA、SolutionB分別為濃硝酸和萘的有機(jī)溶液，通過(guò)柱塞泵打入動(dòng)態(tài)管試反應(yīng)器中，反應(yīng)液出口接分液罐，反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行分液以及后處理過(guò)程。

4.注意事項(xiàng)

整個(gè)合成過(guò)程需要注意兩點(diǎn)，一是在反應(yīng)過(guò)程中，為了使萘原料能夠完全轉(zhuǎn)化，硝酸要適當(dāng)過(guò)量;二是為了減少雜質(zhì)，避免副反應(yīng)的發(fā)生，要盡量讓反應(yīng)在短時(shí)見(jiàn)內(nèi)完成。

圖4.反應(yīng)過(guò)程中可能產(chǎn)生的雜質(zhì)

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)采用了單一變量實(shí)驗(yàn)法，對(duì)反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、硝酸摩爾比三個(gè)因子對(duì)于轉(zhuǎn)化率以及雜質(zhì)的影響進(jìn)行探究，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果尋找1-硝基萘合成的最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案，在經(jīng)過(guò)多組數(shù)據(jù)對(duì)比分析后，得到了動(dòng)態(tài)管試反應(yīng)器合成1-硝基萘的最佳工藝數(shù)據(jù)如下：最佳工藝條件為：68%硝酸作為硝化劑，n(萘)：n(硝酸)= 1 : 2.8，反應(yīng)溫度70℃，停留時(shí)間50s。在最佳工藝條件下，萘原料的轉(zhuǎn)化率為100%，1-硝基萘的選擇性為99%。

以上就是本次動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器合成1-硝基萘方法的全部?jī)?nèi)容，與傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝相比，使用動(dòng)態(tài)管式反應(yīng)器進(jìn)行連續(xù)化反應(yīng)，不僅能夠快速測(cè)試出最優(yōu)反應(yīng)條件，還能提高合成的效率和反應(yīng)的安全性。