北方伟业计量集团有限公司
苯二甲酸的硝化物是重要的有机合成中间体,可合成医药、染料、农作物保护剂、光感材料、造影剂等。
目前,工业化硝化苯二甲酸主要是釜式工艺,以间苯二甲酸4、邻苯二甲酸酐和对苯二甲酸为原料,采用硝酸硫酸滴加方式硝化合成。由于三种苯二甲酸芳环上都含有两个吸电子基,降低了苯环上的电子云密度,钝化亲核取代活性,导致所需的硫酸浓度和用量较大,反应温度较高。因此,反应过程不易控制,安全隐患较大。微通道反应器控温准确,使物料与物料之间达到充分混合,且消除了传统釜式反应器在工业化生产中可能产生的放大效应,在危险工艺中得到了高度关注n。硝化反应是重点监管反应,也是生产中的重大危险源,硝化反应实现连续化安全生产是当前研究热点。
本研究以硝酸/硫酸作为硝化剂,探究间苯二甲酸(|PA)、邻苯二甲酸酐(PA)和对苯二甲酸(PTA)在连续流反应器中的硝化反应,并对适用于连续流反应器的合成工艺参数进行优化,有效提升反应安全性,显著提高产物的产率和选择
1实验部分
1.1反应方程式
硝化合成对应硝基苯二甲酸的反应方程式,见图1。
1.2实验仪器及试剂
微通道反应器选用英国 Chemtrix生产的芯片微反应器Labtⅸ START和中试微反应器PlantⅸκMR260,PFR自制管式反应器,安捷伦1260型高效液相色谱仪,电子天平。发烟硝酸(95%-97%)、硫酸(98%)、间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸均为工业级,色谱级甲醇,分析级磷酸。
1.3实验步骤
1.3.1 Laborⅸ X START反应器精确称取一定量的间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸,分别溶于98%硫酸中,制成一定浓度的间苯二甲酸、邻苯二甲酸酐、对苯二甲酸的硫酸溶液,待用;在冰水浴中,小心地将98%硫酸缓慢倒入发烟硝酸中制成不同配比的硝硫混酸溶液,待用使用两支注射器(体积为1mL)分别抽取已精密配制的一定浓度的间苯二甲酸/邻苯二甲酸酐/对苯二甲酸的硫酸溶液和混酸溶液,分别固定在两台注射泵上(见图2),设置注射泵的流速、背压阀的压力及反应器温度;启动注射泵,待设备稳定后设置泵入的溶液体积,开始收集流出的反应液,用适量的冰水混合物进行淬灭,液相检测。
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