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苯二甲酸的连续硝化反应研究

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 512 2021-02-23
【摘要】以邻苯二甲酸酐尧间苯二甲酸和对苯二甲酸为原料袁在连续流反应器中采用硝酸/硫酸混酸工艺合成了苯二甲酸硝基衍生物袁研究了反应温度尧硝酸/硫酸配比及用量尧停留时间等对反应的影响遥结果表明院对苯二甲酸硝化不适用于在连续化反应器中进行曰间苯二甲酸在微通道反应器中硝化的最优条件为院n(间苯二甲酸):n(发烟硝酸):n(浓硫酸)=1:1.7:7袁反应温度为75益袁保留时间为40.9s袁转化率为99.8%袁5-硝基间苯二甲酸产率为95%袁选择性为100%曰邻苯二甲酸酐在微通道反应器中硝化的最优条件为院n(邻苯二甲酸酐)院n(发烟硝酸)院n(浓硫酸)=1:1.5:3袁反应温度为90益袁保留时间为60.6s袁转化率为100%袁3-硝基邻苯二甲酸收率为37%袁选择性为41.3%.
  • 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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