傳統(tǒng)工藝：

3,5-二硝基苯甲酸合成工藝主要有兩種：

1. 采用濃硝酸作為硝化劑直接硝化苯甲酸生成3,5-二硝基苯甲酸

2. 間硝基苯甲酸經(jīng)一步硝化生成3,5-二硝基苯甲酸

目前工業(yè)上兩種工藝均采用間歇釜式反應(yīng)，

• 存在反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、物料易積蓄、過(guò)程控制不穩(wěn)定及反應(yīng)釜持液量大等問(wèn)題；

• 苯甲酸硝化合成3,5-二硝基苯甲酸是強(qiáng)放熱反應(yīng)，反應(yīng)熱約為278.96 kJ/mol，反應(yīng)溫度不易控制，易產(chǎn)生“飛溫”現(xiàn)象；

• 溫度是影響硝化反應(yīng)的重要因素，該反應(yīng)需要具有穩(wěn)定且快速的傳熱效果的反應(yīng)器來(lái)控制反應(yīng)溫度；

微通道連續(xù)流工藝：

與傳統(tǒng)釜式反應(yīng)器相比，微通道反應(yīng)器：

• 面積/體積比提高了上千倍，反應(yīng)傳熱快速且穩(wěn)定，避免局部溫度過(guò)高造成的反應(yīng)失控，提高反應(yīng)的安全性；

• 微通道反應(yīng)器通過(guò)對(duì)物料充分混合及對(duì)時(shí)間精確把控，可提升整個(gè)反應(yīng)體系的傳質(zhì)，相比傳統(tǒng)間歇反應(yīng)器收率和選擇性都有所提高；

• 反應(yīng)時(shí)間短，控制精準(zhǔn)，生成的產(chǎn)物能夠及時(shí)移出反應(yīng)器進(jìn)行冷卻處理，從而最大限度地避免副產(chǎn)物的產(chǎn)生。

本文將向讀者介紹今年10月《天然氣化工—C1 化學(xué)與化工》上的一篇文章，“微通道反應(yīng)器中3,5-二硝基苯甲酸的連續(xù)合成工藝”。該新工藝成果已申請(qǐng)技術(shù)保護(hù)，公開(kāi)號(hào)：CN112679358A。

研究者以苯甲酸和發(fā)煙硫酸為底物，應(yīng)用了連續(xù)流微通道反應(yīng)器系統(tǒng)，以探究不同工藝條件對(duì)苯甲酸硝化制備3,5-二硝基苯甲酸反應(yīng)的影響，并獲得3,5-二硝基苯甲酸連續(xù)合成的較優(yōu)工藝條件，反應(yīng)流程如下圖所示。

一、反應(yīng)機(jī)理

濃硝酸硝化苯甲酸合成3,5-二硝基苯甲酸反應(yīng)機(jī)理如圖2所示。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

1. 連續(xù)流反應(yīng)裝置如圖3所示。

   將苯甲酸溶于發(fā)煙硫酸中，記為原料A；

2. 將發(fā)煙硫酸加入濃硝酸中組成混合溶液，記為原料B；

3. 此裝置主要分為預(yù)熱區(qū)和反應(yīng)區(qū)， 溫度通過(guò)恒溫循環(huán)換熱器裝置設(shè)定和調(diào)節(jié)；

4. 待溫度達(dá)到設(shè)定值，將原料A與原料B通過(guò)泵3和泵4同時(shí)流入反應(yīng)模塊，依次經(jīng)過(guò)預(yù)熱區(qū)、反應(yīng)區(qū)，產(chǎn)物由出口處連續(xù)流出，然后利用冰水淬滅，冷卻、結(jié)晶、過(guò)濾得到產(chǎn)物；

5. 產(chǎn)物進(jìn)行HPLC分析。

三、反應(yīng)條件研究

研究者對(duì)3,5-二硝基苯甲酸的微通道連續(xù)合成工藝多個(gè)影響因素進(jìn)行了考察，探究發(fā)煙硫酸用量、反應(yīng)物料配比、反應(yīng)溫度、停留時(shí)間對(duì)合成3,5-二硝基苯甲酸收率和選擇性的影響。

最終研究者獲得了該合成工藝的最佳條件：取用 n(苯甲酸):n(發(fā)煙硫酸) :n(濃硝酸) = 1 : 7: 2.8，反應(yīng)停留時(shí)間4min，反應(yīng)體系溫度為75℃，此時(shí)3,5-二硝基苯甲酸收率為91.0%，選擇性達(dá)97.2%。