邵 健
(濟寧陽光化學有限公司,山東 濟寧 272000)
CLT酸的化學名稱6-氯-3-氨基甲苯-4-磺酸,是合成紅色有機顏料的重要中間體,它經(jīng)重氮化后與β-萘酚或2,3-酸偶合,可分別得到C.I.顏料紅53和C.I.顏料紅52,它們廣泛應(yīng)用于油漫、橡膠及文教用品的著色。目前對于CLT酸的合成路線很多種,包括甲苯磺化法、間甲苯胺法[1]、鄰氯甲苯法,其中甲苯磺化法最為成熟。我國CLT酸的工業(yè)生產(chǎn)主要以甲苯為原材料,經(jīng)磺化、氯化、硝化、中和、還原、酸析、水洗等步驟生產(chǎn)[2]。其中硝化反應(yīng)對CLT酸的合成起著至關(guān)重要的作用,但該反應(yīng)卻存在很多的問題,如安全問題,區(qū)域選擇問題等,在常規(guī)釜式反應(yīng)器中,傳熱阻力較大,熱量傳遞不出去,容易造成局部反應(yīng)升溫,過程不易控制,發(fā)生副反應(yīng)和過反應(yīng),產(chǎn)品純度降低,同時產(chǎn)品性質(zhì)不穩(wěn)定,易燃易爆,存在安全隱患[3]。
本文研究了CLT酸中間產(chǎn)物3-氯-4-甲基苯磺酸的硝化,將微通道反應(yīng)器應(yīng)用到CLT酸和合成反應(yīng)中。
1.1.1 儀器
高效液相液相色譜儀紫外-可見檢測器SPD-16,廠家:島津儀器有限公司;CS2豪邁微通道反應(yīng)器(圖1、2),廠家:山東豪邁機械制造有限公司。
圖1 微通道內(nèi)部結(jié)構(gòu)
圖2 微通道反應(yīng)系統(tǒng)
1.1.2 試劑
3-氯-4-甲基苯磺酸由山東世紀陽光科技有限公司提供;濃硝酸購自國藥集團化學試劑有限公司。
(1)微通道反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化:將3-氯-4-甲基苯磺酸和濃硝酸室溫下放至溫度恒定。在高壓恒流泵上,設(shè)定3-氯-4-甲基苯磺酸、濃硝酸的流速后,通入微通道反應(yīng)器中,控制反應(yīng)溫度,待反應(yīng)條件穩(wěn)定后取樣。將所取樣品進行液相色譜分析。
(2)常規(guī)反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化:在1000 mL三口燒瓶中加入500 mL 3-氯-4-甲基苯磺酸,溫度保持55~60℃邊攪拌邊向其中滴加濃硝酸,保持25℃反應(yīng),直至反應(yīng)結(jié)束,然后升溫至65℃保溫1 h,在升溫至70℃保溫1 h,取樣進行液相色譜分析。
常規(guī)反應(yīng)在普通反應(yīng)燒瓶中進行。3-氯-4-甲基苯磺酸投料500 mL,反應(yīng)溫度25℃,滴加濃硝酸,滴加結(jié)束后保溫2 h,產(chǎn)物經(jīng)液相色譜分析,結(jié)果見圖3。
圖3 常規(guī)硝化反應(yīng)結(jié)果
3-氯-4-甲基苯磺酸硝化為強放熱反應(yīng),在傳統(tǒng)的釜式反應(yīng)器中,存在反應(yīng)放出的熱量不能及時釋放、反應(yīng)溫度不能精確控制、反應(yīng)液攪拌不均勻等缺點,容易造成副反應(yīng)發(fā)生、工藝操作復雜、生產(chǎn)安全等問題,在微通道反應(yīng)器中,尺寸微型化強化了設(shè)備的傳熱、傳質(zhì)過程,并實現(xiàn)了工藝的連續(xù)化。本實驗主要研究了原料流速、反應(yīng)溫度、反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響。
2.2.1 反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響
實驗中固定流速和反應(yīng)器片數(shù),對反應(yīng)溫度進行研究,結(jié)果見表1。
表1 反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響
表1結(jié)果表明,隨著反應(yīng)溫度的提高,3-氯-4-甲基苯磺酸轉(zhuǎn)化率逐漸降低,副產(chǎn)物增多,溫度25℃時,硝化主產(chǎn)物含量趨于穩(wěn)定。
2.2.2 原料流速對硝化反應(yīng)的影響
實驗中固定反應(yīng)溫度和反應(yīng)器片數(shù),對物料流速進行研究,結(jié)果見表2。
表2 物料流速對硝化反應(yīng)的影響
表2結(jié)果表明,隨著物料流速增加,硝化主產(chǎn)物含量降低,副反應(yīng)增多。
2.2.3 反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響
實驗中固定反應(yīng)溫度和原料流速,對反應(yīng)器片數(shù)進行研究,結(jié)果見表3。
表3 反應(yīng)器片數(shù)對硝化反應(yīng)的影響
增加反應(yīng)器片數(shù),相當于延長反應(yīng)時間,表3結(jié)果表明,1片反應(yīng)器并未完全反應(yīng),增至2片時,基本反應(yīng)完全。
研究了微通道反應(yīng)器中3-氯-4-甲基苯磺酸硝化反應(yīng),考察了物料流速、反應(yīng)器片數(shù)、反應(yīng)溫度對硝化反應(yīng)的影響,較優(yōu)工藝參數(shù)為:3-氯-4-甲基苯磺酸流速10.2 mL/min,濃硝酸流速1.5 mL/min,反應(yīng)器片數(shù)為2片,反應(yīng)溫度25℃,微通道反應(yīng)器與常規(guī)反應(yīng)器相比,轉(zhuǎn)化率提高了4.58%,而且降低了硝酸耗量。
綜上所述,微通道反應(yīng)器內(nèi)進行CLT酸中間產(chǎn)物的硝化反應(yīng)是可行的,并實現(xiàn)了短時、高效的連續(xù)化生產(chǎn),而且安全系數(shù)更高。