一、硝化反應
硝化特點基本上是硝化劑參加硝化反應的活潑質點是硝基硝酰陽離子NO2+，在純硝酸中有97%HNO3是以分子態存在，3%經質子轉移生成NO2+。在硫酸存在下，均相硝化是二級反應v=k[ArH][HNO3]，當H2SO4濃度為90%左右時，反應速度為******值；有強吸電子取代基的芳烴在過量濃硝酸中硝化，則為一級反應v=k[ArH]。
硝化反應中一般采用316L、哈氏合金等。目前工業化常用的是帶夾套的反應釜，有單釜生產，有釜-釜串聯，冷凝器同樣采用316L、哈氏合金等，其管線、閥門、輸送泵均采用對應材質的設備。一般采用攪拌釜式反應形式，通過夾套傳熱及盤管傳熱，混酸采用滴加形式。其特點是由于傳熱速度慢，所以一般在低溫條件下反應，以免升溫太快引起安全事故，由于攪拌傳質相對較慢，或是不均勻，局部易形成多硝基化合物。
二、微通道（連續流）反應技術
硝化是強放熱反應，其放熱集中，同時也伴隨硫酸的稀釋熱，反應過程中要求適當的反應溫度，避免生成多硝基物和氧化等副反應，因而熱量的有效移除是控制硝化反應的突出問題之一。為積極尋求硝化反應過程的“三傳一反”問題，常州大學流動化學與過程研究所將微通道（連續流）反應器技術應用于硝化反應中，有效的解決了硝化反應過程中遇到的問題。微通道反應器的特點是傳質、傳熱接近理論值，是釜式反應的1000倍左右，熱量可在短時間內迅速移除，且反應區的持液量非常少，當持液量達幾升時，裝置生產能力每年可達萬噸級。
1、微通道（連續流）反應器
微通道（連續流）反應器是一種依靠微加工技術在特定的固體基質上蝕刻出固定形態的通道，并且具有一定化學反應適用性的化工設備。與常規反應器相比，其內部通道直徑非常細小，通常為10~500μm，其擁有極大的比表面積，可達常規反應器比表面積的幾百倍甚至上千倍，因此產生極大的換熱效率和傳質效率，可以精確控制反應溫度，確保反應物料瞬間混合，有助于提高化學反應收率、選擇性、安全性，以及產品質量。與常規釜式反應器相比，微通道反應器具有以下特點：①通道幾何特性，②傳遞和宏觀流動特性，③強化傳遞過程，④提高產品收率和選擇性，⑤利于溫度控制，⑥安全性能高，⑦放大問題。與傳統化工間歇設備相比，微化工設備可以實現化工過程的連續化生產，具有一定的生產靈活性，并且化工設備高度集中，節約生產空間。微反應器本身強大的傳熱和傳質能力除了可以精確、安全控制反應過程，還有可以提高環境資源和能量的利用效率，實現化工過程的高效化、微型化和綠色化。微通道反應器適合的反應：①放熱劇烈的反應；②反應物或產物不穩定的反應；③反應物配比要求很嚴的快速反應；④危險化學反應以及高溫高壓反應。
硝化反應是一個快速的強放熱反應過程，在常規反應器中硝化反應如果控制不當就會引起溫度飛升、噴料或爆炸等現象。芳烴硝化是合成許多含能材料如TNT中間體的重要反應，在該系列反應過程中如果反應物混合不均、反應熱不及時移除會導致一系列副產物。微通道(連續流)反應器由于有較大的比表面積和獨特的混合結構，具有較強的傳熱性能和混合效果，可以高效地控制反應進程和熱量交換，降低副反應的發生，從而提高反應的安全性和選擇性。
三、案例分享----硝基氯苯合成
氯苯在混酸硝化過程中會同時產生對硝基氯苯和鄰硝基氯苯這兩種同分異構體，另外有少量的間硝基氯苯。在反應溫度、硝酸與硫酸配比相同的條件下，在間歇反應中n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.3，停留時間為數小時，對硝基氯苯的產率為57.61%，n(鄰硝基氯苯):n(對硝基氯苯)=0.68；在連續流(微通道)反應器中，n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.1，停留時間為60s，此時，對硝基氯苯的產率為62.16%，n(鄰硝基氯苯):n(對硝基氯苯)=0.57。從氯苯硝化反應的結果中可以看出，微通道（連續流）反應器技術降低硝酸用量，大大縮短了氯苯硝化的反應時間，提高了對硝基氯苯的產率，在該反應中體現出獨特的優勢。
在國家應急管理部頒布的《精細化工反應安全風險評估導則（試行）》中提到，“對于反應工藝危險度為4級和5級的工藝過程，尤其是風險高但必須實施產業化的項目，要努力優先開展工藝優化或改變工藝方法降低風險，例如通過微反應、連續流完成反應”。硝化反應工藝是國家重點監管危險化工工藝目錄中的一類，其工藝安全風險評估大都為4級和5級，微通道（連續流）反應器技術的應用為硝化工藝的本質安全開辟了新的道路。
江蘇省化學化工學會微通道專業技術委員會
中國石油和化學工業聯合會-石油和化工行業連續流技術工程實驗室
張躍
