萘的硝基化合物主要包括 α-硝基萘( α-NN) 、β- 硝基萘( β-NN) 、1,5-二硝基萘( 1,5-DNN) 及 1,8-二 硝基萘( 1,8-DNN) 等。它们都是重要的化学中间 体,被广泛应用于染料、颜料及高能材料等的制备。 其中,1,5-DNN 可 制 备 1,5-萘 二 异 氰 酸 酯 ( 1,5- NDI) ,进而用作合成高性能聚氨酯材料的主要原 料; 1,8-DNN 可制备 1,8-萘二氨( 1,8-NDA) ,1,8- NDA 为一种重要的染料中间体,主要用于生产溶剂型染料 C.I.溶剂橙 60 和 C. I.溶剂红 135。 目前,国内外工业化生产二硝基萘的工艺仍是 以萘或硝基萘为原料,采用传统的硝硫混酸硝化法 在间歇反应釜中进行硝化反应。硝化反应是一 种液-液非均相的快速强放热反应过程,温度越高硝 化反应速度越快,反应产生的大量气体以及热量则 会在短时间内释放,极易造成因温度失控而导致爆 炸事故的发生。间歇操作的液-液非均相的快 速强放热反应过程在精确控制反应温度以及高效 快速混合等方面都较难实现。萘是一种比苯更加 容易被硝化的芳香族化合物,硝化过程中放热剧 烈,因此在实际的间歇式生产中一般是先投入反应 底物,再逐渐滴加硝化剂,同时辅以冷冻盐水降温 以防止剧烈放热,但是物料接触的瞬间也会因反应 放热而产生一定的副产物; 同时,这种加料方式使 先加入的物料的停留时间过长而生成副产物,导致 收率和选择性下降。硝化反应工艺的连续化一直 是该领域技术革新的努力方向。 近十几年来,随着微化工技术的飞速发展,微通 道反应器技术在全球的化学合成研究和应用中引起 了广泛的关注。相对常规反应器,微通道反应器 具有微型化的通道尺寸,能够提供快速混合而缩短反 应时间,倍增的换热比表面积可以实现快速传热并保 持恒温,反应温度的精确控制可以很好地消除局部过 热现象,所以微通道反应器在强放热反应中的应 用,可以很好地解决常规反应器中强放热反应的瓶颈 问题———传热传质,从而可以降低生产危险性,提高 生产效率。此外,微通道反应器具有的“数增放大” 特性使得装备的量产化能力非常可观[11]。 文献[7]报道研究人员采用 3 种微混合器连接 管式反应器对萘的硝化进行研究,采用 N2O5 或者 HNO3 为硝化剂,以 1 mL/min 的流速在-10 ~ 50 ℃下 停留 15~ 45 s,结果显示硝化产物主要为 α-NN,但研 究人员对微反应器中萘的二硝化工艺未深入探索。 为了对传统工艺进行连续化改造,结合前期研 究工作的基础[12-15],笔者采用 G1 型脉冲混合结构 的微通道反应器为实验装备,以萘和硝酸为原料硝 化制备二硝基萘,研究其连续化新工艺。考察硝酸 浓度、反应温度、物料的摩尔比、进料流速等因素对 二硝基萘收率及选择性的影响,优化工艺参数,以 获得最佳的合成条件,为其后续的实际生产应用奠定基础。