CN111116372B - 一种催化剂作用下的3,4二氯硝基苯全连续流合成工艺 - Google Patents

一种催化剂作用下的3,4二氯硝基苯全连续流合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种催化剂作用下3,4‑二氯硝基苯的全连续流合成工艺，所述全连续流合成工艺在一体化全连续流反应系统中进行，在进料口不间断加入反应底物等原料，在出料口不间断得到产物3,4‑二氯硝基苯，所述的合成工艺安全高效且无放大效应。与传统的生产工艺相比，生产时间缩短为120秒内，且无放大效应，产品指标稳定、重现性好。

Description

一种催化剂作用下的3,4二氯硝基苯全连续流合成工艺
技术领域
本发明属于化学领域，尤其涉及一种3,4-二氯硝基苯的连续流硝化反应生产工艺。
背景技术
3,4-二氯硝基苯是多种染料、颜料、医药以及精细化工产品的中间体,是合成3-氯-4-氟苯胺、2,4-二氯氟苯及3,4-二氯苯胺等的中间体。其中3-氯-4-氟苯胺和2,4-二氯氟苯是制备喹诺酮类抗菌药的原料，这类药已广泛用于我国医药领域。喹诺酮类抗菌素杀菌谱广，毒副作用小，且价格适中，为近年发展较快的一类抗菌素。我国已开发并投入量产的喹诺酮类抗菌素主要有诺氟沙星、环丙沙星、氧氟沙星等，约占国内喹诺酮类抗菌素的总产量的98%。
喹诺酮类一般由含氟苯环合成含氟喹啉类化合物后与哌嗪（或甲基哌嗪）缩合而得。我国是世界含氟药物和中间体产能最大的国家之一，其中80%以上含氟中间体供应出口。三氟甲苯类中间体发展较晚，近年来发展迅速，含氟吡啶类中间体的合成技术，将成为今后几年国内含氟中间体研发的主要方向之一。
目前的工艺合成3,4-二氯硝基苯路线主要有两条。
第1条是对氯硝基苯氯化。以无水三氯化铁为催化剂，向105℃熔融状态的对氯硝基苯中通氯气，得到3,4-二氯硝基苯。该方法对工艺及设备要求高，产品外观及内在质量均难以控制，且反应中产生大量废液对环境污染比较严重。氯气是此类反应常用的氯化剂，但是由于苯环上吸电子基NO2的存在，对于反应条件要求较为苛刻，使副反应增多，操作也比较烦琐，反应收率低。此外，还有文献报道亚氯酸也可以作为此类芳香族化合物的氯化剂。
第2条是邻二氯苯硝化得到3,4-二氯硝基苯。芳烃的硝化反应存在三种异构体，随着芳环上的取代基不同和工艺条件的变化，三种异构体的组成比例也不同。对于邻二氯苯为原料的硝化反应，由于取代基位置特殊，产物只存在2,3-二氯硝基苯和3,4-二氯硝基苯，该工艺虽然比较简单，但是硝化过程中产生大量的异构体2,3-二氯硝基苯，后续需要纯化分离。
但无论采用哪条工艺路线合成，现有技术生产3,4-二氯硝基苯基本均采用间歇釜式反应，间歇生产过程中需要进行装料和卸料等辅助操作，劳动强度大，易造成物料和能量的损失，生产成本高，延长生产周期，并且产品存在批次差异、质量不稳定，由于是硝化反应，釜式工艺安全性难以保证。
间歇工艺最重要的特征有两点，一是过程中存在“停留”或“中断”，二是产品生产是间隔开的，即产品存在批次并且一个批次生产只能得到固定数量的产品。也就是，对于每一批次的生产，固定数量的原料按照反应步骤的顺序进行反应，最终得到有限的固定数量的产品（产物）；然后再投入固定数量的原料，按照同样的步骤进行下一批次的反应，制得有限的固定品。
间歇工艺实现的方式有两种：1）分别用多个反应器（例如，烧瓶、反应釜等）实现，每一步反应在一个反应器中进行；2）用一个反应器（例如，烧瓶、反应釜等）实现，在该反应器中依次完成每步反应，反应过程中需要根据反应进程依次添加多个原料，也就是每一步反应后，就会有“停留”，等待进一步添加后续反应的原料。有的文献也把方式2）称作连续（continuous），其实质也是间歇的，因为过程中存在“停留”，需等待加料，或者需要为下一步反应调节到合适的温度（例如，升温、降温或保温）。
间歇工艺主要存在以下问题:
1.批次操作效率不高，反应时间很长，生产周期非常长，产品质量不一。
2.由于是硝化反应，大量使用浓硫酸、浓硝酸，同时有一定量的爆炸性多硝产物生成，因此间歇工艺存在很大的安全隐患。
3.硝化反应都是强放热反应，是十八类国家重点监管的危险化工工艺之一，需要反应器具有很好的换热性能，保证反应不飞温。一旦温度过高，副反应增多，使收率降低。现有间歇工艺主要通过控制混酸的加入速度结合相应的移热装置来实现对反应温度的控制，这样大大延长了操作时间，不但降低了生产效率，也没有从根本上解决工艺安全性问题。即间歇工艺安全性、产品收率和质量稳定性都亟待改善。
4.间歇工艺不可避免地会带来放大效应（Scaling up Effect），给工业上生产规模放大带来很大障碍。放大效应是指利用小型设备进行化工过程（即小规模）实验（例如实验室规模）得出的研究结果，在相同的操作条件下与大型生产装置（例如工业化规模）得出的结果往往有很大差别。有关这些差别的影响称为放大效应。其原因主要是小规模的实验设备中的温度、浓度、物料停留时间分布与大规模设备中的不同。也就是说，相同的操作条件下，无法在工业化规模上完全重复小规模实验的研究结果；若要在工业化规模上得到与小规模实验相同或近似的结果，需要通过优化调整，改变工艺参数和操作条件。对于化工过程来说，放大效应是一个难度较大而且迫切需要解决的问题。如果不解决，会导致生产过程和产品质量具有很大的不确定性，一是直接导致下游产品的质量不稳定，难以控制；二是不确定性会带来生产过程工艺参数波动，进而导致无法有效控制生产过程，使得生产安全性不能得到保证，为生产过程埋下诸多安全隐患。
中国专利CN105418433A描述了对氯硝基苯连续釜式工艺制备3,4-二氯硝基苯，由于是釜式工艺必然存在放大效应，同时由于使用大量氯气，一方面对于设备要求高，需要定期更换反应釜，大大增加了生产成本，影响生产效率，另一方面存在很大的安全隐患。
中国专利CN102675120A描述了使用固体酸催化剂合成3,4-二氯硝基苯，也是釜式工艺，在工业化放大时，只能采取多次逐级放大的方法，并且为了获得与实验室规模一致性的结果，每次放大过程中都需要调整优化工艺条件和参数，这会极大的消耗人力物力及项目时间，存在大幅度不确定的放大效应，同时需要滴加硝酸，因此安全性无法保证，反应需要6-8h，生产效率极低。
中国专利CN107417536A描述了连续合成对氯硝基苯，第一段反应温度为100-200℃，反应时间为15-50min，第二段反应温度为10-100℃，反应时间1-50min，整体反应温度高，反应时间长，并且中间还需分液步骤，操作复杂，生产周期非常长，反应温度高安全性差。
中国专利CN107973720A描述了连续合成对氯硝基苯，反应温度0-50℃，反应时间30-120s，原料和混酸都需要预热，并且不包括连续后处理工艺，后处理仍然是采用釜式工艺，效率低，因此整体生产周期长。
综上，3,4-二氯硝基苯现有生产工艺中存在诸多问题：釜式工艺即使控制混酸的滴加速度，仍然存在飞温甚至爆炸的风险，使得工艺存在极大的安全隐患。此外，现有工艺均存在不同程度的放大效应，导致向工业化放大时会消耗大量人力物力且存在诸多不确定性；放大后工艺可靠性也存在问题，导致产品质量不稳定，难以控制；并且生产过程缺乏灵活性并且会有潜在的安全风险；也有部分连续工艺，只是针对反应步骤，却没有连续后处理工艺，导致生产总时间过长且产率不高，降低了生产效率，这些都增加了工业化的难度。
因此，需要寻找一种操作简单安全，高效，易于大规模生产且无放大效应的3,4-二氯硝基苯的反应及后处理全连续流催化生产工艺。
现地生产是指生产厂家将设备安置到终端消费者（或下游使用者）就近或同一地点进行生产，从而很大程度减少了从生产厂家到终端消费者（或下游使用者）之间的众多中间环节如仓储，物流等，节约了大量成本。但是现地生产仍无法避免少量产品的储存和运输，例如，从工厂的一个车间运送到另一个车间，从合成产品的生产设备取出产品并运送至下游的生产设备。在线生产（on-line manufacturing）作为现地生产的一种，是指产品的生产和使用同时进行，与下游工艺无缝衔接、同步联动的生产方式，从而实现产品的即产即用（produce-to-use）、随用随产（ready-to-use）的弹性生产模式（flexiblemanufacturing）。实现在线生产，需要借助于即插即产型生产装置（plug-and-producesystem）。所谓即产即用，就是产出即使用，产品的生产和使用同时进行；随用随产，就是随时需要随时产出，无须等待，按需生产零库存；即插即产型生产装置，就是生产装置开动后即时获得产品，按需生产，满足需求后即可停车。在线生产的生产时间可以缩短至十余分钟甚至数分钟内，可以和下游使用者的生产设备和生产工艺实现无缝对接，从根本上避免了产品的储存和运输，节约了成本、提高了生产的安全性，也提高了生产效率。所述的生产时间是指从原料进入反应器到符合市售产品输出所需的时间，包括反应时间和后处理时间，在连续流工艺中也称其为停留时间（residence time）。在线生产作为一种高度灵活的生产方式，除了与其它现地生产方式一样可以节约大量仓储、物流等成本外，同时能有效地满足快速、个性化和定制化的产品需求，也符合工业化4.0和智能制造主导的第四次工业革命的发展方向。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种在催化剂作用下3,4-二氯硝基苯的全连续流生产工艺，该工艺操作简单安全、高效，不存在放大效应，制得的3，4-二氯硝基苯产品产率和含量高，且质量稳定，易于大规模生产，大幅度降低生产成本、提高3，4-二氯硝基苯生产的安全性。
全连续流生产工艺作为连续工艺的一种，是一种快速高效的全流程连续工艺，具有用时短、效率高、易操作等特点，过程中连续不间断地加入原料，连续不间断地生产制得产品，过程中物料（即包含有原料、中间体、产品、溶剂等的反应混合物）是连续流动的，没有间断，没有停留等待，即产品被源源不断地生产出来，是一种“流水线”式的化工生产过程。当工艺操作达到定态时，反应器内任何位置上物料的组成、温度等状态参数不随时间而变化，是稳态过程，因而生产过程和产品质量都是稳定的。在包含有多步反应的工艺中，如果其中某几个步骤是连续的或者只是将原有间歇工艺中的各步骤简单连接起来，该工艺可以称为半连续工艺；而只有所有步骤都是连续的并且物料在整个工艺过程中是连续流动的，即连续加入原料，连续得出产品，才能称为全连续流工艺。
为实现上述发明目的，本发明提供一种在催化剂作用下直接制备3,4-二氯硝基苯的在线全连续流合成工艺。所述的全连续流合成工艺采用一体化全连续流反应系统。所述全连续流合成工艺为即插即产型，即在位于所述一体化全连续流反应系统最前端的进料口不间断加入反应原料，在位于所述一体化全连续流反应系统最后端的出料口不间断得到最终产物3,4-二氯硝基苯。其中所述反应原料包括催化剂、反应底物、硫酸和硝酸，各反应原料由进料口同时且不间断地输入所述一体化全连续流反应系统。
所述一体化全连续流反应系统由硝化反应单元和后处理单元串联构成，其中硝化反应单元完成混酸和反应底物的混合及硝化反应工艺，后处理单元完成清洗分液过程。硝化反应单元由若干反应器串联构成，根据工艺控制至少划分为温区1及温区2，每个温区至少包含一个反应器；后处理单元至少划分为两个温区即温区3及温区4，各温区由若干丝网分离器及反应器交替串联构成，反应器用于物料的混合清洗，油水分离器则用于在线分离，两者相互协同完成后处理的清洗分液过程。
所述全连续流合成工艺包括如下步骤：
（a）将混合有催化剂的反应底物、硫酸和硝酸分别经进料口输入所述一体化全连续流反应系统的硝化反应单元，依次流经温区1和温区2，在温区1伴有搅拌混合过程；
（b）硝化反应液流出温区2进入后处理单元，依次流经温区3和温区4进行后处理，由出料口输出，得到最终产物即所述3,4-二氯硝基苯。
所述催化剂选自[bNEt3SO3H][H2PO4]、[bNEt3SO3H][HSO4]及[bNEt3SO3H][Cl]中的一种。进一步优选为[bNEt3SO3H][HSO4]；所述反应底物为邻二氯苯（缩写为：ODCB）。
进一步地，所述催化剂和反应底物的质量比优选为0.5-2%,进一步优选为1%。步骤a）中混合有催化剂的反应底物由进料口流入所述反应系统的流速为10～40g/min，优选15～40g/min，更优选18～38g/min。
进一步地，硫酸和反应底物的摩尔比为1.3:1～2.5:1，优选1.4:1～2:1，更优选1.5:1～1.8:1。步骤a）硫酸由进料口流入所述反应系统的流速为10～50g/min，优选12～48g/min，更优选14～45g/min。
进一步地，硝酸和反应底物的摩尔比为0.8:1～1.2:1，优选0.85:1～1.1:1，更优选0.95:1～0.98:1。所述步骤a）硝酸由进料口流入所述反应系统的流速为5～20g/min，优选5～18g/min，更优选5～15g/min。
进一步地，所述硫酸质量浓度为90%～98%，优选93%～98%，更优选95%～98%。
进一步地，所述硝酸质量浓度为90%～98%，优选93%～98%，更优选95%～98%。
所述全连续流合成工艺时间≤120s，优选的，所述的生产时间为10～110s；更优选的，所述的生产时间为20～100s；更优选的，所述的生产时间为30～90s。所述全连续流合成工艺时间，即反应原料由进料口输入、经所述一体化全连续流反应系统完成硝化反应及后处理过程、由出料口输出的整个工艺过程所经历的时间。其中经历所述各温区的时间比优选为：温区1：温区2：温区3：温区4为5:8:5:5。
进一步地，所述温区1的温度为5～60℃，优选5～50℃，更优选5～40℃，更优选5～30℃，更优选5～20℃。
进一步地，所述温区2的温度为40～100℃，优选50～100℃，更优选60～90℃，更优选70～80℃。
进一步地，所述温区3的温度为50～100℃，优选50～90℃，更优选50～80℃，更优选50～70℃，更优选50～60℃。
进一步地，所述温区4的温度为50～100℃，优选50～90℃，更优选50～80℃，更优选50～70℃，更优选50～60℃。
进一步地，所述全连续流合成工艺还包括反应原料准备：将催化剂加入反应底物中混合均匀。
进一步地，所述反应原料准备步骤还包括催化剂的制备步骤，包括：
第一步，内鎓盐的合成：将0.05mol三乙胺加入烧瓶中，加入等摩尔的1,4-丁烷磺内酯，在室温下（25℃）搅拌一个星期，得到白色固体盐，然后抽滤，用乙酸乙酯洗涤固体多次，至颜色为白色或淡黄色，真空60℃干燥，得到内鎓盐[bNEt3SO3H]。
第二步，内鎓盐酸化：称取一定量的内鎓盐[bNEt3SO3H]，分别加入等摩尔的浓硫酸或浓磷酸或盐酸，在80℃下进行加热搅拌6h，直至固体盐全部溶解，然后于80℃再旋蒸1h，除去其中的水分，得到离子液体[bNEt3SO3H][HSO4] 或[bNEt3SO3H][H2PO4]、或[bNEt3SO3H][Cl]。
进一步地，所述3,4-二氯硝基苯的收率≥90%；优选的，所述3,4-二氯硝基苯的收率≥93%；更优选的，所述3,4-二氯硝基苯的收率≥95%。
进一步地，所述3,4-二氯硝基苯的含量≥93%；优选的，所述3,4-二氯硝基苯的含量≥95%；所述3,4-二氯硝基苯的含量≥97%。
本发明还提供了一种3,4-二氯硝基苯的一体化全连续流反应系统，所述一体化全连续流反应系统采用单元化结构，包括硝化单元和后处理单元，单元之间相互串联。其中：所述的硝化单元用于实现反应底物、硫酸和硝酸反应生成3,4-二氯硝基苯，所述后处理单元用于所述3,4-二氯硝基苯的中和清洗。
每个所述的单元包含至少一个温区，各温区之间相互串联；每个温区包含至少一个反应器模块或反应器模块组，其中反应器模块组由多个反应器模块串联或并联组成。
所述全连续流反应系统内的物料流动借助反应器本身压力降完成物料的从前往后输送。
所述后处理单元的各温区还包含丝网分离器，所述丝网分离器和反应器模块交替串联，所述丝网分离器用于连续的在线油水分离，与其串联的反应器模块完成物料的混合清洗，两者相互协同完成后处理的清洗分液过程。
所述一体化全连续流反应系统还包括至少一个进料口和至少一个出料口，进料口和出料口位于所述一体化全连续流反应系统的最前端和最末端。
进一步地，所述反应器为任意一种能实现连续流工艺的反应装置，所述的反应器选自微反应器（Microreactor）、串联盘管反应器（Tandem loop reactor）、管式反应器（Tubular reactor）的任意一种或任意多种。所述的微反应器，又称微结构反应器或微通道反应器，是一种在其中化学反应发生在普遍侧向尺寸在1mm及以下的有限区域内的设备，这类有限区域最典型的形式即是微型尺寸通道。串联盘管反应器，即用管道将盘管反应器串联起来组成的反应器，其中盘管反应器是将管式反应器做成盘管的形式。管式反应器是一种呈管状、长径比很大的连续操作反应器，这种反应器可以很长；可以单管也可以多管并联，可以空管，也可以是填充管。
进一步地，所述反应器中的物料通道的材质为单晶硅、特种玻璃、陶瓷、涂有耐腐涂层的不锈钢或金属合金、聚四氟乙烯。
进一步地，所述全连续流反应系统的硝化单元包含2个温区，分别为温区1和温区2；后处理单元包含2个温区，分别为温区3和温区4。
进一步地，所述温区1包含1个反应器模块，所述温区2包含2个反应器模块，所述温区3由一个丝网分离器和一个反应器模块串联构成，所述温区4由两个丝网分离器和一个反应器模块交替串联组成。所述每个反应器模块包含至少一个反应器，构成每个反应器模块的反应器个数由反应器的物料通道长短和反应物料在该模块的工艺时间（即物料经过该模块的时间）决定。
进一步地，所述温区1中反应器有搅拌功能，用以搅拌混合反应原料。
进一步地，所述全连续流反应系统中的反应器均能够实现温度控制。进一步地，所述温区1的反应器至少能够实现5～60℃的温度控制。
进一步地，所述温区2的反应器至少能够实现40～100℃的温度控制。
进一步地，所述温区3、温区4的反应器至少能够实现50～100℃的温度控制。
本发明提供了一个由反应底物直接全连续生产3,4-二氯硝基苯的技术方案，多种反应物不断地输入反应系统里，并连续地收集反应产物。通过选择和使用合适的催化剂，提高反应产物的收率；同时借助于功能单元温区划分和温度设置、各温区停留时间的配置优化以及功能单元的协同作用，短时间内就能够充分反应，使反应总时间缩短至120s内，大大提升了工艺的效率。
在本发明的全连续流合成工艺在硝化反应阶段和后处理阶段均采用连续化工艺，稳定性和可靠性好，因而产品质量稳定、重现性好；工艺没有放大效应，也解决了3,4-二氯硝基苯连续流工艺工业化存在放大效应的问题，极大地降低了工业化应用的难度；在向工业化放大时，无需经历繁琐复杂的多次逐级放大和工艺条件、参数的调整优化，即可一次放大到所需要的生产规模，极大地节约了人力物力和项目开发时间；在工业化生产中，可灵活改变产品生产规模，无需重新调整优化工艺条件和参数，生产过程灵活性好；无放大效应使得生产过程稳定可靠，工艺条件和参数的波动也不会影响产品质量，产品质量易于控制；这也极大地提升了生产过程的安全性。
为满足本发明全连续流工艺的条件，本发明提供的一体化全连续流化反应系统采用模块化的结构，通过设计模块的组织方式、数量、各温区包含的模块，及开发针对性的工艺条件和参数，包括各温区的划分和温度设置，以及多级油水分离等各因素协同作用，使得这一全连续流工艺得以实现。该一体化全连续流化反应系统还可以进一步地结合各温度与物料浓度、物料配比和物料流速，使之与反应进程相匹配，得到更好的工艺效果。
同时该一体化全连续流反应系统由于体积小，占地面积小，极大地节约了厂房用地。
综上，本发明与现有技术的比较，有益效果如下：
1．本发明的生产工艺完全不同于现有技术的工艺，仅通过一步反应，并且将反应过程与后处理工艺整合成为一套完整的生产工艺，在短时间内（120s内）直接制得产品，实现了高质量、高效率的生产。
2. 本发明的生产工艺安全、高效，制得的3,4-二氯硝基苯产品产率和含量高，大幅度降低生产成本、提高产品生产的安全性，实现了3,4-二氯硝基苯的高效率、高质量、大规模生产。
3. 本发明解决了3,4-二氯硝基苯连续流工艺工业化放大的问题，本发明的生产工艺不存在放大效应，极大地降低了工业化应用的难度，在向工业化放大时，无需经历繁琐复杂的多次逐级放大和工艺条件、参数的调整优化，即可一次放大到所需要的生产规模，极大地节约了人力物力和项目开发时间。
4. 本发明的生产工艺安全性得到了极大提升，连续流反应器相对较小的持液量和优良的传热特性，加之较短的反应时间（120s以内）使得该工艺过程更为安全。
5. 相比于现有技术，本发明的反应时间大大缩短，反应时间缩短了95%，大幅度提高了反应效率。
6. 在一体化连续流反应器中，由于流速稳定、生产过程稳定，因而产品质量稳定、重现性好。
7. 该一体化连续流反应器体积小，占地面积小，极大地节约了厂房用地。
附图说明
图1为本发明的一体化全连续流反应系统的示意图。
图2为本发明各实施例合成3,4-二氯硝基苯的全连续流工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明的讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明实施例中的浓度均为质量浓度，产品通过气相色谱（GC）检测。由下面本发明各实施例中可以看到，在各下面各实施例表中工艺参数控制在合适范围时，获得的目标产品的3,4-二氯硝基苯，满足3,4-二氯硝基苯含量≥93%，2,3-二氯硝基苯含量<7%，其他二硝物含量小于0.1%，所述二硝物杂质为2,3-二氯-1,4-二硝基苯、1,2-二氯-3,5-二硝基苯、1,2-二氯-4,5-二硝基苯和1,2-二氯-3,4二硝基苯。如图1所示为本发明全连续流反应系统的示意图，全连续流反应系统为即插即产型，多种反应原料不断地输入反应系统里，并连续地收集反应产物。图2为下面各实施例合成3,4-二氯硝基苯的全连续流工艺流程示意图，由图中可以看到，各实施例使用的全连续流反应系统由硝化单元和后处理单元串联构成。硝化单元包含2个温区，分别为温区1和温区2；后处理单元包含2个温区，分别为温区3和温区4。温区1包含1个反应器模块即图2中显示的模块1，温区2包含2个反应器模块即图2中模块2及模块3，温区3由一个丝网分离器和一个反应器模块即图2中模块4串联构成，温区4由两个丝网分离器和一个反应器模块即图2中模块5交替串联组成。
工作时，将原料1（混有催化剂的ODCB）、原料2（浓硫酸）和原料3（浓硝酸）以恒流泵先后输送全连续流反应系统，进料速率详见下面各表中，其中进料速率1代表原料1的进料速率，进料速率2代表原料2的进料速率，进料速率3代表原料3的进料速率。进入温区1搅拌混合后至温区2硝化反应，反应完全；流出温区2反应液进入温区3和温区4进行后处理，得到产品。其中，工艺温度以温区为单位进行控制，反应时间通过控制各模块流经时间的比例以及总的全连续流合成工艺时间，其中经历各模块的时间比为：模块1：模块2：模块3：模块4：模块5为5:4:4:5:5，各实施例的全连续流合成工艺时间如下面各表中所示。 具体各实施例的各种工艺参数如下面各表中所示，其中催化剂用量指催化剂与反应底物的质量百分比。
表1：实施例1-6 筛选温区1温度。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
表2：实施例7-12筛选温区2温度。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表3：实施例13-18 筛选温区3温度。
Figure DEST_PATH_IMAGE003
表4：实施例19-24 筛选温区4温度。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
表5：实施例25-28 筛选浓硫酸浓度。
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表6：实施例29-32 筛选浓硝酸浓度。
Figure DEST_PATH_IMAGE006
表7：实施例33-38 筛选浓硫酸摩尔配比。
Figure DEST_PATH_IMAGE007
表8：实施例39-44 筛选浓硝酸摩尔配比。
Figure DEST_PATH_IMAGE008
表9： 实施例45-48 筛选催化剂种类。
Figure DEST_PATH_IMAGE009
表10：实施例49-52 筛选催化剂用量。
Figure DEST_PATH_IMAGE010
表11：实施例53-56 筛选流速。
Figure DEST_PATH_IMAGE011

Claims (10)

1.一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：
所述的全连续流合成工艺采用一体化全连续流反应系统；
所述全连续流合成工艺为即插即产型，即在位于所述一体化全连续流反应系统最前端的进料口不间断加入反应原料，在位于所述一体化全连续流反应系统最后端的出料口不间断得到最终产物即所述3,4-二氯硝基苯；
其中所述反应原料包括催化剂、反应底物、硫酸和硝酸，各反应原料由进料口同时且不间断地输入所述一体化全连续流反应系统；
其中所述一体化全连续流反应系统由硝化反应单元和后处理单元串联构成，其中硝化反应单元完成混酸和反应底物的混合及硝化反应工艺，后处理单元完成清洗分液过程；
所述硝化反应单元由若干反应器串联构成，至少划分为温区1及温区2，每个温区至少包含一个反应器；
所述后处理单元至少划分为两个温区即温区3及温区4，各温区由若干丝网分离器及反应器交替串联构成，反应器用于物料的混合清洗，油水分离器则用于在线分离，两者相互协同完成后处理的清洗分液过程；
其中所述全连续流合成工艺包括如下步骤：
(a)将混合有催化剂的反应底物、硫酸和硝酸分别经进料口输入所述一体化全连续流反应系统的硝化反应单元，依次流经温区1和温区2，在温区1伴有搅拌混合过程；
(b)硝化反应液流出温区2进入后处理单元，依次流经温区3和温区4进行后处理，由出料口输出，得到最终产物即所述3,4-二氯硝基苯；
其中所述催化剂选自[bNEt3SO3H][H2PO4]、[bNEt3SO3H][HSO4]及[bNEt3SO3H][Cl]中的一种；所述反应底物为邻二氯苯。
2.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：
步骤a)中混合有催化剂的反应底物由进料口流入所述反应系统的流速为18～38g/min；硫酸由进料口流入所述反应系统的流速为14～45g/min；硝酸由进料口流入所述反应系统的流速为5～15g/min。
3.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：所述温区1的温度为5～20℃；温区2的温度为70～80℃；温区3的温度为50～60℃；温区4的温度为50～60℃。
4.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：反应原料由进料口进入所述一体化全连续流反应系统后，经历所述各温区的时间比为：温区1：温区2：温区3：温区4为5:8:5:5。
5.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：所述催化剂和反应底物的质量比为0.5-2％。
6.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：所述催化剂为[bNEt3SO3H][HSO4]，所述催化剂和反应底物的质量比为1-1.5％。
7.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：硫酸质量浓度为95％～98％，硫酸和反应底物的摩尔比为1.5:1～1.8:1。
8.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：硝酸质量浓度为95％～98％，硝酸和反应底物的摩尔比为0.95:1～0.98:1。
9.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：全连续流合成工艺时间≤120s，所述全连续流合成工艺时间，即反应原料由进料口输入、经所述一体化全连续流反应系统完成硝化反应及后处理过程、由出料口输出的整个工艺过程所经历的时间。
10.根据权利要求1所述的一种在催化剂作用下的3,4-二氯硝基苯全连续流合成工艺，其特征在于：所述3,4-二氯硝基苯的含量≥93％；所述3,4-二氯硝基苯的收率≥90％。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714647A (en) * 1994-03-30 1998-02-03 Bayer Aktiengesellschaft Process for the adiabatic preparation of mononitrohalogenobenzenes
CN103553925A (zh) * 2013-10-28 2014-02-05 河北工业大学 一种液相硝化合成硝基环己烷的工艺
CN104030925A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 扬州大学 一种催化合成单硝基氯苯的方法
CN107417536A (zh) * 2017-04-10 2017-12-01 浙江工业大学 一种邻二氯苯连续化单硝化反应的方法及专用装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5714647A (en) * 1994-03-30 1998-02-03 Bayer Aktiengesellschaft Process for the adiabatic preparation of mononitrohalogenobenzenes
CN103553925A (zh) * 2013-10-28 2014-02-05 河北工业大学 一种液相硝化合成硝基环己烷的工艺
CN104030925A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 扬州大学 一种催化合成单硝基氯苯的方法
CN107417536A (zh) * 2017-04-10 2017-12-01 浙江工业大学 一种邻二氯苯连续化单硝化反应的方法及专用装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
连续化合成3,4-二氯硝基苯;王文佐 等;《浙江化工》;20170515;第48卷(第5期);第28-31页 *
连续流微通道反应合成3,4-二氯硝基苯;于洋 等;《河南化工》;20160615;第33卷(第6期);第23-25页 *

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