CN112774616A - 二硝基萘的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种二硝基萘的制备方法，包含以下步骤：将置于反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液，其中，所述反应器包括供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且所述混合组件具有数个叠置的梳状导流板，每一梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合用以使所述萘与硝酸产生不规则流动而相互混合。

Description

二硝基萘的制备方法
技术领域
本发明涉及一种芳香族化合物的硝化方法，特别是涉及一种二硝基萘的制备方法。
背景技术
二硝基萘的合成方法主要通过使用硝酸与萘来合成，或使用含有硝酸及其他酸(例如硫酸或醋酸等)的酸组分与萘来合成，而目前工业上广泛地使用的方法是利用硝酸作为单一硝化剂与萘反应来制备二硝基萘。
中国专利申请公布号第CN104478728A号揭示一种微通道反应合成二硝基萘的方法。该方法是以萘及硝酸为原料，并通入一微通道反应器中进行反应。该微通道反应器具有一微通道结构。该微通道结构例如直流型管状通道结构或心型通道结构等。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种二硝基萘的制备方法。
本发明二硝基萘的制备方法，包含以下步骤：将置于反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液，其中，所述反应器包括供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且所述混合组件具有数个叠置的梳状导流板，每一个梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合，以使所述萘与所述硝酸产生不规则流动而相互混合。
在本发明二硝基萘的制备方法中，所述梳状导流板的梳齿是堆叠设置，且相邻两梳状导流板的梳齿的延伸方向相反。
在本发明二硝基萘的制备方法中，每一个梳状导流板的所述梳齿的延伸方向相同。
在本发明二硝基萘的制备方法中，每一个梳状导流板还具有一连接所述梳齿的连接件，且每一个梳齿与所述连接件的夹角角度范围为30度至45度。
在本发明二硝基萘的制备方法中，相邻两梳齿间的距离范围为1mm至4mm。
在本发明二硝基萘的制备方法中，还包含将有机溶剂置于所述反应器中以进行该硝化反应。
在本发明二硝基萘的制备方法中，所述有机溶剂为二氯乙烷。
在本发明二硝基萘的制备方法中，以所述萘、所述有机溶剂及所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量范围为5wt％至10wt％。
在本发明二硝基萘的制备方法中，还包含将所述含有二硝基萘的溶液进行冷却处理，以使所述二硝基萘自所述含有二硝基萘的溶液中析出。
在本发明二硝基萘的制备方法中，所述冷却处理的温度范围为10℃至20℃。
本发明的另一目的在于提供一种二硝基萘的制备方法。
本发明二硝基萘的制备方法，包含以下步骤：将置于反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液；其特征在于：所述反应器包括数个供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及数个分别设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且每一个混合组件具有数个叠置的梳状导流板，而每一个梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合用以使所述萘与所述硝酸产生不规则流动而相互混合。
本发明的有益的效果在于：通过所述梳状导流板叠置所形成的流道，以使萘与硝酸在所述矩形反应通道内产生不规则流动，而让萘及硝酸在接触机率增加的情况下得以均匀地混合，以得到二硝基萘。
附图说明
图1是一立体示意图，说明本发明二硝基萘的制备方法的一反应器；
图2是一立体示意图，说明所述反应器的一个壳单元、数个反应管及数个混合组件；
图3是一局部剖视图，说明所述反应器的数个矩形反应通道及数个分别设置在所述矩形反应通道内的混合组件；
图4是沿图3的IV-IV所取得的一剖视示意图；及
图5是一示意图，说明其中一个矩形反应通道内的一个混合组件。
具体实施方式
本发明二硝基萘的制备方法的第一实施例包含以下步骤：将置于一个反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液，其中，所述反应器包括一个供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及一个设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且所述混合组件具有数个叠置的梳状导流板，每一个梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合，以使所述萘与所述硝酸产生不规则流动而相互混合；将所述含有二硝基萘的溶液进行冷却处理，而使所述二硝基萘自所述含有二硝基萘的溶液中析出，接着，进行分离处理，获得二硝基萘固体及剩余液。
参阅图1、图2及图3，所述反应器包括一个壳单元1、一个壳盖单元2、八个反应管3，及八个混合组件4。
所述壳单元1包括一个第一壳壁11、一个与所述第一壳壁11间隔设置的第二壳壁12，及一个位于所述第一壳壁11与所述第二壳壁12间并连接所述第一壳壁11与所述第二壳壁12的围绕壁13。所述第一壳壁11形成有八个间隔设置的第一穿孔110。所述第二壳壁12形成有八个位置分别对应所述第一穿孔110的第二穿孔120。所述围绕壁13界定出一个供热媒(图未示)流动的导热空间130、一个与所述导热空间130连通并供所述热媒进入的入口131，及一个与所述导热空间130连通并供所述热媒流出的出口132。
所述壳盖单元2包括一个盖设所述第一壳壁11的第一壳盖21及一个盖设所述第二壳壁12的第二壳盖22。所述第一壳盖21具有一个与所述第一壳壁11的所述第一穿孔110连通且用以供来自一个管路(图未示)的所述萘与来自另一个管路(图未示)的所述硝酸进入的注入口210。所述第二壳盖22具有一个与所述第二壳壁12的第二穿孔120连通且用以供所述含有二硝基萘的溶液流出的出液口220。
参阅图2及图3，所述反应管3连接所述壳单元1的第一壳壁11及所述第二壳壁12，且间隔地设置在所述壳单元1的围绕壁13的导热空间130内。每一个反应管3具有一个与所述第一壳壁11的各自的第一穿孔110及所述第二壳壁12的各自的第二穿孔120连通的矩形反应通道31。所述矩形反应通道31用来供自所述第一壳盖21的注入口210进入的所述萘与所述硝酸流动并进行所述硝化反应。
参阅图3至图5，所述混合组件4分别设置于所述反应管3的矩形反应通道31。每一个混合组件4具有三个堆叠设置的梳状导流板41。每一个梳状导流板41具有数个朝向一个延伸方向延伸且间隔排列的梳齿411，及一个将所述所述梳齿411连接在一起的连接件412。每一个梳齿411与所述连接件412间形成一个角度范围为30度至45度的夹角。在本第一实施例中，每一个梳齿411与所述连接件412的夹角角度为45度。每一个梳状导流板41的相邻两梳齿411间的距离为1mm至4mm。在本第一实施例中，每一个梳状导流板41的相邻两梳齿411间的距离为2mm。在每一个混合组件4中，所述梳状导流板41的梳齿411是堆叠设置且所述连接件412位于同侧堆叠地设置，而相邻两梳状导流板41的所述梳齿411自各自连接的所述连接件412的延伸方向相反。
要特别说明的是，所述反应管3的数目不以八个为限，可以是一个、两个、三个、四个、九个、十个等，且依据需求进行调整。所述混合组件4的数目不以八个为限，是依据所述反应管3的数目进行调整。每一个混合组件4的梳状导流板41的数目不以三个为限，可以是两个、四个、五个等，且依据需求进行调整。每一个混合组件4的所述梳状导流板41的排列方式不以上述为限，举例来说，所述梳状导流板41的连接件412设置在不同侧。所述反应器例如Ehrfeld公司制且型号为
Figure BDA0002844925630000041
系列的市售品。在本第一实施例中，所述反应器为Ehrfeld公司制且型号为miprowa lab的反应器。
在本发明中，所述硝化反应是在80℃至85℃进行。在本第一实施例中，所述硝化反应是在85℃进行，且反应时间为54秒。在本发明中，以所述萘与所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量范围为15wt％至20wt％，所述硝酸的含量范围为80wt％至85wt％。在本第一实施例中，所述萘的含量为6克、所述硝酸的含量为24.65克，且以所述萘与所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量为19.6wt％。在本发明中，是使用硝酸水溶液。在本第一实施例中，所述硝酸水溶液的用量为29克，在所述硝酸水溶液中，所述硝酸的浓度为85wt％。
所述冷却处理例如在所述含有二硝基萘的溶液中加水降温或对所述含有二硝基萘的溶液进行隔水降温。在本发明中，所述冷却处理的温度范围为10℃至20℃。在本发明中，所述冷却处理的时间范围为300秒至600秒。在本第一实施例中，是于所述含有二硝基萘的溶液中加入水，且所述水的用量为二硝基萘理论产量的10倍，并于300秒内冷却至10℃。所述分离处理例如过滤处理或离心处理。在本第一实施例中，所述分离处理为过滤处理。在本第一实施例中，所述二硝基萘固体的产率为50％至60％。在本第一实施例中，由于未使用有机溶剂，因此，所述剩余液中未含有有机溶剂，从而不需进行有机溶剂回收工序，能降低生产成本。
本发明二硝基萘的制备方法的一第二实施例，是以与所述第一实施例类似的制备方法得到二硝基萘，差别在于：更包含将有机溶剂置于所述反应器中以进行硝化反应的步骤，且所述硝化反应的反应时间为44秒，所述冷却处理是于所述含有二硝基萘的溶液中加入水，且所述水的用量为二硝基萘理论产量的10倍，并于600秒内冷却至20℃。所述有机溶剂是选自于二氯甲烷、二氯乙烷、三氯甲烷、四氯化碳或乙酸。在本第二实施例中，所述有机溶剂为二氯乙烷。以所述萘、所述有机溶剂及所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量范围为5wt％至10wt％，且所述硝酸的含量范围为63.4wt％至68.9wt％。在本第二实施例中，所述萘的含量为4.425克、所述有机溶剂的含量为13.275克、所述硝酸的含量为30.719克，且以所述萘、所述有机溶剂及所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量为9.14wt％，而所述硝酸的含量为63.44wt％。在本第二实施例中，所述二硝基萘固体的产率为86％。由本第二实施例的硝化反应的反应时间及二硝基萘固体的产率可知，相较于中国专利申请公布号第CN104478728A号的方法的反应停留时间为50秒至100秒且二硝基萘固体的产率为85％至90％，在相当的二硝基萘固体的产率下，本第二实施例能在较短的反应时间内得到二硝基萘固体。
本发明二硝基萘的制备方法的一第三实施例中，是以与所述第二实施例类似的制备方法得到二硝基萘，差别在于：本第三实施例的所述冷却处理是通过隔水冷却的方式将含有二硝基萘的溶液于300秒内冷却至20℃，此时，所述含有二硝基萘的溶液中的硝酸浓度为79.8wt％，之后，再于所述含有二硝基萘的溶液中加入水，以将硝酸的浓度稀释至71％。在本第三实施例中，所述二硝基萘固体的产率为86％。
本发明二硝基萘的制备方法的一第四实施例中，是以与所述第三实施例类似的制备方法得到二硝基萘，差别在于：在本第四实施例中，还包含将体积比例为60vol％至70vol％的剩余液，依据所述剩余液中的硝酸及二氯乙烷的浓度，适量地与新鲜的萘、新鲜的硝酸或新鲜的二氯乙烷混合，以补足各成分所需的反应用量，再导入所述反应器内进行所述硝化反应。
综上所述，本发明二硝基萘的制备方法通过所述梳齿411的堆叠使所述矩形反应通道31内形成数个相互交错的流道，以使所述萘与所述硝酸在通过所述梳状导流板41时产生不规则流动，以至于所述萘与所述硝酸在接触机率增加的情况下得以均匀地混合，以得到二硝基萘，所以确实能达成本发明的目的。
以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明权利要求书及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (11)

1.一种二硝基萘的制备方法，其特征在于包含以下步骤：将置于反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液，所述反应器包括供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且所述混合组件具有数个叠置的梳状导流板，每一个梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合用以使所述萘与所述硝酸产生不规则流动而相互混合。
2.根据权利要求1所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：所述梳状导流板的梳齿是堆叠设置，且相邻两梳状导流板的梳齿的延伸方向相反。
3.根据权利要求2所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：每一个梳状导流板的所述梳齿的延伸方向相同。
4.根据权利要求3所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：每一个梳状导流板还具有连接所述梳齿的连接件，且每一个梳齿与所述连接件的夹角角度范围为30度至45度。
5.根据权利要求3所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：相邻两梳齿间的距离范围为1mm至4mm。
6.根据权利要求1所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：还包含将有机溶剂置于所述反应器中以进行该硝化反应。
7.根据权利要求6所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二氯乙烷。
8.根据权利要求6所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：以所述萘、所述有机溶剂及所述硝酸的总量为100wt％计，所述萘的含量范围为5wt％至10wt％。
9.根据权利要求1所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：所述二硝基萘的制备方法还包含将所述含有二硝基萘的溶液进行冷却处理，以使所述二硝基萘自所述含有二硝基萘的溶液中析出。
10.根据权利要求9所述的二硝基萘的制备方法，其特征在于：所述冷却处理的温度范围为10℃至20℃。
11.一种二硝基萘的制备方法，包含以下步骤，将置于反应器中的萘及硝酸进行硝化反应，以得到含有二硝基萘的溶液；其特征在于：所述反应器包括数个供所述硝化反应进行的矩形反应通道，及数个分别设置于所述矩形反应通道内的混合组件，且每一个混合组件具有数个叠置的梳状导流板，而每一个梳状导流板具有数个梳齿，通过所述梳状导流板的梳齿相配合用以使所述萘与所述硝酸产生不规则流动而相互混合。
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