微通道反應器合成硝酸異辛酯方法

現有技術中生產硝酸異辛酯的方法一般采用混酸法，即在常溫或低于常溫的條件下，將異辛醇加入由硝酸和硫酸組成的混酸中，在制冷鹽水冷卻條件下使反應系統保持低溫，反應物再注入冰水中分層，將酯層洗滌。為了防止氧化副反應的發生，必須在低溫下進行。但是改工藝較為危險，尤其在放大過程中，目前國內已發生多起安全事故。

微通道反應器由于微米級通道提供了更大的比表面積和更高的傳熱系數，促進了物料和熱量的均勻擴散降低了生產時的危險性。近年來微化工技術開始液體硝酸酯類的優化合成工藝上扮演著重要角色。

目前國內許多高校企業研究過微通道反應器合成硝酸異辛酯的方案。例如中國科學院大連化學物理研究所陳光文課題組研究混酸硝化在 25～ 40 ℃下反應，轉化率在 98.2%。沈陽化工研究院有限公司優化出的硝酸異辛酯的合成工藝能達到收率 97.8%，純度 99.5%。本文使用科芯自主研發的板式微通道反應器對硝酸異辛酯合成工藝進行了優化。：

合成路線：

工藝流程圖：

工藝流程：

1. 配料

準備適量的異辛醇、濃硫酸、濃硝酸，分別標記為物料A、物料B、物料C。

2.反應器搭建

準備一臺哈氏合金材質的板式微通道反應器和三臺氟隔膜泵，用三臺四氟隔膜泵分別從三種物料存儲罐抽取物料，物料B和物料C先經預混合器混合后再打入板式反應器中，物料A直接泵入板式反應器中，反應器出口與離心萃取劑相連;

3.走料

反應器搭建完成后，再次確認各設備能否正常工作。當各設備可正常運行后，將反應腔體溫度設置為35 ℃，預混合器溫度設置為35℃，開啟各設備進行走料。反應液在微通道中的停留時間為2s。反應液經反應器流出后進入離心萃取機進行分液，有機層再依次進行堿洗，水洗，可得到合格產品。

實驗結果：

通過對溫度，時間和酸的用量的優化，在1.15eq硝酸，1.8eq硫酸下，40~45℃下，2s內可將異辛醇完全轉化為硝酸異辛酯。在此溫度下，反應液相對穩定，混酸層和有機層易分液，方便進行后續連續化處理。

連續流工藝與釜式工藝對比：

1. 降低了濃硝酸及硫酸的使用量，既節約了成本，又降低了三廢的產生。

2.縮短了反應時間。在板式反應器中，由于其高效的傳質和傳熱能力，在2 s停留時間下，即可實現原料的完全轉化。

3.持液量低，失控風險小。持液量為100 ml即可實現噸級生產要求(24h,1.5t)。當發生不可控風險時，失控所導致的破壞力可以大大降低。

4.有機層和混酸層在線分離，減少了混酸和產品的接觸時間，提高了后處理的安全性。在傳統工藝中，需要反應完全才能進行有機層和混酸層分液，產品與混酸接觸時間較長，可能會有雜質生成，同時也有爆炸風險。