一、硝化反应
硝化特点基本上是硝化剂参加硝化反应的活泼质点是硝基硝酰阳离子NO2+，在纯硝酸中有97%HNO3是以分子态存在，3%经质子转移生成NO2+。在硫酸存在下，均相硝化是二级反应v=k[ArH][HNO3]，当H2SO4浓度为90%左右时，反应速度为******值；有强吸电子取代基的芳烃在过量浓硝酸中硝化，则为一级反应v=k[ArH]。
硝化反应中一般采用316L、哈氏合金等。目前工业化常用的是带夹套的反应釜，有单釜生产，有釜-釜串联，冷凝器同样采用316L、哈氏合金等，其管线、阀门、输送泵均采用对应材质的设备。一般采用搅拌釜式反应形式，通过夹套传热及盘管传热，混酸采用滴加形式。其特点是由于传热速度慢，所以一般在低温条件下反应，以免升温太快引起安全事故，由于搅拌传质相对较慢，或是不均匀，局部易形成多硝基化合物。
二、微通道（连续流）反应技术
硝化是强放热反应，其放热集中，同时也伴随硫酸的稀释热，反应过程中要求适当的反应温度，避免生成多硝基物和氧化等副反应，因而热量的有效移除是控制硝化反应的突出问题之一。为积极寻求硝化反应过程的“三传一反”问题，常州大学流动化学与过程研究所将微通道（连续流）反应器技术应用于硝化反应中，有效的解决了硝化反应过程中遇到的问题。微通道反应器的特点是传质、传热接近理论值，是釜式反应的1000倍左右，热量可在短时间内迅速移除，且反应区的持液量非常少，当持液量达几升时，装置生产能力每年可达万吨级。
1、微通道（连续流）反应器
微通道（连续流）反应器是一种依靠微加工技术在特定的固体基质上蚀刻出固定形态的通道，并且具有一定化学反应适用性的化工设备。与常规反应器相比，其内部通道直径非常细小，通常为10~500μm，其拥有极大的比表面积，可达常规反应器比表面积的几百倍甚至上千倍，因此产生极大的换热效率和传质效率，可以精确控制反应温度，确保反应物料瞬间混合，有助于提高化学反应收率、选择性、安全性，以及产品质量。与常规釜式反应器相比，微通道反应器具有以下特点：①通道几何特性，②传递和宏观流动特性，③强化传递过程，④提高产品收率和选择性，⑤利于温度控制，⑥安全性能高，⑦放大问题。与传统化工间歇设备相比，微化工设备可以实现化工过程的连续化生产，具有一定的生产灵活性，并且化工设备高度集中，节约生产空间。微反应器本身强大的传热和传质能力除了可以精确、安全控制反应过程，还有可以提高环境资源和能量的利用效率，实现化工过程的高效化、微型化和绿色化。微通道反应器适合的反应：①放热剧烈的反应；②反应物或产物不稳定的反应；③反应物配比要求很严的快速反应；④危险化学反应以及高温高压反应。
硝化反应是一个快速的强放热反应过程，在常规反应器中硝化反应如果控制不当就会引起温度飞升、喷料或爆炸等现象。芳烃硝化是合成许多含能材料如TNT中间体的重要反应，在该系列反应过程中如果反应物混合不均、反应热不及时移除会导致一系列副产物。微通道(连续流)反应器由于有较大的比表面积和独特的混合结构，具有较强的传热性能和混合效果，可以高效地控制反应进程和热量交换，降低副反应的发生，从而提高反应的安全性和选择性。
三、案例分享----硝基氯苯合成
氯苯在混酸硝化过程中会同时产生对硝基氯苯和邻硝基氯苯这两种同分异构体，另外有少量的间硝基氯苯。在反应温度、硝酸与硫酸配比相同的条件下，在间歇反应中n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.3，停留时间为数小时，对硝基氯苯的产率为57.61%，n(邻硝基氯苯):n(对硝基氯苯)=0.68；在连续流(微通道)反应器中，n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.1，停留时间为60s，此时，对硝基氯苯的产率为62.16%，n(邻硝基氯苯):n(对硝基氯苯)=0.57。从氯苯硝化反应的结果中可以看出，微通道（连续流）反应器技术降低硝酸用量，大大缩短了氯苯硝化的反应时间，提高了对硝基氯苯的产率，在该反应中体现出独特的优势。
在国家应急管理部颁布的《精细化工反应安全风险评估导则（试行）》中提到，“对于反应工艺危险度为4级和5级的工艺过程，尤其是风险高但必须实施产业化的项目，要努力优先开展工艺优化或改变工艺方法降低风险，例如通过微反应、连续流完成反应”。硝化反应工艺是国家重点监管危险化工工艺目录中的一类，其工艺安全风险评估大都为4级和5级，微通道（连续流）反应器技术的应用为硝化工艺的本质安全开辟了新的道路。
江苏省化学化工学会微通道专业技术委员会
中国石油和化学工业联合会-石油和化工行业连续流技术工程实验室
张跃
