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案例展示

磺化反應在微通道反應器中的應用

2021-02-04 17:00:27

磺化反應

在有機物分子中引入磺酸基(-SO3H)的反應叫磺化。常見的磺化反應有苯及其衍生物磺化、萘及其衍生物磺化、蒽醌磺化、飽和與不飽和脂肪烴磺化等。

向芳香化合物中引入磺酸基可以賦予有機化合物水溶性、酸性、乳化、濕潤和發(fā)泡等功能,這些特性廣泛用來合成表面活性劑、水溶性染料、食品香料和某些藥物。引入磺酸基的另一個目的是為了將其置換成羥基、氨基或氰基,或是將磺酸基轉換成磺酸衍生物,如磺酰氯、磺酰氨等。此外,也有時是為了滿足合成上的需要而暫時引入磺酸基,在完成特定的反應后,再將磺酸基脫去。

芳香化合物的磺化在染料及染料中間體、表面活性劑的合成中應用十分普遍。1862年,人們首先向染料分子中引入磺酸基,磺化技術在染料工業(yè)中繼而迅猛發(fā)展?;腔牧硪淮笞饔檬巧a(chǎn)陰離子表面活性劑,它在整個表面活性劑產(chǎn)品中有極大的比重,例如80年代初統(tǒng)計,陰離子表面活性劑的產(chǎn)量約占表面活性劑總產(chǎn)量的40%,在歐洲甚至占80%以上。

一、化工工業(yè)磺化存在問題及解決方案

工業(yè)上常用的磺化劑有硫酸、發(fā)煙硫酸、三氧化硫和氯磺酸等。由于制造和使用上的考慮,硫酸有兩種規(guī)格,即92~93%和98~100%。發(fā)煙硫酸也有兩種規(guī)格,即含游離S0320~25%和60~65%,三氧化硫有氣態(tài)和液態(tài)兩種。

芳香化合物的磺化主要有三種方法,即與硫酸、氯磺酸、三氧化硫作用。迄今為止,以硫酸和發(fā)煙硫酸為磺化劑仍占主導地位,但其污染十分嚴重,改用三氧化硫進行磺化的工藝日益增多,它可使工序縮短、能耗降低和三廢減少。三氧化硫是最好的磺化劑,不產(chǎn)生廢酸,工藝清潔環(huán)保,但由于三氧化硫非?;顡埽腔磻稍谒查g完成,并放出大量熱能(芳烴磺化的熱效應通常約為217.7 kJ/mo),容易造成局部過熱,從而導致物料分解、生成砜類等副產(chǎn)物、發(fā)生多磺化、氧化和焦化等副反應,嚴重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

連續(xù)流動微反應器有極大的比表面積,由此帶來的根本優(yōu)勢是極大的換熱效率和混合效率,可以精確控制反應溫度和反應物料按精確配比瞬時混合。這些都是提高收率、選擇性、安全性,以及提高產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵因素。

據(jù)統(tǒng)計,在精細化工反應中,大約有20%的反應通過采用微反應器,可以在收率、選擇性或安全性等方面得到提高。微反應器的的優(yōu)勢包括:放熱劇烈的反應;反應物或產(chǎn)物不穩(wěn)定的反應;反應物配比要求很嚴的快速反應;危險化學反應以及高溫高壓反應;納米材料和需要產(chǎn)物顆粒均勻分布的固體生成反應。微通道反應器非常適合于強放熱反應、快反應、易燃易爆反應,而這些都是三氧化硫磺化反應所具備的特性。

、磺化反應工藝危險特點

1)磺化反應是放熱反應,每引入一個磺酸基放熱30-50Kcal/mol,若在反應過程中得不到有效的冷卻和良好的攪拌,反應熱的積聚有可能引起超溫,導致劇烈的反應。放出更多的熱量,可能發(fā)生燃燒反應,造成起火或爆炸。

2)由于生產(chǎn)所需的磺化原料是可燃物,而磺化劑是強氧化劑,二者相互作用的條件下進行磺化反應是十分危險的,已經(jīng)具備了燃燒的條件,若投料順序顛倒,濃硫酸與水生成稀硫酸并放熱,稀硫酸與濃硫酸相比有較大的腐蝕性,超溫至燃點,導致燃燒或爆炸事故。

3)低溫磺化反應時,嚴格控制反應溫度,若控制的溫度偏低時,反應速度較慢,可能積累較多的未反應物料,使反應物料濃度增加,當恢復到較高正常的反應溫度時,劇烈反應,瞬間放出大量的熱導致超溫,引起著火或爆炸事故。

4)反應介質(zhì)具有強酸腐蝕性,若忽視了設備監(jiān)控因設備腐蝕失效會造成物料泄漏事故。

5)生產(chǎn)過程中,所用磺化劑,三氧化硫、濃硫酸、發(fā)煙硫酸、氯磺酸等,有強烈的刺激性和氧化性,若泄露會造成灼燒、腐蝕、中毒等危害,濃硫酸和發(fā)煙硫酸有脫水性性,雨水放出大量熱量生成稀酸放熱,所以使用過程中應嚴加防護。

三、磺化反應分類:硫酸磺化、三氧化硫磺化、共沸去水磺化、烘焙磺化、氯磺酸磺化等。


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