一种微通道反应器合成2‑氯‑5‑硝基苯甲酸的方法技术

本发明专利技术提供一种微通道反应器合成2‑氯‑5‑硝基苯甲酸的方法：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，进入预热模块；将发烟硝酸与浓硫酸分别作为物料2和物料3，进入另一预热模块，物料1、2、3预热后进入反应模块组进行反应，收集流出的反应液，处理得到粗品后经过精制得到产品2‑氯‑5‑硝基苯甲酸。本发明专利技术提供的方法将反应时间缩短为几分钟至几秒钟，降低了生产能耗，显著提高了反应的效率。高效的传质传热效率保证了反应温度维持在设定范围内，不存在局部浓度过高导致的温度失控、飞温甚至剧烈反应冲料或爆炸的可能，从根本上解决了该步硝化反应的本质安全问题且反应的收率及产品的纯度明显升高。

A method of micro channel reactor for synthesis of 2 chlorine 5 Nitrobenzoic Acid

The present invention provides a method of micro channel reactor for synthesis of 2 chlorine 5 Nitrobenzoic Acid: feedstock o-chlorobenzoic acid dissolved in concentrated sulfuric acid as material 1, enter the preheating module; the fuming nitric acid and sulfuric acid were used as materials and materials 2 3, into a preheating module, material 1, 2 3, after preheating into the reaction module group for reaction, reaction liquid effluent is collected, processed crude refined products after 2 5 Nitrobenzoic Acid chloride. The method provided by the invention shortens the reaction time to a few minutes to a few seconds, thereby reducing the production energy consumption and remarkably improving the reaction efficiency. Mass and heat transfer efficiency to ensure efficient reaction to maintain the temperature within a given range, there is no local concentration caused by high temperature control, temperature and even fly violent reaction of blanking or explosion may, from the fundamental solution to the yield and product purity and the nature of security step nitrification reaction increased significantly.

【技术实现步骤摘要】
一种微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法
本专利技术涉及有机合成领域，具体涉及一种合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法
技术介绍
2-氯-5-硝基苯甲酸是有机合成领域常用的化学中间体，主要用作工业染料及医药中间体，结构如下：在医药合成领域2-氯-5-硝基苯甲酸是合成美沙拉嗪的重要中间体，而在染料工业中其结构经过修饰后可以当做常用的偶氮染料，总体说来我国医药及染料工业的需求量日渐增大为该类化工中间体的广泛应用奠定了基础，因而其新工艺开发及推广具有广阔的市场前景。目前2-氯-5-硝基苯甲酸的生产工艺主要有硝化法和氧化法等。1).氧化法：以2-氯-5-硝基甲苯为原料，在高温高压催化剂存在的情况下将甲基氧化为羧基得到2-氯-5-硝基苯甲酸，该方案以常规十分易得的氧气作为反应的氧化剂，但是氧气的助燃属性使得该步氧化反应在高温高压下生产安全隐患极大，同时该步反应的原料及催化剂价格较为昂贵限制了该方法的广泛应用。2).硝化法：以邻氯苯甲酸为起始原料，经过硝酸硝化一步反应而得到2-氯-5-硝基苯甲酸，这是目前生产该产品最主要的方法。通常制备方法是将原料溶解于浓硫酸中，滴加混酸硝化。但是由于硝化反应放热十分剧烈，滴加混酸需要在低温条件下进行，而浓硫酸的粘度极大，物料混合反应过程中稍有不慎即会出现局部浓度过大、飞温、结焦等情况发生，更严重者由于硝化物与有机物在局部浓度过高的情况下引发剧烈的氧化反应而发生冲料或者爆炸，故该步硝化反应在大规模工业生产中操作风险极大。
技术实现思路
为克服上述缺点，本专利技术提供一种微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，该反应器与传统反应釜相比具有传质传热效率高、操作方便、可以精确控制反应时间，占地面积小、绿色环保安全等优点；该方法操作简单、放热可控、生产周期短，且所得产品异构体少，收率高、纯度高。本专利技术提供的合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法中，利用微通道反应器的特有设计，能够把化学反应精准的控制在狭小的玻璃模块内，由于反应路与换热层的接触比表面积变大，因此物料在反应过程中传质传热效率大幅度提高，从而实现物料的混合能够在毫秒内完成，基于以上实验设计，即便邻氯苯甲酸的硝化反应放热十分剧烈，但是在微通道反应器上仍然能够保证反应温度在设定的范围之内，无飞温及过热现象。为了实现上述专利技术目的，申请人提供了以下技术方案：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，进入预热模块；将发烟硝酸与浓硫酸分别作为物料2和物料3，进入另一预热模块，物料1、2、3预热后进入反应模块组进行反应，收集流出的反应液，处理得到粗品后经过精制得到产品2-氯-5-硝基苯甲酸。本专利技术的一个优选方案中，上述步骤所述反应温度为0～50℃，更优选0℃；物料预热温度与反应温度相同；物料在反应模块组中的总停留时间为15s～90s。本专利技术的一个优选方案中，上述步骤所述的浓硫酸的质量分数为98％，发烟硝酸的质量分数为90％；邻氯苯甲酸与硝酸的摩尔比为1:1.0～1:1.5，更优选1:1.4。本专利技术的一个优选方案中，上述步骤所述的物料1中，邻氯苯甲酸溶于浓硫酸的浓度为1mol/L～2mol/L；物料2和物料3进入另一预热模块，发烟硝酸溶于浓硫酸的浓度为1mol/L～3mol/L。本专利技术的一个优选方案中，上述步骤所述的粗品精制所用的重结晶溶剂为甲醇-水，二者的体积比甲醇:水＝1:1～1:3，更优选1:1。本专利技术的一个优选方案中，上述各步骤物料之间的比例用计量泵来控制；所述反应模块及配件的材质为特种玻璃、涂有耐腐蚀层的不锈钢金属或聚四氯乙烯中的一种以上，可承受的最大安全压力为1.5～1.8MPa；所述预热模块为直型结构或两进一出的心型结构模块；所述反应模块为两进一出或单进单出的心型结构模块，连接顺序为预热模块、两进一出结构的反应模块、单进单出结构的反应模块，两进一出结构的反应模块用于预热后混合反应，单进单出结构的反应模块用于延长反应停留时间。使用的微通道反应器包括预热模块组和反应模块组，预热模块组与反应模块组串联，预热模块组包括一个预热模块或两个以上并联的预热模块，反应模块组包括一个反应模块或两个以上串联的反应模块；合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法包括以下步骤：为了方便理解，将本专利技术的一些优选方案整理如下：反应式：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，经计量泵A进入预热模块1，预热温度与反应温度相同；将90％的发烟硝酸与98％的浓硫酸分别作为物料2与物料3，分别经过计量泵B和计量泵C进入预热模块2，预热温度与反应温度相同；经过四个模块进行反应后流出反应器，收集流出的反应液，后处理与精制后得到产品2-氯-5-硝基苯甲酸。通过控制计量泵的流量来调节邻二氯苯与硝酸的摩尔比为1:1.0～1:1.5，优选1:1.4；反应温度为0～50℃，优选0℃；停留时间为15s～90s。粗品重结晶溶剂选择甲醇-水，体积比为甲醇:水＝1:1～1:3，更优选1:1。该方案使用的微通道反应系统由多块模块组成。模块及配件的材质为特种玻璃、涂有耐腐蚀层的不锈钢金属、聚四氯乙烯等。反应系统可抗腐蚀，反应的最大安全压力为1.5～1.8MPa。模块类型为心形结构与直行结构，直行结构用于物料的预热，心形结构分为单进单出与两进一出两种类型，两进一出用于物料预热及预热后的混合反应，而单进单出用于延长反应的停留时间，反应模块的多少具体由反应的停留时间决定。连接方式为(结合图2)：物料1经过预热模块1与反应模块3串联；物料2和物料3经过预热模块2与预热模块1并联，与反应模块3串联。本方案所提供的方法具有如下有益效果：1.混酸的配置及硝化反应均可以在反应模块内完成，不需要额外的防酸配料装置与强酸转移装置，同时密闭空间下的操作也避免了混酸在实验过程中挥发出的酸雾对操作人员的侵害以及对设备的腐蚀。2.由传统的间歇式搅拌器改变为连续流反应器，反应时间缩短为几分钟至几秒钟，降低了生产能耗，显著提高了反应的效率。3.高效的传质传热效率保证了反应温度维持在设定范围内，不存在局部浓度过高导致的温度失控、飞温甚至剧烈反应冲料或爆炸的可能，从根本上解决了该步硝化反应的本质安全问题。4.与釜氏反应器相比控温更准确保证了反应过程中异构体2-氯-3-硝基苯甲酸的含量不会因为局部升温而增加，反应的收率及产品的纯度明显升高。5.降低了硫酸及混酸的用量，减少了工业生产中所产生废酸的排放，减少了对环境的污染及废酸处理费用。6.模块化设计及良好的可操作性，虽然反应器的持液体积小，但其连续流反应的特质却能保证产量达到常规反应釜的水平，极大的节约了设备占地空间以及人力成本的投入。7.无放大效应，不需要在中试可直接放大，不存在常规反应器常常出现的放大难题，生产灵活且安全性高，且减少生产环节及资金投入。附图说明图1有机玻璃材质微通道反应器的模块物料流通管道形状结构示意图，其中(a)为心型单进单出模块，(b)为心型两进一出模块，(c)为直型模块。图2反应流程及微通道反应器连接关系示意图，其中A、B、C分别为计量泵，1为直型预热模块，2为心型两进一出预热模块，3为心型两进一出反应模块，用于预热后混合反应，4、5、6分别为心型单进单出反应模块。具体实施方式：2-氯-5-硝基苯甲酸的制备：对比例：称取发烟硝酸80g，控制在0～10℃下滴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微通道反应器合成2‑氯‑5‑硝基苯甲酸的方法，其特征在于：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，进入预热模块；将发烟硝酸与浓硫酸分别作为物料2和物料3，进入另一预热模块，物料1、2、3预热后进入反应模块组进行反应，收集流出的反应液，处理得到粗品后经过精制得到产品2‑氯‑5‑硝基苯甲酸。

【技术特征摘要】
1.一种微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：将原料邻氯苯甲酸溶解于浓硫酸中作为物料1，进入预热模块；将发烟硝酸与浓硫酸分别作为物料2和物料3，进入另一预热模块，物料1、2、3预热后进入反应模块组进行反应，收集流出的反应液，处理得到粗品后经过精制得到产品2-氯-5-硝基苯甲酸。2.根据权利要求1所述的微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：所述反应温度为0～50℃；物料预热温度与反应温度相同；物料在反应模块组中的总停留时间为15s～90s。3.根据权利要求1所述的微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：所述反应温度为0℃；物料预热温度与反应温度相同；物料在反应模块组中的总停留时间为15s～90s。4.根据权利要求2或3所述的微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：所述的浓硫酸的质量分数为98％，发烟硝酸的质量分数为90％；邻氯苯甲酸与硝酸的摩尔比为1:1.0～1:1.5。5.根据权利要求2或3所述的微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：所述的浓硫酸的质量分数为98％，发烟硝酸的质量分数为90％；邻氯苯甲酸与硝酸的摩尔比为1:1.4。6.根据权利要求4或5所述的微通道反应器合成2-氯-5-硝基苯甲酸的方法，其特征在于：所述的物料1中，邻氯苯甲酸溶于浓硫酸的浓度为1mol/L～2mol/L；物料2和物料3进入另一预热模块，发烟硝酸溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘桂梅，任吉秋，杨昆，安永生，
申请(专利权)人：黑龙江鑫创生物科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23