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磺化反应在微通道反应器中的应用

2021-02-04 17:00:27 1

磺化反应

在有机物分子中引入磺酸基(-SO3H)的反应叫磺化。常见的磺化反应有苯及其衍生物磺化、萘及其衍生物磺化、蒽醌磺化、饱和与不饱和脂肪烃磺化等。

向芳香化合物中引入磺酸基可以赋予有机化合物水溶性、酸性、乳化、湿润和发泡等功能,这些特性广泛用来合成表面活性剂、水溶性染料、食品香料和某些药物。引入磺酸基的另一个目的是为了将其置换成羟基、氨基或氰基,或是将磺酸基转换成磺酸衍生物,如磺酰氯、磺酰氨等。此外,也有时是为了满足合成上的需要而暂时引入磺酸基,在完成特定的反应后,再将磺酸基脱去。

芳香化合物的磺化在染料及染料中间体、表面活性剂的合成中应用十分普遍。1862年,人们首先向染料分子中引入磺酸基,磺化技术在染料工业中继而迅猛发展。磺化的另一大作用是生产阴离子表面活性剂,它在整个表面活性剂产品中有极大的比重,例如80年代初统计,阴离子表面活性剂的产量约占表面活性剂总产量的40%,在欧洲甚至占80%以上。

一、化工工业磺化存在问题及解决方案

工业上常用的磺化剂有硫酸、发烟硫酸、三氧化硫和氯磺酸等。由于制造和使用上的考虑,硫酸有两种规格,即92~93%和98~100%。发烟硫酸也有两种规格,即含游离S0320~25%和60~65%,三氧化硫有气态和液态两种。

芳香化合物的磺化主要有三种方法,即与硫酸、氯磺酸、三氧化硫作用。迄今为止,以硫酸和发烟硫酸为磺化剂仍占主导地位,但其污染十分严重,改用三氧化硫进行磺化的工艺日益增多,它可使工序缩短、能耗降低和三废减少。三氧化硫是最好的磺化剂,不产生废酸,工艺清洁环保,但由于三氧化硫非常活拨,磺化反应可在瞬间完成,并放出大量热能(芳烃磺化的热效应通常约为217.7 kJ/mo),容易造成局部过热,从而导致物料分解、生成砜类等副产物、发生多磺化、氧化和焦化等副反应,严重影响产品质量。

连续流动微反应器有极大的比表面积,由此带来的根本优势是极大的换热效率和混合效率,可以精确控制反应温度和反应物料按精确配比瞬时混合。这些都是提高收率、选择性、安全性,以及提高产品质量的关键因素。

据统计,在精细化工反应中,大约有20%的反应通过采用微反应器,可以在收率、选择性或安全性等方面得到提高。微反应器的的优势包括:放热剧烈的反应;反应物或产物不稳定的反应;反应物配比要求很严的快速反应;危险化学反应以及高温高压反应;纳米材料和需要产物颗粒均匀分布的固体生成反应。微通道反应器非常适合于强放热反应、快反应、易燃易爆反应,而这些都是三氧化硫磺化反应所具备的特性。

磺化反应工艺危险特点

1)磺化反应是放热反应,每引入一个磺酸基放热30-50Kcal/mol,若在反应过程中得不到有效的冷却和良好的搅拌,反应热的积聚有可能引起超温,导致剧烈的反应。放出更多的热量,可能发生燃烧反应,造成起火或爆炸。

2)由于生产所需的磺化原料是可燃物,而磺化剂是强氧化剂,二者相互作用的条件下进行磺化反应是十分危险的,已经具备了燃烧的条件,若投料顺序颠倒,浓硫酸与水生成稀硫酸并放热,稀硫酸与浓硫酸相比有较大的腐蚀性,超温至燃点,导致燃烧或爆炸事故。

3)低温磺化反应时,严格控制反应温度,若控制的温度偏低时,反应速度较慢,可能积累较多的未反应物料,使反应物料浓度增加,当恢复到较高正常的反应温度时,剧烈反应,瞬间放出大量的热导致超温,引起着火或爆炸事故。

4)反应介质具有强酸腐蚀性,若忽视了设备监控因设备腐蚀失效会造成物料泄漏事故。

5)生产过程中,所用磺化剂,三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等,有强烈的刺激性和氧化性,若泄露会造成灼烧、腐蚀、中毒等危害,浓硫酸和发烟硫酸有脱水性性,雨水放出大量热量生成稀酸放热,所以使用过程中应严加防护。

三、磺化反应分类: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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