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气-液反应:氯化反应

2020-06-03 12:21:26 6

氯化反应简介:在有机化合物分子中引入一个或多个氯原子的反应称为氯化反应。

-液反应包括氟化反应、氯化反应、氧化反应、硝化反应、磺化反应、加氢反应。

氯化反应类型:有机化合物的氯化,包括取代氯化、加成氯化以及氧氯化三种类型,以前两种较为多见,而第三种氧氯化反应其机理目前尚未有定论。

氯化反应机理:氯化反应从机理大体上可以分为自由基链反应机理和离子基反应机理两种。

自由基链反应机理:属于这一反应机理的有热氯化和光氯化两类。反应包括链引发、链增长(链传递)和链终止3个阶段,是一个连串反应过程。

离子基反应机理:催化氯化大多属于离子基反应机理,常用的是非质子酸催化剂,如FeCl3、AlCl3等。

有机氯产品是氯碱工业联产产品氯气的衍生物,是氯碱工业的重要组成部分,已广泛用于农业、造纸、纺织、食品、电子、 冶金、石油等工业部门,在国民经济中占有重要的地位。作为生产有机氯产品必不可少的工具,氯化反应不仅出现在有机化学工业的基本化学品、专用化学品、农药和医药等许多产品的生产过程中,而且在无机化学工业以及采矿业中也有大量应用,用氯气氯化有机化合物的反应技术在化学工业中具有重要的作用。

由于氯气的反应活性特别高,在带来广泛应用的同时,也会带来一定的问题。高活性意味着与底物反应速度快,反应选择性差,容易出现多氯化,因此氯化反应常常是难以控制甚至是失控的,其直接的结果是副反应多、污染环境、产品质量低、有爆炸危险等。由此,在有机氯产品的生产过程中,无论是从实现洁净生产工艺角度,还是为保证产品品质以及生产安全,对有机氯化反应进行有效的控制都是非常必要的。

微通道反应器可以大幅提高传热传质,强化反应和换热效果,同时,因其可以实现对物料配比、反应温度等工艺条件进行精确地控制,使得化学反应可以精确配比、严格控温、高选择性、绿色安全的进行,也为解决传统氯化产品生产过程中的诸多问题提供了切实可行的解决途径。

由于氯化反应过程很多情况下会产生HCl,对传统金属设备腐蚀较为严重,材质问题也是实现氯化产品安全生产需要解决的一个问题。氯化反应常用于染料、农药、医药、香料等有机化合物的合成中,但是氯气毒性强,泄漏危害极大。氯化反应热量大,传统工艺常因温度控制不稳导致副反应含量较高;另一方面,传统工艺为了追求较高的转化率,氯气一般过量很多;微通道反应器可以很好的控制氯气的用量,精确物料配比,降低多氯代副产物的含量,强化反应过程,提高转化率和收率,提高反应的安全性。

氯气与反应原料中活泼氢的自由基取代反应,是碳氢键功能化的重要手段。比如,对苄位的氯化,可以得到一氯和多氯等中间体,继而可以转化为其他中间体;对乙酰乙酸乙酯的活泼亚甲基氯化,是获得多种杂环的有效途径。

  传统的氯化工艺通常为釜式鼓泡通氯,氯气利用率很低,选择性控制困难。降膜反应器虽然可以减少返混,但是依然需要循环回收大过量的氯气。

  微反应器为氯化提供了另外一种连续化的选择。氯气和原料以顺流的方式进入反应器,原料当量可以准确控制。在一定的温度下实现理想的平推流操作,从而提升反应的选择性。

  氯化反应需要对氯气的流量进行准确控制,因此氯气进料系统的设计与性能是成功的关键因素之一。

典型工艺

取代氯化

发生在氯原子与有机物氢原子之间。典型工艺如:

-氯取代烷烃的氢原子制备氯代烷烃;

-氯取代萘的氢原子生产多氯化萘;

-甲醇与氯反应生产氯甲烷等;

加成氯化

发生在氯原子与不饱和烃之间。典型工艺如:

-乙烯与氯加成氯化生产1,2-二氯乙烷;

-乙炔与氯加成氯化生产1,2-二氯乙烯;

-乙炔和氯化氢加成生产氯乙烯等;

氧氯化

在氯离子和氧原子存在下氯化,生成含氯化合物。典型工艺如:

-乙烯氧氯化生产二氯乙烷;

-丙烯氧氯化生产1,2-二氯丙烷;

-甲烷氧氯化生产甲烷氯化物等;

其他工艺

-硫与氯反应生成一氯化硫;

-四氯化钛的制备;

-黄磷与氯气反应生产三氯化磷、五氯化磷等;

工艺危险特点

大多数氯化反应为放热反应,当发生冷却失效后,容易产生热量累积,有可能引发二次分解,造成严重生产事故。

◆所有原料大多有毒有害。

◆常用的氯化剂氯气本身为剧毒化学品,氧化性强,储存压力较高,多数氯化工艺采用液氯生产是先汽化再氯化,一旦泄漏危险性较大。

◆氯气中的杂质,如水、氢气、氧气、三氯化氮等,在使用中易发生危险,特别是三氯化氮积累后,容易引发爆炸危险。

◆一些氯化工艺会生成氯化氢尾气可形成爆炸性混合物。
重点监控工艺参数

液氯储罐温度和压力;

液氯蒸发器温度和压力;

氯化反应釜温度和压力;

氯化反应釜搅拌速率;

反应物料的配比;

氯化剂进料流量;

冷却系统中冷却介质的温度、压力、流量等;

氯气杂质含量(水、氢气、氧气、三氯化氮等);

氯化反应尾气组成等。