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氯化反应

氯化反应

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。

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。

氯化反应从机理大体上可以分为自由基链反应机理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。

目前,在我国的氯化反应工业中,大部分反应是氯取代反应,每有一个氯原子取代一个氢原子,同时另一氯原子同氢原子结合生成副产物氯化氢,这样造成氯原子的利用率较低。

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FeCl3AlCl3等。

烃类双键和叁键上的加成、烯烃的氯醇化(次氯酸化)、氢氯化(以HCl为氯化剂的氯化反应)以及氯原子取代苯环上的氢的催化氯化都属于这类反应机理

氯化反应是医药和农药化工中常见的反应,由于氯气是有毒气体,往往会带来安全问题。另外,由于氯气的活性较好,在釜式反应中不易于控制其选择性。而在微通道反应器中,由于其良好的传质和换热,对于这类反应的选择性有很大的提升。

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。

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。

用氯气进行氯化反应技术在化学工业中具有重要的作用。主要是因为氯气的反应活性特别高。高活性意味着与底物反应速度快,反应选择性差,容易导致过度氯化及氧化。因此,氯化反应在常规反应器中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、产品质量差、有爆炸危险等。氯化反应工艺是国家重点监管危险化工工艺之一

氯化反应工艺危险特点:

1)氯化反应是一个放热过程,尤其在较高温度下进行氯化,反应更为剧烈,速度快,放热量较大;

2)所用的原料大多具有燃爆危险性;

3)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;

4)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;

5)生成的氯化氢气体遇水后腐蚀性强;

6)氯化反应尾气可能形成爆炸性混合物。

因此,在有机氯产品的生产过程中,无论是从实现洁净生产工艺,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。