微通道反应器应用案例文档格式.docx
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1
2.5:
1小时
90.0
本技术工艺
（微反应器）
~1:
1.25:
14秒
99.0
原甲酸三乙酯
原甲酸三乙酯是一种重要的药物合成中间体,是合成其他有机化合物的重要原料，主要应用于医药、农药及染料等领域。
长期以来工业化生产原甲酸三乙酯的传统工艺是“两步法”，即以氢氧化钠和乙醇为反应物来制备乙醇钠,再与三氯甲烷反应合成原甲酸三乙酯。
但该工艺存在如下问题：
（1）由于是两相反应过程，反应过程中需剧烈搅拌反应物，能耗大；
（2）氢氧化钠溶液对反应釜密封材料具有一定的腐蚀性，对生产安全构成了严重威胁；
（3）反应过程放热量大，密封的反应釜存在较大的安全隐患。
（4）该方法工艺流程较长,在设备占用、操作步骤、产品成本上均不占优势；
（5）生产周期长达十小时。
本技术以乙醇、氢氧化钠和三氯甲烷为原料，在微结构反应器中制备原甲酸三乙酯。
不仅能够缩短反应时间、提高产物收率，而且能够极大地提高过程的安全性和稳定性。
和常规釜式反应过程相比：
生产过程
间歇过程
10小时
55
连续生产
20分钟
70
2,4—二氯苯酚
2,4—二氯苯酚是重要的有机中间体，在农药工业上主要用于生产杀虫剂酚线磷与除草剂恶草酮、甲酯除草醚、2,4—二氯苯氧系列酸（如乙酸、丙酸、丁酸）及其酯；
在医药工业上用于生产驱虫药硫双二氯酚；
在助剂工业上用于生产防霉剂TCS。
近几年来国内外对2,4—二氯苯酚的下游产品开发力度加大，2,4—二氯苯酚产品呈现供不应求的局面。
目前世界上2,4—二氯苯酚的工业生产方法主要有苯酚直接氯化法、混合酚氯化法、邻氯苯酚选择氯化法、对氯苯酚催化氯化法和苯酚催化氯化法5种。
其中苯酚直接氯化法是国内使用最多的生产工艺，相对其他方法具有工艺简单、成本低等特点。
此方法先将苯酚注入到带搪瓷的反应器中，然后不间断的通入2倍苯酚量的氯气，反应时间60小时左右，得到2,4—二氯苯酚的纯度约为90%，经过碱洗工序后纯度为96%左右，此工艺存在的问题是：
装置成本和人工成本较高，反应周期长，而且副产的2,6—二氯苯酚与2,4—二氯苯酚物性很接近而难以分离导致无法生产高纯度的2,4—二氯苯酚产品。
本技术采用降膜微结构反应器，以苯酚/四氯化碳溶液和氯气为原料氯化制备2,4-二氯苯酚，仅需10分钟左右就能使产品收率达到80%以上。
目前仅为初步的研究结果。
萘系磺酸（2-萘磺酸、1,6-萘二磺酸、1,3,6-萘三磺酸等）
萘系磺酸产品重大，在合成医药和染料中间体的领域上有着重要的应用。
如下图：
现有萘系磺酸的制备主要是以萘和硫酸或发烟硫酸为原料，在釜式搅拌反应器中进行。
存在如下问题：
（1）由于磺化过程强放热，磺化过程中的反应温度难以精确控制，同时发烟硫酸的滴加过程极其危险；
（2）硫酸在磺化过程中生成的水会稀释其浓度，引起磺化速度的大幅度下降。
为提高磺化效率，实际生产过程中使用过量的硫酸和发烟硫酸，导致大量废酸需要处理；
（3）间歇式操作过程导致了反应周期过长，人力和物力消耗大。
本技术以萘、浓硫酸和液体三氧化硫为原料，使用微结构反应器进行萘的磺化反应。
产品收率高，过程安全可控。
可连续化制备多种萘系磺酸。
2-萘磺酸和1,6-萘二磺酸的含量分别为80和8.8%，进一步制得1,3,6-萘三磺酸的含量达83.6%。
和常规釜式磺化过程相比：
（1）2-萘磺酸的收率高出6%，硫酸的用量减少了33～50%，避免了发烟硫酸的使用，三氧化硫的使用量接近理论值，无爆炸危险；
（2）反应总用时缩短至1/25；
（3）变间歇过程为连续生产，可实现自动化控制。
4,6-二氯邻硝苯甲酸
4,6-二氯邻硝基甲酸经脱羧、还原后，可制得3,5-二氯苯胺，它广泛地应用于医药、染料、颜料等中间体的合成。
现有工业生产4,6-二氯邻硝基甲酸的工艺是以4,6-二氯邻硝基甲苯为原料、40～50%的硝酸为氧化剂，在釜式搅拌器中，硝酸与4,6-二氯邻硝基甲苯的质量比为8:
1，反应温度为180℃，反应压力为3.0～4.0MPa，搅拌反应15～20小时进行制备。
（1）因为该反应是不互溶两相体系，反应过程中需要使用机械搅拌对反应液进行高速搅动，以提高反应速度；
（2）高温下的硝酸具有强烈的腐蚀性，会不断侵蚀搅拌轴附近的密封材料，存在较大的安全隐患；
（3）因为该反应过程强放热，只能通过控制硝酸滴加速度来避免反应升温，不仅操作步骤多、反应周期长，而且过程能耗巨大；
（4）产物4,6-二氯邻硝基苯甲酸的收率偏低，只有80%左右。
本技术以4,6-二氯邻硝基甲苯为原料、30～50%的硝酸为氧化剂，使用微结构反应器反应。
解决釜式氧化过程中硝酸高温腐蚀、反应周期长、过程温度难以控制、传质效果和安全性差等关键性问题，产品收率高，过程安全可控。
硝酸浓度（%）
硝酸与原料质量比
体系压力
收率（%）
40～50
8:
1
3.0～4.0MPa
15～20小时
80
35
5:
2.5MPa
45分钟
99
对硝基甲苯邻磺酸
对硝基甲苯邻磺酸（NTS酸）是用作生产4,4’-二氨基二苯乙烯-2，2’-二磺酸（DSD酸）的重要工业原料和有机合成中间体。
而DSD酸是精细化工领域重要的中间体，广泛用于染料领域和制备荧光增白剂，市场需求量大。
长期以来工业化生产NTS酸的传统工艺是以对硝基甲苯为原料、以20%的发烟硫酸为磺化剂,于釜式反应器中进行生产。
国内各生产企业都是采用此方法。
（1）副产大量废硫酸：
每生产1吨NTS酸要产生的废硫酸5吨左右。
（2）有机污染物含量高,处理困难,不适于现代清洁生产的要求。
（3）磺化过程为强放热，大规模生产难以精确控制。
（4）釜式反应过程效率低，自动化程度不高。
本技术以对硝基甲苯和液体三氧化硫为原料，在微结构反应器中制备对硝基甲苯邻磺酸。
反应过程连续、高效、安全，基本无废酸产生。
其特点如下：
磺化剂耗量/吨（折100%硫酸）
废酸量/吨
（酸浓度50%）
产品纯度（%）
产品收率（%）
发烟硫酸法
3～3.2
6～8
96～98
95～98
三氧化硫法
0.79
98～100
技术名称：
高效安全重氮化反应新技术
重氮化反应简介：
重氮化反应是芳香一级胺与亚硝酸或亚硝酸盐在过量的酸存在下，于低温反应生成重氮盐的过程。
重氮基被其它基团（如卤素、氰基、羟基等）取代可得到相应的卤代芳烃、芳香氰、酚等。
重氮化反应是有机合成中制备各种精细化工中间体和医药中间体的重要反应。
如间甲苯胺经重氮化水解制备间甲苯酚；
2,4,5-三氟苯胺经重氮化、加特曼反应制备2,4,5-三氟溴苯；
邻甲苯胺经重氮化氰代制备邻甲苯氰等。
现有重氮化反应工艺及问题：
现有重氮化反应工艺是以芳香一级胺与亚硝酸盐为原料、在过量的酸中于低温下所进行的反应。
依目标产品不同，所用到的酸的类型也有较大差异，但都存在因重氮盐不稳定而需使用大量稀浓度的酸的问题，反应后产生大量废水和更低浓度废酸；
由于重氮化反应是快速、强放热反应，常规反应过程中需滴加操作，效率低，且仍有大量副产物和黑色焦油状物质生产，导致目标产品收率较低；
此外，常规反应中由于需要快速移除重氮化反应热，需要慢速滴加、快速搅拌的操作，使得反应时间较长，反应过程不易控制。
此外，有些方向胺与无机酸混合后会形成不溶性的盐，使得搅拌难以进行；
此时，需要采用反式重氮化方法，但也会产生诸多问题，如亚硝酸钠与酸反应生成盐而导致需要过多的亚硝酸钠的使用等。
本技术利用微结构反应器高效传质和传热的特点，能使重氮化反应高效、安全进行。
其特点包括：
●瞬间混和,充分防止活泼化合物（重氮盐）分解.
●可使用浓度较高的酸作为反应原料，减少了废酸和废水的产生。
●可在常温下进行该类反应，突破了传统重氮化反应要在零度进行的制约。
●可大大缩短反应时间，突破了常规重氮化反应慢慢滴加的限制。
●反应过程中时间和温度得到精确控制,有利于提高收率和选择性.
利用本技术进行重氮化反应与常规滴加釜式反应相比具有较大优势，相关对比结果如表1.
2,4,5-三氟苯胺制2,4,5-三氟溴苯
时间/s
温度/oC
减少废水
减少废酸
微结构反应器
93%
11.9
15~20
33%
38%
常规反应器
80%
1500
0~5
---
二硫化四乙基秋兰姆（TETD）
橡胶硫化促进剂是能加快硫化速度、降低硫化温度、减少硫化剂用量、并能改善硫化胶物理机械性能的一类物质的总称，是当今橡胶工业必不可少的基本材料之一。
其中秋兰姆类硫化促进剂焦烧快，硫化速度快，属于超速硫化促进剂，在机械性能与经济效益方面有很好的平衡性，在世界上广泛应用于橡胶工业。
秋兰姆类硫化促进剂包括一硫化秋兰姆、二硫化秋兰姆和多硫化秋兰姆。
代表性品种包括一硫化四甲基秋兰姆（TMTM）、二硫化四甲基秋兰姆（TMTD）、二硫化四乙基秋兰姆（TETD）等。
其中的二硫化四乙基秋兰姆用于橡胶硫化能得到抗张强度、定伸强度和硬度高的硫化橡胶，还可用作二烯类橡胶的助硫化促进剂或无硫磺硫化剂，也可作为低不饱和橡胶的硫化促进剂。
现有工艺及存在问题：
（1）目前工业上多采用两步合成的工艺制取TETD，即二硫化碳和二乙胺的乙醇或水溶液在氢氧化钠存在下先生成N,N-二乙基二硫代氨基甲酸（DTCA）钠盐，然后再用双氧水等氧化剂对其氧化，用一定浓度的硫酸中和过量的碱，得到最终产物。
反应过程中要用到硫酸，容易使产品碳化，质量难以控制。
（2）还可以将合成的DTCA盐电解氧化，或者直接将二乙胺与二硫化碳反应，在直流电作用下一步合成TETD。
电解法虽然避免了“三废”的产生，减少了对环境的污染，但是电解氧化过程复杂，操作技术要求高，耗电量大。
以二硫化碳、二乙胺和双氧水为原料，采用先在在第一个微结构反应器中先合成热力学不稳定的中间产物N,N-二乙基二硫代氨基甲酸（DTCA）钠盐，再于另一个微结构反应器中用双氧水将其氧化得到高纯度的产品TETD。
优化的反应条件为：
第一个反应器中反应温度为25°
C，二乙胺水溶液浓度为40wt%，二硫化碳与二乙胺的摩尔比为1.1:
1，停留时间42s，得到中间产物DTCA；
第二个反应器中，H2O2浓度：
10wt%，（C2H5）2NH/H2O2摩尔比：
1.8:
1，反应温度：
0℃，停留时间：
39s，得到产品TETD。
（1）实现连续化生产过程，由于传质传热大大加强，无碳化现象发生；
（2）微反应过程中能耗大大降低，减少了废酸废碱的排放；
（3）提高产品收率和选择性，产品收率最高达90.5%，纯度最高为100%。
炔醇类化合物
产品简介：
炔醇类化合物是一类在医药、农药、材料合成等领域和金属碳化和氢化反应中的重要的有机合成中间体。
现有炔醇类化合物的合成主要是通过乙炔气体与乙基格氏试剂反应得到炔基格氏试剂，再与相应的醛或酮反应后，在碱性溶液中去质子化（通常采用NH4Cl）制得。
该方法需要在很低的温度下降乙炔气体溶解在反应原料之中。
此外也可采用芳基取代的末端炔烃与乙基格氏试剂反应得到炔基格氏试剂，再经相似的后续反应制得，不过其原料成本较高，且不能适用于芳基取代基为取代苯基、呋喃基、吡啶基、烯基的原料。
为此，通常采用其它的合成路线，其中需要用到Pd/Cu等催化剂。
本技术采用多个微反应器串联的模式，采用乙炔气体作为炔基原料，与常见的普通格氏试剂反应得到炔基格氏试剂，无需低温操作；
再在微反应器中与相应的醛或酮反应即可制得相应的炔醇类化合物。
●有效地提高了产物的收率和选择性；
●可在0oC及常温下进行该类反应，避免了多次降温、升温操作；
●可大大缩短反应时间，突破了常规格氏反应缓慢滴加操作。
R1：
烷基CnH2n+1（n=0~5）或芳香基，芳香基为甲氧基苯基、溴苯基、氯苯基、氟苯基、三甲氧基苯基或苯乙烯基；
R2：
烷基CnH2n+1（n=1~5）或芳香基，芳香基为甲氧基苯基、溴苯基、氯苯基、氟苯基、三甲氧基苯基或苯乙烯基。
格氏交换制备炔丙醇类化合物
收率/%
时间/min
87-98
0.2
0-25
间歇式反应器
61-84
~360
-40
2,4,5-三氟溴苯
产品介绍：
2,4,5-三氟溴苯是重要的药物合成中间体。
其价格一直较高。
现有合成工艺及问题：
现有2,4,5-三氟溴苯制备是以2,4,5-三氟苯胺为原料，与亚硝酸盐经重氮化反应和在过量的酸中于低温下的加特曼反应制得。
此外，反应过程中需要用到大量稀浓度的酸，反应后产生大量废水和更低浓度废酸。
2,4,5-三氟苯甲酸
2,4,5-三氟苯甲酸是合成环丙沙星（CiproTM）、诺氟沙星（NoroxinTM）和培氟沙星（PeflacineTM）等临床抗菌药物的重要前驱体，在有机发光二极管（OLEDs）、水示踪剂等新材料领域的制备中也具有潜在的应用价值。
合成2,4,5-三氟苯甲酸的方法主要有：
1）2,4,5-三氟溴苯与过量的CuCN反应，在酸作用下水解制备，该方法产生剧毒物HCN，对环境污染较大；
2）1,2,4-三氟苯和乙酰氯在AlCl3作用下进行Friedel-Craft酰基化，然后在NaClO/NaOH溶液中发生氧化反应制备，该过程形成了大量的含氯废物；
3）四氯邻苯二甲酸酐在金属锌和NaOH作用下经加氢脱氯得到3,4,6-三氯邻苯二甲酸，在冰醋酸中用甲胺保护羧基后与KF在环丁砜中发生卤素交换，经H2SO4水解后得到3,4,6-三氟邻苯二甲酸，最后在DMSO作用下制备，该过程反应步骤多，总收率仅为60%；
4）2,3,4,6-四氟苯甲酸在液氨环境下与金属锌反应制备，该过程选择性只有50%，且条件苛刻；
5）4,5-二氟-2-氨基苯甲酸在强酸（HCl、H2SO4、HBF4、HF）作用下形成相应铵盐，与NaNO2和48%HBF4进行重氮化后经加热水解制备，该过程需使用强酸、多次变温操作，且废酸难处理；
6）2,4,5-三氟溴苯与丁基锂或金属镁发生金属化反应，然后其产物与CO2进行羧基化制备，反应选择性（99%）和收率（83%）较高，但反应过程强放热，需要采用超低温、滴加操作，需要多次变温操作导致反应周期长，难以实现过程连续化。
本技术在方法6的基础上，采用常见的简单格氏试剂与2,4,5-三氟溴苯发生格氏交换反应，再与CO2羧基化制备2,4,5-三氟苯甲酸，并结合微反应器的优势，实现了在温和条件下高效、连续制备2,4,5-三氟苯甲酸。
●反应过程实现化学计量比反应和原子经济化；
●可大大缩短反应时间，突破了常规格氏反应缓慢滴加及超低温的条件；
●过程连续，充分防止中间体（格氏试剂）失活。
97
11
30~45
与方案6间歇式反应器
83
~300
-40~-70
四氟苯菊酯
四氟苯菊酯属于广谱杀虫剂，能有效的防治卫生害虫和储藏害虫；
对双翅目昆虫如蚊类有快速击倒作用，且对蟑螂；
臭虫有很好的残留效果。
在试验浓度范围内,四氟苯菊酯的急慢性毒性极低,致畸、致癌性未观测到,对埃及伊蚊、家蝇、德国小蠊、幕衣蛾击倒速度快,用量小，适合用于卫生杀虫制品.可用于蚊香；
气雾杀虫剂；
电热片蚊香等多种制剂中，是一种用于家庭卫生杀虫的拟除虫菊酯类对人体毒性较低的农药。
目前工业四氟苯菊酯生产是以FBA醇和右旋反式DV-酰氯为原料，添加DMAP、三乙胺为催化剂，碳酸钠水溶液为缚酸剂，甲苯为溶剂进行生产。
具体过程为，将FBA醇加入到甲苯中，再向其中加入碳酸钠、DMAP、三乙胺和水，最后在40~50oC下缓慢滴加右旋反式DV-酰氯，40~50oC保温，4小时后结束反应。
上述反应后的酯化液中控合格后进行后处理。
存在操作步骤多，反应时间长，需要添加碳酸钠、溶剂和水用量大等问题。
本技术采用微结构反应器，将FBA醇溶于少量甲苯中，再加入DMAP等催化剂作为进料1，右旋反式DV-酰氯作为进料2，分别用泵输送到微反应器中，在一定反应温度下反应2分钟，物料进入气液分离罐，液相样品经蒸馏除去溶剂甲苯后，即可得到纯度>
97%的产品。
原流程需加入大量甲苯、碳酸钠、水等，生产1吨产品需消耗甲苯4600kg，水1066kg，碳酸钠866kg，反应时间4小时；
微反应器工艺使用少量甲苯做溶剂，使用少量水对产品进行后处理。
每吨产品消耗甲苯量仅为273kg，水消耗量仅为300kg，不使用碳酸钠，大大节约了成本，减少废水排放。
反应停留时间仅2分钟，连续反应，可实现自动操作。
吡虫啉、噻虫啉等多种烟碱类农药的中间体2-氯-5-氯甲基吡啶生产优化
吡虫啉、噻虫啉等为高效新型烟碱类农药，其中间体2-氯-5-氯甲基吡啶生产方法很多，目前国内厂家绝大多数采用环戊二烯路线，即以环戊二烯（CP）为原料，和丙烯醛（AL）反应生成5-降冰片烯-2-醛（NC），再与丙烯腈反应生成2-氰乙基-5-降冰片稀-2-醛（CNC），后经氯化等步骤得到该中间体。
目前NC生产是在5-10℃向CP中滴加AL,后自然升温并保温在25℃，再升温至40℃去除未反应原料。
此过程操作时间近30小时，过一段时间会有聚合物粘在釜壁和盘管上。
CNC生产是在30℃向丙烯腈中滴加NC，操作时间5小时，需用固体KOH和大量甲苯和丙烯腈，还需氮气保护。
本技术采用微结构反应器，NC制备是在高温和一定压力下直接混合CP和AL，停留时间小于4分钟，即可得到与釜式反应一样的转化率和收率，仅有很少的聚合产物；
CNC制备是以叔丁醇盐代替KOH为催化剂，溶于甲苯后低温下先与NC混合，再和丙烯腈混合，反应5分钟后即可得到高于现有工业生产工艺的NC转化率和产品收率。
丙烯腈和甲苯用量分别为现有工艺的一半和三分之一，且无需氮气保护；
由于丙烯腈用量大大减少，由其带来的聚合问题也不存在。
脂肪酸甲酯（生物柴油）
脂肪酸甲酯是一种重要的化工中间体，广泛应用于皮革化工和日用化工。
可用作生产皮革甲酯剂，增塑剂、洗涤剂和表面活性剂脂肪酸甲酯磺酸盐（MES）；
将其加氢可制备高碳脂肪醇，而高碳脂肪醇是日用化妆品、香料等生产上不可缺少的原料之一。
此外，它还可代替石化柴油直接用于车用燃料，即生物柴油，还可用做溶剂和清洗剂等。
现有脂肪酸甲酯生产工艺以植物油或者动物油脂为原料、与甲醇经过碱催化或者酸催化的酯交换反应制备得到。
存在问题如下：
（1）大多采用搅拌釜式反应器，反应时间长（1h以上），能量消耗大，运行费用高；
（2）原料甲醇与油脂不易充分混合，传质不理想，需多步反应以提高其转化率和收率；
（3）间歇反应需辅助时间，设备利用率不高，不易实现自动化控制。
本技术利用微反应器强制混合的特点，使醇油传质大大加强。
（1）无需使用大型搅拌釜等设备，占地面积大大缩小；
（2）醇油两相瞬间混合，微尺度下保持良好的混合状态，反应时间由1h以上减少到20s，且转化率和收率接近100%；
（3）制备过程完成连续化并可实现自动化控制，所需人工大大减少。
α-磺基脂肪酸甲酯钠盐（MES）
MES是一种以可再生资源脂肪酸甲酯为原料制备的阴离子表面活性剂，可以替代目前广泛使用的阴离子表面活性剂烷基苯磺酸钠（LAS）、烯基磺酸钠（AOS）和烷基磺酸钠（AS）等作为各种洗涤剂、肥皂、洗发香波、洗面奶等日用品的主要活性成分，还具有无毒、对人体无刺激性、无磷、环境友好、乳化性和起泡性好等优点，被誉为第三代洗涤剂活性物。
现有MES制备工艺包括磺化、老化、漂白和中和四个步骤，如图所示：
（1）现有的MES工业生产过程普遍存在着反应时间长；
（2）过程难以控制；
（3）产品中副产物二钠盐含量高、色泽深等问题。
本技术及优势：
将集成化的微结构反应器应用到MES制备的四个步骤中，提高反应效率，得到性能优良的产品MES。
（1）使MES生产工艺连续化，反应周期由3h减少到35min；
（2）精确控制进料配比，节省原料和能耗。
（3）利用微结构反应器优良的传热传质
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