氯化反應在微通道反應器中的應用

氯化反應常用于染料、農藥、醫藥、香料等有機化合物的合成中，但是氯氣毒性強，泄漏危害極大。氯化反應熱量大，傳統工藝常因溫度控制不穩導致副反應含量較高；另一方面，傳統工藝為了追求較高的轉化率，氯氣一般過量很多；微通道反應器可以很好的控制氯氣的用量，精確物料配比，降低多氯代副產物的含量，強化反應過程，提高轉化率和收率，提高反應的安全性。

用氯氣進行氯化反應技術在化學工業中具有重要的作用。主要是因為氯氣的反應活性特別高。高活性意味著與底物反應速度快，反應選擇性差，容易導致過度氯化及氧化。因此，氯化反應在常規反應器中常常是難以控制甚至是失控的。其直接的結果是副反應多、污染環境、產品質量差、有爆炸危險等。氯化反應工藝是國家重點監管危險化工工藝之一。

一、氯化反應工藝危險特點

（1）氯化反應是一個放熱過程，尤其在較高溫度下進行氯化，反應更為劇烈，速度快，放熱量較大；

（2）所用的原料大多具有燃爆危險性；

（3）常用的氯化劑氯氣本身為劇毒化學品，氧化性強，儲存壓力較高，多數氯化工藝采用液氯生產是先汽化再氯化，一旦泄漏危險性較大；

（4）氯氣中的雜質，如水、氫氣、氧氣、三氯化氮等，在使用中易發生危險，特別是三氯化氮積累后，容易引發爆炸危險；

（5）生成的氯化氫氣體遇水后腐蝕性強；

（6）氯化反應尾氣可能形成爆炸性混合物。

因此，在有機氯產品的生產過程中，無論是從實現潔凈生產工藝，還是為保證產品品質以及生產安全，對有機氯化反應進行有效的控制都是非常必要的。微反應器技術重點解決了傳統攪拌釜的低效傳質和低效換熱性能問題，并能實現工藝從研發規模到生產規模的直線放大，而無放大效應。同時，微反應器將傳統的間歇式操作方式改造成連續化進出料方式，在生產的自動化控制、質量控制和安全控制等方面彰顯出卓越的優勢。

微通道反應器可以大幅提高傳熱傳質，強化反應和換熱效果，同時，因其可以實現對物料配比、反應溫度等工藝條件進行精確地控制，使得化學反應可以精確配比、嚴格控溫、高選擇性、綠色安全的進行，也為解決傳統氯化產品生產過程中的諸多問題提供了切實可行的解決途徑。

氯化反應，主要針對用氯氣做為原料來進行的取代反應，因為氯氣危險性，采用微通道反應器，一個是氯氣的摩爾當量更合理，一個安全性更可控。由于氯化反應過程很多情況下會產生HCl，對傳統金屬設備腐蝕較為嚴重，材質問題也是實現氯化產品安全生產需要解決的一個問題。碳化硅、玻璃微反應器能對強酸等高腐蝕性反應工況設計的，為氯化反應的安全進行提供了可靠保障。玻璃材質微反應器不僅有很好的耐腐蝕性能，還可以通過光照，進行光氯化反應。

與傳統的釜式反應相比，使用微反應器不但大大縮短了氯化反應時間，而且提高了反應的收率和選擇性，提高產品質量，還可以減少溶劑的使用，從而減少三廢，減輕環保壓力。

氯化反應簡介：在有機化合物分子中引入一個或多個氯原子的反應稱為氯化反應。

      氯化反應類型：有機化合物的氯化，包括取代氯化、加成氯化以及氧氯化等。

氯化反應機理：氯化反應從機理大體上可以分為自由基鏈反應機理和離子基反應機理兩種。

自由基鏈反應機理：屬于這一反應機理的有熱氯化和光氯化兩類。反應包括鏈引發、鏈增長（鏈傳遞）和鏈終止3個階段，是一個連串反應過程。

離子基反應機理：催化氯化大多屬于離子基反應機理，常用的是非質子酸催化劑，如FeCl3、AlCl3等。烴類雙鍵和叁鍵上的加成、烯烴的氯醇化（次氯酸化）、氫氯化（以HCl為氯化劑的氯化反應）以及氯原子取代苯環上的氫的催化氯化都屬于這類反應機理。

二、典型工藝

取代氯化：發生在氯原子與有機物氫原子之間。典型工藝如：氯取代烷烴的氫原子制備氯代烷烴；氯取代萘的氫原子生產多氯化萘；甲醇與氯反應生產氯甲烷等。

加成氯化：發生在氯原子與不飽和烴之間。典型工藝如：乙烯與氯加成氯化生產1,2-二氯乙烷；乙炔與氯加成氯化生產1,2-二氯乙烯；乙炔和氯化氫加成生產氯乙烯等。

氧氯化：在氯離子和氧原子存在下氯化，生成含氯化合物。典型工藝如：乙烯氧氯化生產二氯乙烷；丙烯氧氯化生產1,2-二氯丙烷；甲烷氧氯化生產甲烷氯化物等。

其他工藝：硫與氯反應生成一氯化硫；四氯化鈦的制備；黃磷與氯氣反應生產三氯化磷、五氯化磷等。

三、氯化反應在微反應器技術中應用案例介紹

苯甲基氯化：微反應器應用結果反應時間9.3秒,轉化率50%,選擇性81%，而釜式反應轉化率44%,選擇性65%。

脂肪酸氯化：微反應器應用結果收率90%以上，只有0.01%二氯副產物，而釜式反應中有3.5%二氯副產物。

     吡啶化合物的氯代。