引言：

苯胺的工業(yè)生產(chǎn)方法主要有硝基苯鐵粉還原法、氯化苯胺化法、硝基苯催化加氫還原法和苯酚氨解法。其中催化加氫法具有產(chǎn)品質(zhì)量好、三廢少、后處理容易以及反應(yīng)選擇性可控制等優(yōu)點使其在工業(yè)生產(chǎn)上具有較好的應(yīng)用前景，是目前實驗研究和技術(shù)開發(fā)的重要領(lǐng)域 ^[3] 。

微反應(yīng)器因其具有結(jié)構(gòu)簡單、無放大效應(yīng)、操作條件易控制和安全可靠等優(yōu)點，已引起眾多學(xué)者的研究興趣。微反應(yīng)器通常是指其內(nèi)部流體通道或分散空間尺度在微米量級的微結(jié)構(gòu)化學(xué)反應(yīng)器。在這種反應(yīng)器中，由于反應(yīng)體系的傳質(zhì)和傳熱過程獲得極大改進，因而可使化學(xué)反應(yīng)過程獲得更高的轉(zhuǎn)化率和收率。微反應(yīng)器的特性決定了其很適合需要高傳熱傳質(zhì)效率、易產(chǎn)生副反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)速率快的液相反應(yīng)。本文介紹兩篇利用微反應(yīng)器實現(xiàn)硝基苯還原的方法 ^[4-5] 。

1.1 實驗設(shè)備

實驗所用微反應(yīng)器如圖1-1所示：分為單通道微反應(yīng)器尺寸和多通道微反應(yīng)器其中通道深0.38mm，寬0.6mm，單通道微反應(yīng)器長640mm，多通道微反應(yīng)器長30mm，通道數(shù)23。

圖1-1 微反應(yīng)器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

1.2 實驗流程

(1) 進行催化劑的壁載，使用浸漬法和溶膠凝膠法將催化劑Pd負(fù)載到微通道反應(yīng)器的表面。

(2) 將硝基苯-乙醇溶液和氫氣分別經(jīng)由高壓恒流泵、氣體質(zhì)量流量計進入微混合器，完成氣-液兩相混合，氣-液兩相混合物經(jīng)由壁載有催化劑的微通道反應(yīng)器中完成氣-液-固三相加氫反應(yīng)過程，最后經(jīng)氣液分離器以收集液相產(chǎn)物，氣體排空。（圖1-2）

(3) 液相產(chǎn)物采用氣相色譜進行定量分析，根據(jù)硝基苯入口和出口的物質(zhì)的量以及產(chǎn)物中苯胺的物質(zhì)的量來計算硝基苯轉(zhuǎn)化率和苯胺選擇性。

圖1-2 硝基苯加氫反應(yīng)流程

1.3 實驗結(jié)果

通過單通道和多通道兩種微反應(yīng)器來考察并行放大效應(yīng)對氣-液-固三相催化加氫反應(yīng)過程的影響，結(jié)果如圖1-3所示。

圖1-3

1.4 結(jié)論

單通道微反應(yīng)器內(nèi)的加氫反應(yīng)在選擇性和轉(zhuǎn)化率上都大大超過多通道微反應(yīng)器，通道越多，通道內(nèi)就存在越多的氣液混合不均，這會導(dǎo)致氣液兩相混合效果變差，使得反應(yīng)體系內(nèi)的傳熱和傳質(zhì)都差了好多。可見微通道內(nèi)氣液混合不均勻是導(dǎo)致反應(yīng)效果變差的主要原因。

微通道內(nèi)兩相流動的可視化實驗系統(tǒng)如下圖所示：

圖2-1 可視化實驗系統(tǒng)

2.1 實驗步驟

(1)氣相反應(yīng)物（高純氫氣，流量范圍為10μl·min ^-1 -50μl·min ^-1 ）通過連接氫氣瓶的管路，經(jīng)減壓閥、氣體流量控制器進入通道；

(2)液相反應(yīng)物（硝基苯/乙醇溶液，濃度為90mmol/L，流量范圍為3μl·min ^-1 -13μl·min ^-1 ）由注射泵注入通道；

(3)不同氣液流量下氣彈及液柱的分布情況、氣彈及液柱長度、氣彈運動速度等參數(shù)由i-SPEED Suite圖像處理軟件測定；

(4)微通道內(nèi)硝基苯催化加氫反應(yīng)的液相產(chǎn)物采用日本島津公司生產(chǎn)的 GC2010PLUS 氣相色譜進行分析。

2.2 實驗結(jié)果

圖2-2 出口苯胺濃度及轉(zhuǎn)化率隨氣相流量和液相流量的變化

可見，隨著氣相流量的增大，出口苯胺濃度與物質(zhì)轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)先增大后下降的變化趨勢，而隨著液相流量的增大，出口苯胺濃度與物質(zhì)轉(zhuǎn)化率均呈現(xiàn)逐漸下降的變化趨勢。

微反應(yīng)器在氣液反應(yīng)和氣固液三相反應(yīng)中均取得了良好的成效。而微反應(yīng)器的幾何特性、傳遞特性和宏觀流動特性決定了它在特定化學(xué)和化工領(lǐng)域有著常規(guī)反應(yīng)器無法比擬的精確控溫、反應(yīng)時間短、安全性高和易于放大等優(yōu)勢。隨著微反應(yīng)器技術(shù)的發(fā)展，微反應(yīng)器必將更多的應(yīng)用于兩相甚至是三相反應(yīng)。

[1]劉君麗,王愛華,秦九紅.硝基苯液相催化加氫制備苯胺的研究進展[J].河南化工,2010,16:19-22.

[2]張超林.硝基苯液相催化加氫制苯胺催化劑研究進展[J].工業(yè)催化,2008,01:5-9.

[3]徐善利,陳宏博,李樹德.催化加氫還原芳香硝基化合物制備芳胺的技術(shù)進展[J].精細(xì)石油化工,2006,04:58-61.

[4]胡婧婧,趙玉潮,李淑蓮,楊梅,陳光文. 微反應(yīng)器內(nèi)硝基苯氣-液-固三相催化加氫反應(yīng)[J]. 化學(xué)反應(yīng)工程與工藝,2011,02:103-108.

[5]閻冀豐. 蛇形微通道內(nèi)帶催化反應(yīng)邊界的彈狀流動及加氫反應(yīng)特性研究[D].重慶大學(xué),2015.