芳香化合物的硝化是常用的生產工藝，目前化工領域普遍采用的硝化方法是以混合酸作硝化劑、在釜式反應器中進行間歇式反應，在生產的各個環(huán)節(jié)都存在著資源、環(huán)境、安全、能源等問題。

微通道反應器相對于釜式反應器擁有持液量少，換熱效率高，傳質效率好，過程可控等諸多優(yōu)勢，能有效解決硝化反應中的傳質，換熱，安全性等問題。隨著微化工技術的發(fā)展，越來越多地被用于芳香化合物的硝化反應。

微通道反應器在以苯型芳香烴為底物的硝化反應中的應用

1.以一取代苯型芳香烴為底物的硝化反應

氯苯的硝化

氯苯的硝化為快速強放熱反應，在傳統(tǒng)釜式反應器中，反應液攪拌不均勻、反應放出的熱量無法及時導出、反應溫度不能精確控制，導致副反應發(fā)生，不能保障生產安全。

微通道反應器具有極強的傳熱、傳質能力，可以有效解決上述問題。余武斌等[2]利用微通道反應器研究了反應溫度、原料配比、體積流速等主要因素對氯苯硝化（圖1）的選擇性、轉化率的影響。

結果：

在最佳條件下單硝化產物n（對硝基氯苯）∶n（鄰硝基氯苯）＝1：0.56，與釜式反應器相比，副產物明顯減少，轉化率明顯提高，生產能力提高了4個數(shù)量級，并且可以實現(xiàn)工藝的連續(xù)化操作。

苯甲醇硝化合成鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛

硝基苯甲醛是許多精細化學品的重要中間體。Russo等[3]采用微通道反應器在高溫和強酸條件下，由苯甲醇合成鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛（圖2）；并將動力學模型應用在該工藝開發(fā)過程，通過優(yōu)化反應條件來提高反應選擇性。

結果：

在最佳條件下反應溫度提高到68℃，鄰硝基苯甲醛和間硝基苯甲醛的收率分別提高到42%和96%，這是傳統(tǒng)釜式反應器不可能達到的，該方法為硝基苯甲醛的工業(yè)化生產提供了一個很好的選擇。

三氟甲氧基苯的硝化

4-（三氟甲氧基）硝基苯（NFBM）是三氟甲氧基苯胺的原料，是農藥、藥品和液晶材料的中間體。在用混合酸硝化三氟甲氧基苯的反應（圖3）中， Wen等[4]應用微通道反應器進行工藝開發(fā)，基于其優(yōu)異的傳熱性能和低滯留率，提出了一個準均相反應動力學模型，用于研究三氟甲氧基苯連續(xù)硝化的動力學和傳質特性；并應用動力學模型對高硫酸強度下的反應進行了預測。

結果：

實驗收率與模型預測值吻合較好。表明在未來的數(shù)字化生產中，微通道反應器有著廣闊的發(fā)展前景。

以二取代苯型芳香烴為底物的硝化反應

3-氟三氟甲苯硝化

Chen等[5]在連續(xù)流微通道反應器中，以3-氟三氟甲苯為反應物、混合酸為硝化劑合成了5-氟-2-硝基三氟甲苯（圖４）；通過建立傳熱平衡模型來探索反應條件。

結果：

在最佳條件下的收率可達96.4%。該方法具有工藝安全性高、合成過程中雜質可控等優(yōu)點，對促進未來微通道反應器在工業(yè)上的應用具有重要意義。

連續(xù)安全合成鄰硝基對叔丁基苯酚

鄰硝基對叔丁基苯酚是一種重要的有機化工中間體和化工原料。傳統(tǒng)工藝是以對叔丁基苯酚為原料，在搪瓷反應釜中與稀硝酸進行硝化反應得到。該工藝反應劇烈放熱，反應時間長，生產安全性較差。尚朝輝等[6]針對上述問題開發(fā)了一種在微通道反應器中連續(xù)安全合成鄰硝基對叔丁基苯酚的方法（圖5），通過加熱柱塞泵實現(xiàn)對叔丁基苯酚的連續(xù)進料，在微通道反應器中實現(xiàn)對叔丁基苯酚和高濃度硝酸連續(xù)快速硝化。

結果：

在最佳條件下，對叔丁基苯酚的轉化率達到98.7%，鄰硝基對叔丁基苯酚的收率達到79.9%。在提高反應選擇性的同時也提高了反應安全性。

選擇性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺?；┍?/span>

1-甲基-4-（甲基磺酰基）-2-硝基苯是合成除草劑甲基磺草酮的重要原料。Yu等[7]采用微通道反應器選擇性快速硝化1-甲基-4-（甲基磺?；┍剑▓D6）。

結果：

反應收率達到98%，反應時間縮短至5s，副產物顯著減少，硝化產物質量顯著提高。而且還減少了硫酸用量，降低了資源消耗。該方法適用于類似化合物的合成，有利于實現(xiàn) 工業(yè)規(guī)模生產。

微通道反應器中進行乙?；鷦?chuàng)木酚硝化

5-硝基愈創(chuàng)木酚的鈉鹽是新型植物生長調節(jié)劑的主要成分，可提高農作物的質量和產量。Zhang等[8]以硝酸－乙酸為硝化劑，在微通道反應器中進行乙?；鷦?chuàng)木酚硝化反應（圖7），并建立了動力學模型，優(yōu)化了反應條件。

結果：

在最佳條件下，5-硝基愈創(chuàng)木酚的收率達到90.7%，與傳統(tǒng)釜式反應器相比，微通道反應器具有收率高、選擇性高、反應時間短、硝酸用量少等優(yōu)點。該方法為乙?；鷦?chuàng)木酚的硝化策略奠定了基礎。

以多取代苯型芳香烴及其它苯型芳香烴為底物的硝化反應

二硝基萘的連續(xù)化合成

倪偉等[9]以萘和95%硝酸為原料，在微通道反應器中研究了二硝基萘的連續(xù)化合成工藝（圖9），考察了硝酸濃度、反應溫度、反應物料比對反應的影響并進一步優(yōu)化了反應條件。

結果：

在最佳條件下單硝化產物n（對硝基氯苯）∶n（鄰硝基氯苯）＝1：0.56，與釜式反應器相比，副產物明顯減少，轉化率明顯提高，生產能力提高了4個數(shù)量級，并且可以實現(xiàn)工藝的連續(xù)化操作。

1-甲基-4,5-二硝基咪唑硝化合成

1-甲基-4,5-二硝基咪唑（4,5-MDN1）是一種性能良好的高能鈍感炸藥和極具應用價值的熔鑄炸藥載體。在傳統(tǒng)釜式反應器中進行N-甲基咪唑硝化反應時劇烈放熱，為控制反應溫度需緩慢逐滴加料，反應時間長，產物收率低。

劉陽藝紅等[10]在微通道反應器為核心的反應體系中進行了4,5-MDN1的合成研究（圖12），利用微通道反應器的高傳熱特性快速提高4,5-MDN1的收率。工業(yè)生產中，可通過增加微通道反應器數(shù)量來熱量，維持恒定的反應溫度，在減少混合酸用量的同時，顯著提高了提高產量，具有廣闊的發(fā)展前景。

1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸硝化反應

Panke等[11]采用微通道反應器對1-甲基-3-丙基-1H-吡唑-5-羧酸進行了硝化反應研究（圖13）。微通道反應器優(yōu)秀的傳熱性能性使反應溫度穩(wěn)定在90℃，避免了100℃脫羧副反應的發(fā)生，硝化產物是合成西地那非的重要中間體。

微通道反應器在芳香化合物的硝化反應中表現(xiàn)出了極大的優(yōu)勢：選擇性高、安全性高、轉化率高、反應時間短、數(shù)增放大、可建立動力學模型等，使得芳香化合物的硝化由傳統(tǒng)的間歇式生產轉為連續(xù)化生產成為可能。

盡管微通道反應器還存在一定的局限性，但隨著微化工技術的發(fā)展，微通道反應器會更加安全化、智能化和連續(xù)化，其在芳香化合物的硝化反應中的應用會越來越廣泛，硝化反應這類具有污染大、放熱強、選擇性差的反應也將隨之得到優(yōu)化。