3-醫(yī)藥和染料中間體硝基苯制備-

項目三醫(yī)藥和染料中間體硝基苯制備（硝化）

2024/9/283.1認識硝基苯化學名稱：硝基苯英文名稱：Nitrobenzene，Essenceofmirbane分子式：C6H5NO2相對分子質(zhì)量：123.11結(jié)構(gòu)式：

3.1.1產(chǎn)品性能2024/9/28產(chǎn)品外觀：無色或淺黃色油狀液體

相對密度(d154)：1.205

熔

點：5.8℃

沸

點：210～211℃

折光率：1.5529

閃點(閉杯)：87.8℃毒性：低毒

遇明火、高熱會燃燒、爆炸

化學性質(zhì)活潑，與硝酸反應劇烈，能被還原成重氮鹽、偶氮苯等。2024/9/283.1.2主要用途

硝基苯是重要的基本有機化工原料，可用于生產(chǎn)多種醫(yī)藥和染料中間體，如苯胺、間氨基苯磺酸、二硝基苯等。亦可用作有機溶劑，有時在有機反應中作弱氧化劑用，如制造三芳基甲烷染料等。

硝基苯還可用于香料、炸藥等有機合成工業(yè)。硝基苯有弱氧化作用，可用作氧化脫氫的氧化劑。2024/9/28主反應

3.1.3合成原理及工藝3.1.3.1反應原理2024/9/28（1）傳統(tǒng)工藝——常壓冷卻連續(xù)硝化法

3.1.3.2合成工藝2024/9/28

工藝要點：

A.1號硝化鍋反應溫度：60～68℃

B.2號硝化鍋反應溫度：65～70℃

C.停留時間約10~15min。

主要缺點：產(chǎn)生大量待濃縮的廢硫酸和含酚類及硝基物廢水，要求硝化設備具有足夠的冷卻面積，安全性差。2024/9/28

（2）最新發(fā)展動向有：

①常壓冷卻連續(xù)硝化改進法

優(yōu)點：換熱面積大，傳熱系數(shù)高，冷卻效果好，節(jié)省冷卻水，物料停留時間分布的散度小，物料混合狀態(tài)好，溫度均勻，有利于生產(chǎn)控制，與鍋式法比較，未反應苯的質(zhì)量分數(shù)由1%左右下降到0.5%左右，減少了混酸濃度過高處的局部過熱，減少了硝酸的受熱分解，二氧化氮的排放量減少，有利于安全生產(chǎn)，與鍋式法比較，酸性硝基苯中二硝基苯的質(zhì)量分數(shù)由0.3%下降到0.l%以下，硝基酚的質(zhì)量分數(shù)下降到0.05%～0.06%。

2024/9/28

②加壓絕熱連續(xù)硝化法：

常壓冷卻連續(xù)硝化法的主要缺點是需要大量的冷卻水，20世紀70年代國外又開發(fā)成功了加壓絕熱連續(xù)硝化法。2024/9/28

工藝要點：

A苯加入量：超過理論量5%～10%

B提前預熱到約90℃的左右的混酸配比：

硝酸35%～8.5%，硫酸60%～70%，水≥25%

C硝化鍋無冷卻裝置

D物料的出口溫度可以達到132～136℃

E操作壓力約0.44MPa

F停留時間約11.2min。

加壓絕熱連續(xù)硝化法的優(yōu)點:反應溫度高、硝化速率快。硝化過程不需要冷卻水；能耗低，因此可降低生產(chǎn)成本。但絕熱硝化需要在一定壓力下密閉操作，閃蒸設備需用特殊材料鉭。2024/9/28

③孟婷等在《精細石油化工》2011年第一期發(fā)表的“硝基苯制備新工藝及反應機理”文章中以苯為原料、氨水為胺化劑、雙氧水為氧化劑、TS-1分子篩為催化劑,十六烷基三甲基溴化銨為相轉(zhuǎn)移催化劑,制取硝基苯。

通過考察反應溫度、反應時間、氧化劑用量對苯直接硝基化反應的影響,確定了反應的最佳條件。

反應時間2h

反應溫度70℃n(氨水):n(催化劑):n(雙氧水):n(十六烷基三甲基溴化銨):n(苯)=2.80:0.10:2.52:0.005:1

硝基苯產(chǎn)率：可達54.67%。2024/9/283.1.4產(chǎn)品指標及分析檢測方法3.1.4.1硝基苯的鑒定檢測方法

可參考標準GB/T9335-2001執(zhí)行檢測3.1.4.2硝基苯的熔點測定

熔點5.7℃2024/9/28硝基苯的紅外譜圖

硝基苯的光譜鑒定

2024/9/28硝基苯的核磁圖

2024/9/28硝基苯的質(zhì)譜圖2024/9/28（1）外觀及熔點無色或淺黃色油狀液體，熔點5.7℃，檢測方法見項目二部分章節(jié)（2）產(chǎn)品檢測標準：GB/T9335-2001質(zhì)量要求如下：干品結(jié)晶點：≥5.4℃

純度：≥99.5%低沸物：≤0.1%硝基甲苯總量：≤0.1%高沸物：≤0.1%水分：≤0.1%3.1.4.4硝基苯的參考標準2024/9/28硝化概述1.硝化反應的定義

將硝基引入有機化合物分子中的反應稱為硝化反應。

2024/9/28

2.硝化反應的類型

若硝基與有機物分子中的碳原子相連接，則稱為C-硝化，所得產(chǎn)物為硝基化合物例如：三硝基甲苯2024/9/28

若硝基與氮原子相連接則稱為N-硝化，所得產(chǎn)物為硝胺

例如：例如：若硝基與氧原子相連接則稱為O-硝化，所得產(chǎn)物為硝酸酯2024/9/283.引入硝基的目的：（1）制備氨基化合物的重要途徑。（2）引入強吸電子性的硝基，可促進芳環(huán)上的其他取代基活化，易于發(fā)生親核置換反應。2024/9/28（3）利用硝基的強極性，賦予精細化工產(chǎn)品某種特性。例如：可使染料的顏色加深。（4）制備硝化化合物。例如：有的多硝基化合物是烈性炸藥，有的硝基化合物可用作氧化劑或溶劑等。2024/9/28

（1）在硝化反應的條件下，反應是不可逆的。

（2）硝化反應速度快，無需高溫（3）是強放熱反應，其放熱量約為126kJ/mol，需及時移除反應熱。

（4）多數(shù)為非均相反應，需要加強傳質(zhì)。3.2.1硝化反應的特點及方法3.2.1.1硝化反應的特點2024/9/28硝化的方法主要以下五種：1.稀硝酸硝化：（1）稀硝酸硝化常用于含有第一類定位基的芳香族化合物，如酚類、酚醚類和某些N-酸化的芳胺的硝化（2）反應在不銹鋼或搪瓷設備中進行（3）硝酸約過量10%～65%。

3.2.1.2硝化反應的方法2024/9/282

.濃硝酸硝化：（1）濃硝酸硝化一般需用過量許多倍的硝酸，過量的硝酸必須設法回收利用。原因：在反應過程中，硝酸不斷被反應生成的水稀釋，硝化能力不斷下降，直至反應停止，從而使硝化作用不完全。（2）硝酸的利用極不經(jīng)濟，工業(yè)上應用的較少，只用于少數(shù)硝基化合物的制備。（硝基苯、對硝基氯苯等）2024/9/283.濃硫酸介質(zhì)中的均相硝化：

在反應溫度下，被硝化物或硝化產(chǎn)物是固態(tài)時，就需要把被硝化物溶解在大量的濃硫酸中，然后加入硫酸和硝酸的混合物進行硝化。（1）只需要使用過量很少的硝酸，（2）一般情況下產(chǎn)率較高，應用范圍廣（3）缺點是硫酸用量過大4.非均相混酸硝化：（1）

當在反應溫度下，被硝化物和硝化產(chǎn)物是液態(tài)時，往往采用非均相混酸硝化的方法（2）通過強烈攪拌，使有機相被分散到酸相中來完成硝化反應。是目前工業(yè)上最常用、最重要的方法（3）有廢酸產(chǎn)生

2024/9/285.有機溶劑中硝化：（1）溶劑：醋酐、二氯甲烷、二氯乙烷、乙酸等介質(zhì)中用硝酸硝化。（2）可避免使用大量的硫酸作溶劑，減少或避免了廢酸量，在工業(yè)上具有廣闊的前景。（3）常常使用不同的溶劑以改變硝化產(chǎn)物異構(gòu)體比例。2024/9/283.2.2硝化劑

工業(yè)上常用的硝化劑有：

各種濃度的HNO3、混酸(H2SO4+HNO3)、硝酸鹽和硫酸；硝酸和醋酸（酸酐）。3.2.2.1硝酸（HNO3）

96%的HNO3都是以硝酸分子形式存在，4％的HNO3有質(zhì)子轉(zhuǎn)移，質(zhì)子的轉(zhuǎn)移說明硝酸是具有兩性。2024/9/283.2.1硝化劑2024/9/28

在混酸中硫酸濃度越高越好，因為H2SO4增高，混酸中硝酸轉(zhuǎn)化為硝基正離子的反應就完全，硝化能力越強。3.2.2.2混酸（H2SO4+HNO3+H2O）總式：2024/9/28（1）實際上是無水的硝酸和硫酸的混合物，是硝化能力最強的硝化劑。（2）適用于不易硝化的芳烴的硝化反應。3.2.2.3硝酸鹽和硫酸（1）硝化能力適中（2）適用一些易被氧化和被混酸所分解的芳烴的硝化反應。3.2.2.4硝酸和乙酸酐的混合酸：2024/9/283.2.3硝化反應原理1.硝酸

100%硝酸中各質(zhì)點間的平衡關系：

其中NO2＋離子的重量百分比只有1%，未離解的硝酸為97%，NO3－約1.5%，H2O約0.5%。

3.2.3.1硝化劑的活潑質(zhì)點2024/9/28

在硝化反應中，通常硝基陽離子（NO2＋）被認為是參與硝化反應的活潑質(zhì)點，它是由硝化劑離解而得到的。通常，硝化劑離解能力越大（即產(chǎn)生NO2＋的能力越大），則硝化能力越強。2.稀硝酸在稀硝酸中的活性質(zhì)點不是NO2＋，而是硝酸中存在的痕量的亞硝酸離解產(chǎn)生的NO＋（亞硝基正離子）2024/9/283.混酸

若把少量硝酸溶于硫酸中（即混酸作硝化劑時），將發(fā)生如下反應：

實驗表明，在混酸中硫酸濃度增高，有利于NO2＋的離解。硫酸濃度在75%～85%時，NO2＋離子濃度很低，當硫酸的濃度增高至89％或更高時，硝酸全部離解為NO2＋離子，從而使硝化能力增強。參見表3-1。表3-1由硝酸和硫酸配制成的混酸中NO2＋的含量2024/9/28

規(guī)律：（1）混酸中水的含量增加，NO2＋的濃度逐漸下降（2）代表NO2＋可測出極限的曲線與可發(fā)生硝化反應所需混酸組成極限的曲線基本重合圖3-1硝酸、硫酸和水三元系統(tǒng)中NO2＋的濃度

2024/9/281.均相硝化動力學

動力學研究指出，均相硝化反應芳烴的硝化與所使用的溶劑關系非常緊密。（1）在濃硝酸中硝化

硝酸既是硝化劑，又是溶劑，當硝酸過量時，其濃度在硝化過程中可視為常數(shù)時，其動力學方程表現(xiàn)為一級反應。

r=k[ArH]

3.2.3.2硝化反應歷程2024/9/28（2）在硫酸中的硝酸硝化

加入的硫酸量較少時，硝化反應仍可視為一級反應，但硝化反應速度明顯提高。

當加入硫酸量足夠大時，硫酸起到溶劑作用，而硝酸僅作為硝化劑，此時表現(xiàn)為二級反應。

r=k[ArH][HNO3]式中k是表觀反應速率常數(shù)，其值大小與硫酸的濃度密切相關。當硫酸濃度在90%左右時，k值最大。2024/9/28結(jié)論：當硫酸的質(zhì)量分數(shù)大于90%時，硝化速度會減慢表3-2在不同濃度硫酸中的硝化速度常數(shù)（25℃）2024/9/28

2.非均相硝化動力學：

非均相硝化反應主要是在兩相的界面處或酸相中進行，在有機相中的反應極少（＜0.001%），可以忽略。

非均相硝化反應分為三種類型：緩慢型、快速型和瞬間型。（1）緩慢型（也稱動力學型）

甲苯在62.4%～66.6%H2SO4中的硝化屬于這種類型。

特征：a.化學反應的速度是整個反應的控制階段

b.硝化反應主要發(fā)生在酸相中

c.反應速率與酸相中芳烴的濃度和硝酸的濃度成正比

2024/9/28（2）快速型（也稱慢速傳質(zhì)型）

甲苯在66.6%～71.6%H2SO4中硝化屬于這種類型。

特征：a.反應主要在酸膜中或兩相的邊界層上進行

b.芳烴向酸膜中的擴散速度成為整個硝化反應過程的控制

階段，即反應速度受傳質(zhì)控制。

C.反應速率與酸相容積的交換面積、擴散系數(shù)和酸相中芳

烴的濃度成正比。

2024/9/28（3）瞬間型（亦稱快速傳質(zhì)型）

甲苯在71.6%～77.4%H2SO4中硝化時屬于這種類型

特征：a.反應速度快。

b.處于液相中的反應物不能在同一區(qū)域共存，即反應在兩相

界面上發(fā)生。

c.反應總速率與傳質(zhì)速度和化學反應速度都有關。

2024/9/28圖3-2在無擋板容器中甲苯的初始反應速度與lgk的變化關系（25℃，2500r/min）2024/9/28

應該指出，硝化過程中硫酸濃度不斷被生成的水稀釋，硝酸不斷參與反應而消耗，因而對于每一個硝化過程來說，不同的硝化階段可歸屬于不同的動力學類型。

例如，甲苯混酸硝化生產(chǎn)一硝基甲苯采用多釜串聯(lián)操作時，第一硝化釜酸相中的硫酸、硝酸濃度都比較高，反應受傳質(zhì)控制；而在第二釜中，由于硫酸濃度降低，硝酸含量減少，反應速率受動力學控制。

一般來說，芳烴在酸相中的溶解度越大，反應速率受動力學控制的可能性越大。

2024/9/283.2.4硝化反應的影響因素

（1）當芳環(huán)上存在給電子基時，硝化速度較快，其硝化產(chǎn)品中常以鄰、對位產(chǎn)物為主（2）當芳環(huán)上有吸電子基存在時，硝化速度降低，其硝化產(chǎn)品中常以間位異構(gòu)體為主。（3）鹵代芳烴，引入鹵素雖然使芳環(huán)鈍化，但得到的產(chǎn)品幾乎都是鄰、對位異構(gòu)體。

單取代苯的硝化反應速度按以下順序遞增：

-NO2＜-SO3H＜-CO2H＜-Cl＜-H＜-Me＜-OMe＜-OEt＜-OH3.2.4.1被硝化物的性質(zhì)2024/9/28（4）進行萘的一硝化時，產(chǎn)物以α-硝基萘為主。（5）蒽醌中間的兩個羰基會使兩側(cè)的苯環(huán)鈍化，因此蒽醌的硝化比苯困難，產(chǎn)物大部分為α位異構(gòu)體，小部分為β位異構(gòu)體，也有二硝化物生成。

（6）硝化反應同時也受取代基團空間效應的影響

當芳烴具有位阻較大的給電子取代基時，其鄰位硝化比較困難，而對位硝化產(chǎn)物常常占優(yōu)勢。

例如，甲苯硝化時，鄰位與對位產(chǎn)物的比例是40:57，而叔丁基苯硝化時，其比例下降為12:79。

2024/9/28

通常，對易于硝化的有機物可選用活性較低的硝化劑，以避免過度硝化和抑制副反應的發(fā)生，而對于難硝化的有機物則適宜選用活性較強的硝化劑進行硝化。此外，對于同一種被硝化物，若采用不同的硝化劑，往往會得到不同的產(chǎn)物組成。3.2.4.2硝化劑（混酸的影響）2024/9/28

混酸硝化時，混酸的組成是重要的影響因素，硫酸濃度越大，硝化能力越強。則硝化產(chǎn)物的鄰、對（或間位）選擇性越低。在強混酸中加適量的水，可提高對位產(chǎn)率。混酸硝化是工業(yè)上廣泛采用的一種硝化方法，特別適用于芳烴的硝化。混酸對鐵的腐蝕性很小，可采用普通碳鋼或鑄鐵作反應器，不過對于連續(xù)化裝置則宜采用不銹鋼材質(zhì)。向混酸中加入適量磷酸，可增加對位異構(gòu)體的收率。用硝酸鹽（鈉或鉀）代替硝酸在硫酸中的硝化可更好的控制硝化劑的量和減少水的積累。設計用于難硝化的苯甲醛、苯甲酸等的一硝化，制備間硝基化合物。2024/9/28（1）混酸組成的選擇

特點：硝化能力強，反應速度快，生產(chǎn)能力高；

硝酸用量接近于理論量，幾乎全部被利用；

硫酸的熱容量大，可使硝化反應平穩(wěn)進行；

濃硫酸可溶解多數(shù)有機物，使硝化反應易于進行；

工業(yè)上常用硫酸脫水值和廢酸計算濃度，表示混酸的硝化能力。2024/9/28

①硫酸脫水值（DehydratingValueofSulfuricAcid）

硝化終了時廢酸中硫酸和水的計算質(zhì)量之比，也稱作脫水值。用符號D.V.S.表示。

D.V.S.的物理意義：硫酸脫水值越大，表示混酸的硝化能力強，適用于難硝化的物質(zhì)2024/9/28

當已知混酸的組成和硝酸比時，脫水值的計算如下（假設一硝化反應進行完全，且無副反應）：式中：S——混酸中硫酸的質(zhì)量百分數(shù)；N——混酸中硝酸的質(zhì)量百分數(shù)；

φ——硝酸比（硝酸與被硝化物的物質(zhì)的量之比）當φ=1時,則上式可簡化為：

2024/9/28②廢酸計算濃度（FactorofNitrationActivity）

混酸硝化終了時，廢酸中硫酸的計算濃度，亦稱硝化活性因素。用符號F.N.A.表示

當φ=1時，可如下表示：

或

2024/9/28

從F.N.A.計算式可知，當F.N.A.為常數(shù)，S和N為變量時，該式為一個直線方程。這說明：在這一直線上的所有混酸組成都滿足相同的F.N.A.值或D.V.S.值，但真正具有實際意義的混酸組成僅是該直線中的一小段而已。當φ=1時，則D.V.S.與F.N.A.的換算關系有：2024/9/28③選擇混酸組成的一般原則

2024/9/28

原則：

要充分利用硝酸；發(fā)揮硫酸的作用；

在原料酸所能配出的范圍以內(nèi)；

廢酸對設備的腐蝕要??；反應容易進行，副反應少生產(chǎn)能力適宜

圖3-3硝化過程中的混酸組成變化2024/9/28（2）配酸工藝

混酸的配制方法：

間歇操作法：生產(chǎn)效率雖低，但適用于小批量多品種生產(chǎn)；

連續(xù)操作法：配酸的生產(chǎn)能力大，適合于大噸位產(chǎn)品的生產(chǎn)。

配制混酸要求：具有防腐能力的裝置

裝有機械混合裝置有冷卻裝置，一般控制溫度在40℃以下。注意加料順序和速度2024/9/28安全的配酸方法：

是在有效的混合和冷卻條件下，將濃硫酸先緩慢、后漸快地加入水或廢酸中，并控制溫度在40℃以下，最后再以先緩慢，后漸快的加酸方式加入硝酸。

配制的混酸必須經(jīng)過檢驗分析，若不合格，則需要補加相應的酸，調(diào)整組成直至合格。2024/9/28

①

正加法：將混酸逐漸加到被硝化物中,此法常用于被硝化物容易硝化的反應過程。

優(yōu)點是:反應比較緩和，可避免多硝化。

缺點是:反應速度較慢。

②

反加法:將被硝化物逐漸加到混酸中，這種加料方式適用于制備多硝基化合物和被硝化物難硝化的反應過程。

優(yōu)點是：在反應過程中始終保持過量的混酸與不足量的被硝化物，反應速度快。

（3）混酸硝化操作方法

由于生產(chǎn)方式和被硝化物的不同，以混酸為硝化劑的液相硝化，其操作一般有正加法、反加法和并加法三種操作方法。2024/9/28

③

并加法：將被硝化物與混酸按一定比例同時加入到硝化反應器的方法，常用于連續(xù)硝化過程。

連續(xù)硝化操作常采用多釜串聯(lián)的方式，被硝化物和混酸一并加入到多臺串聯(lián)的第一臺硝化釜（也稱主鍋）中，并在此完成大部分反應，然后再依次到后面的硝化釜（也稱副鍋或成熟鍋）中進行硝化。

多釜串聯(lián)連續(xù)硝化的優(yōu)點：可以提高反應速度，減少物料短路，并且可在不同硝化釜中控制不同的溫度，有利于提高生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量。

實際上，正加法、反加法和并加法的選擇不僅取決于硝化反應的難易，而且還要考慮到被硝化物的物理性質(zhì)和硝化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)等因素。2024/9/28（1）對于均相硝化反應，溫度直接影響反應速度和生成物異構(gòu)體的比例。一般易于硝化和易于發(fā)生氧化副反應的芳烴（如酚、酚醚等）均可采用低溫硝化，而含有硝基或磺基等較穩(wěn)定的芳烴則應在較高溫度下硝化。

3.2.4.3硝化溫度

（2）對于非均相硝化反應，溫度還將影響芳烴在酸相中的物理性能（如溶解度、乳化液粘度、界面張力）和總反應速度等。由于非均相硝化反應過程復雜，因而溫度對其影響呈不規(guī)則狀態(tài)，需視具體品種而定。例如，甲苯一硝化的反應速度常數(shù)大致為每升高10℃增加1.5～2.2倍。2024/9/28（3）硝化反應是一個強放熱反應?；焖嵯趸瘯r，反應生成的水稀釋硫酸并放出熱量，這部分熱量約相當于反應熱的7.5%～10%。

這樣多的熱量若不及時移走，必然會發(fā)生超溫現(xiàn)象，造成多硝化、氧化等副反應，甚至還會發(fā)生硝酸大量分解，產(chǎn)生大量紅棕色NO2氣體，使反應釜內(nèi)壓力增大；同時主副反應速度的加快，還將繼續(xù)產(chǎn)生更大量的熱量，如此惡性循環(huán)使得反應失去控制，將導致爆炸等生產(chǎn)事故。

因此在硝化設備中一般都帶有夾套、蛇管等大面積換熱裝置，以嚴格控制反應溫度，確保安全生產(chǎn)和得到優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。2024/9/28大多數(shù)硝化過程是非均相的，為了保證反應能順利進行以及提高傳熱和傳質(zhì)效率，必須具有良好的攪拌裝置。工業(yè)生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)數(shù)隨硝化鍋體積（1~4m3）或直徑大?。s0.5~2m）而定，通常要求在400~100r·min-1范圍內(nèi)。對于環(huán)式或泵式硝化器的轉(zhuǎn)數(shù)，一般要求在2000~3000r·min-1

。

研究表明，攪拌在硝化反應起始階段尤為重要。特別是在間歇硝化反應的加料階段，停止攪拌或槳葉脫落，會非常危險。因此，要求必需在硝化設備上設置自控和報警裝置，采取必要的安全措施。3.2.4.4攪拌的影響2024/9/28相比是指混酸與被硝化物的質(zhì)量比，有時也稱酸油比。適當增加相比有利于：增大被硝化物在酸相中的溶解量分散和移除反應熱和稀釋熱加快硝化速度，提高生產(chǎn)能力

相比過大的不利處：設備的負荷加大

生產(chǎn)能力下降

廢酸量大大增多

3.2.4.5相比與硝酸比2024/9/28

實際工業(yè)生產(chǎn)常采用的方法：向硝化釜中加入適量廢酸，來調(diào)節(jié)相比，以確保反應平穩(wěn)和減少廢酸處理量。

硝酸與被硝化物的摩爾比稱為硝酸比。有時也用硝酸過剩率表示，即實際硝酸用量比理論硝酸用量過量的摩爾分數(shù)。

一硝化時的硝酸比理論上應為1，但是在工業(yè)生產(chǎn)中硝酸的用量通常高于理論量，以促使反應進行完全。當硝化劑為混酸時，對于易被硝化的芳烴，硝酸比為1.01～1.05；而對于難被硝化的芳烴，硝酸比為1.1～1.2或更高。2024/9/28

硝化副反應主要是多硝化、氧化和生成絡合物。

避免多硝化副反應的主要方法：控制混酸的硝化能力、硝酸比、循環(huán)廢酸的用量、反應溫度和采用低硝酸含量的混酸。

氧化是影響最大的副反應，主要結(jié)果是在芳環(huán)上引入羥基。3.2.4.6硝化副反應2024/9/28

研究表明，二氧化氮和亞硝酸的存在是造成芳烴側(cè)鏈氧化的原因，其他一些副反應也與氮的氧化物有關。抑制氧化副反應的方法：加入適量的尿素將硝酸分解產(chǎn)生的二氧化氮破壞掉。

3N2O4＋4CO(NH2)2—→8H2O＋4CO2↑＋7N2↑

硝化器上應配有良好的排氣裝置和吸收二氧化氮的裝置。另外，硝化器上還應該設有防爆孔以防意外。

2024/9/28

硝化過程中另一重要的副反應是生成某種有色絡合物。這種絡合物是由烷基苯與亞硝基硫酸和硫酸形成的。

其結(jié)構(gòu)式為：C6H5CH3·2ONOSO3H·3H2SO4

這種絡合物的生成后現(xiàn)象：硝化液顏色變深、發(fā)黑發(fā)暗的現(xiàn)象。形成原因：硝酸用量不足解決辦法：可在45～55℃下，及時補加硝酸，就會很容易將此絡合物破壞。

絡合物的形式與已有取代基的結(jié)構(gòu)、個數(shù)、位置等因素有關。長鏈烷基苯最容易生成此絡合物，短側(cè)鏈的稍差，苯則最難生成，而帶有吸電子基的苯系衍生物則介于兩者之間。

2024/9/283.2.5.1硝化產(chǎn)物與廢酸的分離

分離原理：若產(chǎn)物在常溫下呈液態(tài)或低熔點的固態(tài)，則可利用它與廢酸具有較大的密度差來實現(xiàn)分離。一般廢酸（硫酸）濃度越低，硝化產(chǎn)物與廢酸的互溶性越小，分離越易。因此，在分離前可先加入少量的水進行稀釋，但加水量應考慮到設備的耐腐蝕程度，硝化產(chǎn)物與廢酸的分離難易程度，以及廢酸循環(huán)或濃縮所需的經(jīng)濟濃度。

3.2.5硝化產(chǎn)物的分離

2024/9/28操作時注意：

（1）讓硝化混合物以切線進料方式進入帶有蒸汽夾套的連續(xù)分層分離器（2）為加速硝化物與廢酸的分層，可在硝化混合液中加入叔辛胺，其用量為硝化物質(zhì)量的0.0015%～0.0025%。此外，廢酸中的硝基物有時也可用有機溶劑（如二氯乙烷、二氯丙烷等）萃取回收，從而實現(xiàn)產(chǎn)物與廢酸的分離。2024/9/28

主要的氧化副產(chǎn)物：酚類物質(zhì)

分離方法：用洗滌法進行分離，即采用水洗、堿洗，以除去這些雜質(zhì)，但需防止乳化現(xiàn)象，否則，硝基酚類難以分離，造成潛在的爆炸危險。

處理措施：中速攪拌和加入破乳劑，

3.2.5.2硝化產(chǎn)物中副產(chǎn)物及無機酸的分離

2024/9/28解離萃取法的分離原理：

利用混合磷酸鹽（Na2HPO4·2H2O64.2g/l，Na3PO3·12H2O21.9g/l）的水溶液處理中性粗硝基物，酚類解離成鹽，被萃取到水相中，達到分離的目的。水相還可以用苯或甲苯異丁酮等有機溶劑進行反萃取，重新得到混合磷酸鹽循環(huán)使用。解離萃取法的特點：

三廢的排放和化學試劑的消耗減少，投資費用較高。2024/9/283.2.5.3硝化異構(gòu)產(chǎn)物的分離

硝化產(chǎn)物往往是異構(gòu)體得混合物，分離提純的方法通常有兩種：即化學法和物理法。（1）化學法

分離原理：利用各種異構(gòu)體在某一反應中的不同化學性質(zhì)而實現(xiàn)分離的。如：在制備間二硝基苯時，會同時生成少量的鄰、對位異構(gòu)體。可利用間二硝基苯與亞硫酸鈉不反應，而鄰、對位異構(gòu)體則會發(fā)生親核置換生成可溶于水的硝基苯磺酸鈉的原理來實現(xiàn)分離。2024/9/28（2）物理法分離原理：利用各種異構(gòu)體的沸點和凝固點不同，用精餾和結(jié)晶相配合的方法將其分離。例如，氯苯一硝化產(chǎn)物可用此法分離精制。隨著精餾技術和設備的發(fā)展與更新，有些產(chǎn)品已可采用精餾法直接分離。2024/9/283.3.1原料選擇

原料要求：價格低廉、來源方便、毒性小、穩(wěn)定性好等。藥品名稱分子量(molwt)用量(ml、g、mol)熔點(℃)沸點(℃)密度g/cm3水溶解度(g/100ml)苯78.1117.8ml5.5180.10.87860.18濃硫酸（98%）9820ml103381.84易溶于水濃硝酸（69%）63.0114.6ml-42120.51.405易溶于水其它藥品10%碳酸鈉溶液、蒸餾水2024/9/283.3.2設備選擇

圖3-7硝基苯制備合成裝置

2024/9/283.3.3工藝條件選擇

合成反應步驟：混酸配制、硝化、分酸、干燥、蒸餾反應條件控制：配酸溫度50～60℃硝化反應溫度60℃蒸餾餾分204～210℃硝化反應時間30分鐘2024/9/283.3.4分離方法選擇

硝基苯粗品中含有少量的二硝基苯和多硝基酚，可通過蒸餾方法進行提純分離。操作步驟：把澄清透明的硝基苯倒入30ml蒸餾燒瓶中，連接空氣冷凝管。在石棉網(wǎng)上加熱蒸餾，收集204～210℃的餾分。注意事項：為了避免殘留在燒瓶中的二硝基苯在高溫下分解而引起爆炸，注意切勿將產(chǎn)物蒸干。2024/9/283.3.5質(zhì)量分析

外觀指標：淺黃色油狀液體干品結(jié)晶點：≥5.4℃純度：≥99.5%低沸物：≤0.1%硝基甲苯總量：≤0.1%高沸物：≤0.1%水分：≤0.1%3.3.5.1產(chǎn)品質(zhì)量指標2024/9/283.3.5質(zhì)量分析

（1）硝基苯的檢測方法：可參考GB/T9335-2001的檢測方法。（2）硝基苯的鑒定：因結(jié)構(gòu)已知，建議采用紅外光譜鑒定法。3.3.5.2產(chǎn)品分析檢測2024/9/283.4.1操作步驟流程圖

2024/9/283.4.2具體操作步驟

在100ml錐形瓶中放入20ml濃硫酸，把錐形瓶置于冷水浴中，一邊不停地搖動錐形瓶，一邊將14.6ml硝酸慢慢地注入濃硝酸中。3.4.2.1混酸的配制3.4.2.2硝化反應

在250ml三口燒瓶中放入17.8ml苯，在中間瓶口安裝攪拌棒，一個側(cè)口裝上冷凝管，另一側(cè)口插上溫度計，其水銀球要浸到液面下。2024/9/28

開動攪拌器，從冷凝管上口分批加入已冷卻的混酸。每加一次后，必須充分振蕩燒瓶，使苯與混酸充分接觸，待反應物的溫度不再上升而趨于下降時，才可繼續(xù)加混酸。反應物的溫度應保持在40～50℃之間，若超過50℃，可用冷水浴冷卻燒瓶。加料完畢后，把燒瓶放在水浴上加熱，約在10min內(nèi)把水浴加熱到60℃(反應混合物的溫度為55～60℃)并保持30min，間歇地振蕩燒瓶。2024/9/28

冷卻后，將反應混合物倒入分液漏斗中。靜置分層，分出酸層，倒入指定回收瓶內(nèi)。粗硝基苯先用等體積的冷水洗滌，再用10%碳酸鈉溶液洗滌，直到洗滌液不顯酸性。最后用水洗至中性。

3.4.2.3分酸3.4.2.4干燥：