引 言

硝化反应在现代工业中是一类合成医药中间体、精细化工和农药化学品等重要反应。而该反应最大的特点就是反应速率快，放热量巨大。这就意味着如何使硝化反应更加安全、选择性更高、更加节省酸用量是很大的挑战[1]。

硝酸酯类是一类重要的有机化合物，在医药、染料、农药和石油加工中等现代科学领域有着广泛的应用价值[2]。硝酸异辛酯作为硝酸酯类化合物中的一种，主要用作柴油添加剂，对提高柴油的十六烷值，提升柴油燃烧性能和安全性，减少燃烧尾气对大气的污染，有着极为应用的价值。

由于传统的硝酸异辛酯生产工艺危险性高，工艺控制难度高，容积生产率小，生产效率低。因此，对于硝酸异辛酯的合成工艺的进行不断的改进，旨在提高产品收率和纯度的同时，较少工业化生产中存在的巨大安全隐患，对于连续化合成硝酸异辛酯的新工艺开发意义重大。

硝酸异辛酯的传统生产工艺主要采用混酸法。该方法一般在釜式反应器中进行，反应过程放热量巨大，放热集中，易发生副反应，同时局部高温还会导致硝酸分解产生大量的二氧化氮气体，污染环境及危害人体健康。

近几年来，通过微通道反应器在硝化反应中的应用[3-4]逐渐增多。山东豪迈化工微通道反应器由于尺寸微型化，传热、传质速率是常规反应釜的几十倍甚至几百倍，产品质量均一性，便于自动控制及近乎零放大效应的优势，完全满足异辛醇硝化反应过程对反应装置性能的要求。

1 实验部分

1.1 装置流程图

图1 豪迈微通道反应器连续合成硝酸异辛酯工艺流程图

本实验以异辛醇为原料、硝酸和硫酸的混合酸为硝化剂，常温常压下连续泵入豪迈化工微通道反应器中进行直接酯化。该工艺无需催化剂和溶剂，利用豪迈化工微通道具有高效传热传质能力以及零放大效应的特征，并且该工艺具有较高的操作安全性及较高的选择性，实现了反应过程的温和操作，对硝酸异辛酯的安全生产具有重要意义。

2 实验步骤

将硫酸与硝酸在冷阱中混合后放入储料槽中备用，调节异辛醇和混酸按照体积流量比，按照比例分别通过高压柱塞泵进料，该两股物料分别经过预热器后，在伞型微通道内瞬间混合后，最终进入接收储料罐中，将反应液转移至分液漏斗中静置分层，下层酸液移除，上层有机相经碱洗、水洗至中性后，用无水硫酸镁干燥得到产物，收率达收率98.3%，纯度达99.6%。

按照以上操作方法，对反应温度、停留时间、硝酸和硫酸的比例、物料反应摩尔比等对产品收率的影响，确定了最优的合成硝酸异辛酯的工艺条件。

3 结果与讨论

3.1 可能的反应机理

硝酸在浓硫酸的作用下，脱去一分子水生成硝酰阳离子，而后与异辛醇作用生成硝酸异辛酯。

图2 反应机理

3.2 条件优化

通过表二数据可以看出，硝化试剂对该反应的影响，反应温度在10-50℃，反应停留时间在5-50s时，通过调节硝酸与硫酸不同的配比，根据表中的反应情况看，在硝酸与硫酸的比例为1:1.8，硝酸与原料的比例为1.0时，产物接近完全。

表1 酸对生成硝酸异辛酯的影响

3.3 不同酸组成在不同温度下收率影响

图3 硝酸用量对合成硝酸异辛酯的影响

3.4 改变反应温度对合成硝酸异辛酯收率影响

图4 停留时间对合成硝酸异辛酯的影响

4 结 论

通过豪迈化工微通道反应器对合成硝酸异辛酯的反应条件进行优化：酸的用量、酸的组成及反应的停留时间等，最终确定以硝酸和硫酸为硝化剂，确定了最优的工艺条件，硝酸异辛酯的收率98.3%，纯度达99.6%。该合成方法是以无溶剂参与反应的条件下，具有收率高、反应时间短、操作简单、安全可靠等优点。