磺化反应在微通道反应器中的应用

在有机物分子中引入磺酸基（-SO3H）的反应叫磺化。常见的磺化反应有苯及其衍生物磺化、萘及其衍生物磺化、蒽醌磺化、饱和与不饱和脂肪烃磺化等。

向芳香化合物中引入磺酸基可以赋予有机化合物水溶性、酸性、乳化、湿润和发泡等功能，这些特性广泛用来合成表面活性剂、水溶性染料、食品香料和某些药物。引入磺酸基的另一个目的是为了将其置换成羟基、氨基或氰基，或是将磺酸基转换成磺酸衍生物，如磺酰氯、磺酰氨等。此外，也有时是为了满足合成上的需要而暂时引入磺酸基，在完成特定的反应后，再将磺酸基脱去。

芳香化合物的磺化在染料及染料中间体、表面活性剂的合成中应用十分普遍。1862年，人们首先向染料分子中引入磺酸基，磺化技术在染料工业中继而迅猛发展。磺化的另一大作用是生产阴离子表面活性剂，它在整个表面活性剂产品中有极大的比重，例如80年代初统计，阴离子表面活性剂的产量约占表面活性剂总产量的40%，在欧洲甚至占80%以上。

一、化工工业磺化存在问题及解决方案

工业上常用的磺化剂有硫酸、发烟硫酸、三氧化硫和氯磺酸等。由于制造和使用上的考虑，硫酸有两种规格，即92~93%和98~100%。发烟硫酸也有两种规格，即含游离S0320~25%和60~65%，三氧化硫有气态和液态两种。

芳香化合物的磺化主要有三种方法，即与硫酸、氯磺酸、三氧化硫作用。迄今为止，以硫酸和发烟硫酸为磺化剂仍占主导地位，但其污染十分严重，改用三氧化硫进行磺化的工艺日益增多，它可使工序缩短、能耗降低和三废减少。三氧化硫是最好的磺化剂，不产生废酸，工艺清洁环保，但由于三氧化硫非常活拨，磺化反应可在瞬间完成，并放出大量热能（芳烃磺化的热效应通常约为217.7 kJ/mo），容易造成局部过热，从而导致物料分解、生成砜类等副产物、发生多磺化、氧化和焦化等副反应，严重影响产品质量。

连续流动微反应器有极大的比表面积，由此带来的根本优势是极大的换热效率和混合效率，可以精确控制反应温度和反应物料按精确配比瞬时混合。这些都是提高收率、选择性、安全性，以及提高产品质量的关键因素。

据统计，在精细化工反应中，大约有20%的反应通过采用微反应器，可以在收率、选择性或安全性等方面得到提高。微反应器的的优势包括：放热剧烈的反应；反应物或产物不稳定的反应；反应物配比要求很严的快速反应；危险化学反应以及高温高压反应；纳米材料和需要产物颗粒均匀分布的固体生成反应。微通道反应器非常适合于强放热反应、快反应、易燃易爆反应，而这些都是三氧化硫磺化反应所具备的特性。

二、磺化反应工艺危险特点

（1）磺化反应是放热反应，每引入一个磺酸基放热30-50Kcal/mol，若在反应过程中得不到有效的冷却和良好的搅拌，反应热的积聚有可能引起超温，导致剧烈的反应。放出更多的热量，可能发生燃烧反应，造成起火或爆炸。

（2）由于生产所需的磺化原料是可燃物，而磺化剂是强氧化剂，二者相互作用的条件下进行磺化反应是十分危险的，已经具备了燃烧的条件，若投料顺序颠倒，浓硫酸与水生成稀硫酸并放热，稀硫酸与浓硫酸相比有较大的腐蚀性，超温至燃点，导致燃烧或爆炸事故。

（3）低温磺化反应时，严格控制反应温度，若控制的温度偏低时，反应速度较慢，可能积累较多的未反应物料，使反应物料浓度增加，当恢复到较高正常的反应温度时，剧烈反应，瞬间放出大量的热导致超温，引起着火或爆炸事故。

（4）反应介质具有强酸腐蚀性，若忽视了设备监控因设备腐蚀失效会造成物料泄漏事故。

（5）生产过程中，所用磺化剂，三氧化硫、浓硫酸、发烟硫酸、氯磺酸等，有强烈的刺激性和氧化性，若泄露会造成灼烧、腐蚀、中毒等危害，浓硫酸和发烟硫酸有脱水性性，雨水放出大量热量生成稀酸放热，所以使用过程中应严加防护。

三、磺化反应分类：硫酸磺化、三氧化硫磺化、共沸去水磺化、烘焙磺化、氯磺酸磺化等。