Reactores de microcanales en procesos de nitrificación Eficacia, seguridad e innovación en la producción química

El arte de la nitrificación

La introducción de grupos nitro sobre los átomos de carbono de las moléculas orgánicas es un proceso conocido como nitrificación. En el vasto mundo de la industria química, la reacción de nitrificación es conocida por su amplia aplicación y rápido desarrollo, especialmente en el campo de la fabricación a gran escala de explosivos y materiales energéticos, los científicos han realizado incesantes exploraciones al respecto, haciendo que el sistema teórico de la nitrificación sea cada vez más perfecto. El objetivo de la introducción de nitro en anillos aromáticos y heterociclos se centra principalmente en tres niveles: en primer lugar, la conversión de grupos nitro en otros sustituyentes, como la nitro reducción, que es una de las vías clave para la síntesis de aminas arílicas primarias; en segundo lugar, la fuerte absorción eléctrica del grupo nitro se utiliza para activar otros grupos sustituyentes (especialmente grupos cloro) en el anillo aromático, lo que es conveniente para que se produzcan reacciones de sustitución nucleofílica. Por último, las propiedades únicas del nitro se utilizan para conferir a los productos de química fina propiedades específicas, como oscurecer el color de los tintes, o como productos farmacéuticos, explosivos y oxidantes suaves.

Evolución continua del proceso de nitrificación

El proceso de nitrificación se divide principalmente en dos tipos: por lotes y continuo. El proceso de nitrificación por lotes garantiza que la reacción de nitrificación se lleve a cabo a una temperatura adecuada añadiendo ácidos mezclados o materias primas al reactor mediante gotas, y evita que la temperatura se descontrole debido a una excesiva aceleración del goteo. Sin embargo, debido a la diferencia en la naturaleza de la reacción, muchas materias primas sin reaccionar entrarán en el separador tras el final de la reacción y continuarán la reacción a altas temperaturas, provocando el calentamiento del reactor y aumentando el riesgo de producción. Por el contrario, el proceso de nitrificación continua realiza la alimentación, reacción y separación continuas mediante control automático remoto, evita el proceso repetido de alimentación y descarga, asegura la precisión de la proporción de material y la consistencia de los indicadores del proceso, mejora enormemente la eficiencia de la producción y reduce la intensidad de trabajo de los operarios. Aunque el país empezó a promover el proceso de nitrificación continua durante el periodo del “Duodécimo Plan Quinquenal”, la proporción de su aplicación industrial todavía no es alta. Los expertos señalan que una de las razones por las que las empresas se adhieren al proceso de nitrificación discontinua es la capacidad de ajustar con flexibilidad la ruta del proceso según los cambios del mercado y producir productos más comercializables. Al mismo tiempo, muchas empresas químicas no son conscientes de los peligros del proceso de nitrificación y carecen de motivación para modernizarse. En la etapa a pequeña escala o a escala piloto de la reacción de nitrificación, el riesgo es relativamente bajo debido al pequeño tamaño del reactor, al material uniforme y al fácil control de la temperatura. Sin embargo, una vez que la industrialización aumenta, también lo hace el riesgo. Aunque el proceso de nitrificación se considera una reacción exotérmica y presenta ciertos peligros, no debe generalizarse y la evaluación de riesgos debe realizarse en función de cada proceso. Los gobiernos locales, especialmente en las principales provincias químicas como Shandong, Zhejiang y Jiangsu, han introducido una serie de políticas estrictas.Por ejemplo, a principios de 2018. la Oficina Provincial de Seguridad Laboral de Shandong emitió la Notificación sobre la realización de la evaluación de la seguridad de los equipos de producción de sustancias químicas explosivas, que tiene como objetivo llevar a cabo la evaluación de la seguridad de los equipos de producción de sustancias químicas explosivas en toda la provincia. En el proceso de selección de proyectos, las empresas deben elegir procesos intrínsecamente seguros y prohibir la construcción de procesos inseguros. Una prohibición general de la industria podría provocar escasez de productos y subidas de precios, lo que a su vez daría lugar a una producción ilegal por parte de los fabricantes que no tuvieran prácticas de producción seguras, causando un daño mayor. 

Como nuevo tipo de tecnología química respetuosa con el medio ambiente, la tecnología microquímica representada por el reactor de microcanal no sólo ocupa un área pequeña, sino que también tiene una utilización razonable de los recursos y un bajo consumo de energía en comparación con la industria química tradicional, y ha recibido una gran atención por parte de los campos de la industria química energética y la ingeniería medioambiental. El reactor de microcanal utiliza tecnología de procesamiento de precisión para fabricar un reactor continuo con un tamaño característico entre decenas de micras y unos pocos milímetros, y su estructura de canal especial mejora significativamente el efecto de transferencia de masa, proporcionando una solución eficaz para la reacción de nitrificación precisa, estable y segura. El reactor de microcanal de flujo continuo puede personalizarse según los diferentes procesos, y la temperatura, la presión, el caudal y otros parámetros del reactor se controlan con precisión, garantizando la seguridad y la automatización del sistema de reacción. Los siguientes ejemplos ilustran la aplicación de la nitrificación en reactores de microcanal y las ventajas en comparación con los procesos convencionales:

(1) La reacción de nitrificación se llevó a cabo en un reactor de microcanal utilizando N-(l-etilpropil)-N-acetil-3,4-dimetilanilina como materia prima, y los resultados mostraron una eficacia y seguridad extremadamente altas.

(2) Utilizando pirazol como materia prima, el N-nitropirazol se sintetiza por nitrificación del sistema ácido nítrico-anhídrido acético y, a continuación, el 3,4-dinitropirazol se sintetiza por reordenación térmica y posterior nitración, con un proceso de reacción eficiente y una elevada pureza del producto.

(3) En el experimento de nitrificación de clorobenceno, el reactor de microcanal obtuvo buenos resultados en la mejora de la selectividad del producto, y los subproductos fueron relativamente escasos.

(4) La síntesis de 2,4-dinitroclorobenceno se realiza mediante una reacción de nitrificación en dos etapas, y el método de nitrificación continua del reactor de microcanal es más adecuado para la producción a gran escala.

Conclusión 

Para el peligroso proceso de nitrificación, el reactor de flujo continuo muestra sus importantes ventajas y logra una seguridad intrínseca. Sus tiempos de reacción eficientes, la calidad constante de los compuestos, la seguridad de bajo riesgo, el control altamente automatizado y el diseño del equipo que ahorra espacio han revolucionado la producción química...".