硝化反應的產品種類很多，其主要應用于醫藥、農藥、染料、顏料等，在軍事工業中主要作為火藥、推進劑。其反應速度快，放熱量大，放熱量一般在150-300KJ/mol之間。因硝化產物極不穩定，尤其多硝基化合物極易爆炸，給生產安全造成極大隱患。目前國內的硝化反應裝置一般采用釜式反應，其持液量從幾百公斤到幾噸不等，一旦發生爆炸，破壞力很大，因此采用安全的微通道反應技術，可以從源頭解決安全問題，真正做到“本質安全”。
一、硝化反應
硝化反應自1834年苯-硝基苯，1842年由硝基苯還原為苯胺，硝化反應在工業上開始應用，是向有機物分子中引入硝基（-NO2）的過程。硝化反應的硝化劑主要有硝酸，無水硝酸到稀硝酸。由于硝化物性質的不同，硝化劑一般不單獨使用，而是和質子酸、有機酸、酸酐、路易斯酸混合使用。常用的硝化劑還有N2O3、N2O4等。硝化方法有非均相混酸硝化法、硫酸介質中的均相硝化、稀硝酸硝化法、濃硝酸硝化法、有機溶劑中混酸硝化法、乙酸（或乙酐）中的硝化法、置換硝化法和氣相硝化法。非均相硝化當被硝化物或硝化產物在反應溫度下都是液體時，常采用非均相硝化，通過強化傳質，使有機相被分散到酸相中完成硝化反應；濃硫酸介質中的均相硝化當被硝化產物在反應溫度下為固體時，常將被硝化物溶解于大量濃硫酸中，然后進行硝化；稀硝酸硝化一般用于含有強的第一類定位基的芳香族化合物的硝化；濃硝酸硝化往往需要用較大量的硝酸；有機溶劑中硝化常可以改變所得到的硝基異構產物的比例，避免使用大量硫酸作溶劑以及使用接近理論量的硝酸。硝化特點基本上是硝化劑參加硝化反應的活潑質點是硝基硝酰陽離子NO2+，在純硝酸中有97%HNO3是以分子態存在，3%經質子轉移生成NO2+。在硫酸存在下，均相硝化是二級反應v=k[ArH][HNO3]，當H2SO4濃度為90%左右時，反應速度為******值；有強吸電子取代基的芳烴在過量濃硝酸中硝化，則為一級反應v=k[ArH]。硝化反應中一般采用316L、哈氏合金等。目前工業化常用的是帶夾套的反應釜，有單釜生產，有釜-釜串聯，冷凝器同樣采用316L、哈氏合金等，其管線、閥門、輸送泵均采用對應材質的設備。一般采用攪拌釜式反應形式，通過夾套傳熱及盤管傳熱，混酸采用滴加形式。其特點是由于傳熱速度慢，所以一般在低溫條件下反應，以免升溫太快引起安全事故，由于攪拌傳質相對較慢，或是不均勻，局部易形成多硝基化合物。
二、微通道（連續流）反應技術
硝化是強放熱反應，其放熱集中，同時也伴隨硫酸的稀釋熱，反應過程中要求適當的反應溫度，避免生成多硝基物和氧化等副反應，因而熱量的有效移除是控制硝化反應的突出問題之一。為積極尋求硝化反應過程的“三傳一反”問題，常州大學流動化學與過程研究所將微通道（連續流）反應器技術應用于硝化反應中，有效的解決了硝化反應過程中遇到的問題。微通道反應器的特點是傳質、傳熱接近理論值，是釜式反應的1000倍左右，熱量可在短時間內迅速移除，且反應區的持液量非常少，當持液量達幾升時，裝置生產能力每年可達萬噸級。
1、微通道（連續流）反應器
微通道（連續流）反應器是一種依靠微加工技術在特定的固體基質上蝕刻出固定形態的通道，并且具有一定化學反應適用性的化工設備。與常規反應器相比，其內部通道直徑非常細小，通常為10~500μm，其擁有極大的比表面積，可達常規反應器比表面積的幾百倍甚至上千倍，因此產生極大的換熱效率和傳質效率，可以精確控制反應溫度，確保反應物料瞬間混合，有助于提高化學反應收率、選擇性、安全性，以及產品質量。與常規釜式反應器相比，微通道反應器具有以下特點：①通道幾何特性，②傳遞和宏觀流動特性，③強化傳遞過程，④提高產品收率和選擇性，⑤利于溫度控制，⑥安全性能高，⑦放大問題。與傳統化工間歇設備相比，微化工設備可以實現化工過程的連續化生產，具有一定的生產靈活性，并且化工設備高度集中，節約生產空間。微反應器本身強大的傳熱和傳質能力除了可以精確、安全控制反應過程，還有可以提高環境資源和能量的利用效率，實現化工過程的高效化、微型化和綠色化。微通道反應器適合的反應：①放熱劇烈的反應；②反應物或產物不穩定的反應；③反應物配比要求很嚴的快速反應；④危險化學反應以及高溫高壓反應。
2、微通道（連續流）反應器在硝化中的應用特點
硝化反應是一個快速的強放熱反應過程，在常規反應器中硝化反應如果控制不當就會引起溫度飛升、噴料或爆炸等現象。芳烴硝化是合成許多含能材料如TNT中間體的重要反應，在該系列反應過程中如果反應物混合不均、反應熱不及時移除會導致一系列副產物。微通道（連續流）反應器由于有較大的比表面積和獨特的混合結構，具有較強的傳熱性能和混合效果，可以高效地控制反應進程和熱量交換，降低副反應的發生，從而提高反應的安全性和選擇性。
三、案例分享
硝基氯苯合成
氯苯在混酸硝化過程中會同時產生對硝基氯苯和鄰硝基氯苯這兩種同分異構體，另外有少量的間硝基氯苯。在反應溫度、硝酸與硫酸配比相同的條件下，在間歇反應中n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.3，停留時間為數小時，對硝基氯苯的產率為57.61%，n(鄰硝基氯苯):n(對硝基氯苯)=0.68；在連續流（微通道）反應器中，n(C6H5Cl):n(HNO3)=1:1.1，停留時間為60s，此時，對硝基氯苯的產率為62.16%，，n(鄰硝基氯苯):n(對硝基氯苯)=0.57。從氯苯硝化反應的結果中可以看出，微通道（連續流）反應器技術降低硝酸用量，大大縮短氯苯硝化的反應時間，提高了對硝基氯苯的產率，在該反應中體現出獨特的優勢。。
四、總結
在國家應急管理部頒布的《精細化工反應安全風險評估導則（試行）》中提到，“對于反應工藝危險度為4級和5級的工藝過程，尤其是風險高但必須實施產業化的項目，要努力優先開展工藝優化或改變工藝方法降低風險，例如通過微反應、連續流完成反應”。硝化工藝是國家重點監管危險化工工藝目錄中的一類，其工藝安全風險評估大都為4級和5級，微通道（連續流）反應器技術的應用為硝化工藝的本質安全開辟了新的道路。
