2-氯吡啶是一种重要的精细化工中间体,近年来一系列以2-氯吡啶为原料的新型农药、医药产品的开发成功,使得市场对2-氯吡啶及其衍生物的需求呈快速增长的趋势。 迄今已见报道的2-氯吡啶合成工艺主要有液相光氯化法、气相光氯化法、气相热氯化法、气相催化氯化法等,其中气相光氯化法更具有工业化价值。关于该法的报道主要是工艺路线的叙述和反应机理的介绍,系统的工艺条件优化和反应动力学实验研究至今尚未开展。 吡啶气相光氯化反应是一个连串的放热反应,对其进行工艺优化和动力学研究,需要采用具有良好混合、等温性能和理想流型的反应器。本文设计了一个200ml玻璃制新型环隙氯化反应器,四周由导热油浴环抱,具有较大的传热面积,气相流动近似平推流。通过实验考察了光的波长、反应温度、原料配比对吡啶转化率和2-氯吡啶选择性的影响,得出的优化反应工艺条件为:采用蓝光灯作为光源,反应温度为180～190℃,氯气与吡啶的摩尔配比是1.5～2∶1,空时100s,吡啶转化率达到70%以上,2-氯吡啶选择性在95%左右。 提出了吡啶气相光氯化反应的机理,建立了反应动力学模型。在用蓝光灯作为光源,反应温度160～190℃,氯气和吡啶的摩尔配比为1～2.5∶1的条件下,实验测定了动力学数据,通过参数估值得到了反应速率常数和活化能。 为了考察反应器设计的放大效应,设计了一个体积为1396ml的玻璃管式反应器进行模拟试验。该反应器内设置了若干毛刺,起到径向混合的作用,使其比普通管式反应器具有更好的等温效果。考察了光强度、稀释剂用量、原料配比、反应温度和空时等对气相光氯化合成2-氯吡啶反应的影响。结果表明,光强度为88W,稀释剂水的用量为40%～60%(质量含量),在与工艺优化试验同样的条件下,吡啶转化率也在70%左右,但2-氯吡啶选择性下降约10个百分点,这是管式反应器的非等温和气相流动的非理想性所导致的。 本文还进行了初步的探索性分离实验,经过先简单蒸馏后减压蒸馏的方法,得到了纯度为99.3%的2-氯吡啶产品。