静态混合反应技术及其在硝化反应等化工生产中的应用
静态混合反应技术是近年来研究开发、并已在国外开始应用的适用于气-液、液-液反应化工生产的先进技术。
静态混合器是在管道内设置按物料的性质设计的具有特殊几何形状、并按一定的方式排列的混合元件。拟混合的流
体物料在管式反应器内通过由混合元件构成的特殊通道时，被迫发生切割和扭曲、置换和变形、分散和合并，物料
得以在很宽的雷诺数范围内进行混合，每一个混合元件对流股起着分割和流向导引，产生对流体的分割、剪切、旋
转混合等作用，造成流体强烈、有规则地湍动和频繁地界面更新，产生高效的相间传递，从而实现快速混合。在静
态混合硝化反应器内，静态混合使物料在温度、浓度和组分上的差异基本消除。物料在反应器内只有径向混合，无
轴向返混，非常逼近平推流理想状况。
相对于国外技术，国内静态混合及静态混合反应技术的应用尚较少，研究开发的单位也较集中。近10年来，
沈阳化工学院吴剑华教授领导的课题组在静态混合反应技术和反应器的开发应用研究方面，做了大量的工作，并取
得了一些进展，先后在苯硝化和丙烯氯醇化反应上成功地实现工业化。
一、静态混合变温硝化反应技术的工业化应用
关于硝化反应工业化的研究一直是一个热点问题。从化学反应本身着手，通过采用新的催化剂和合成路线来提
高技术水平的研究在不断地被开发。而实际工业生产中的设备工艺方面的强化进展却相对缓慢。目前，工业上应用
最多的仍是以混酸为硝化剂的液相常规硝化方法。1941年卡斯特纳(Castner)针对苯常规硝化工艺存在的问题，首
先提出了绝热硝化的设想。1979～1981年，美国氰胺公司和加拿大CIL公司将加压下的绝热硝化法装置建成投入
工业化。目前我国也有一些苯、氯苯等绝热硝化的研究报道，并有万吨级绝热硝化法生产硝基氯苯的工艺设计。
上世纪末吴剑华领导的项目组成功地开发了混酸硝化剂静态混合管式反应变温硝化技术的新工艺和装备。从进
口到出口，根据反应物浓度的变化，连续设置不同的温度，充分提高了反应效率。其结果与现行其他工艺比较如表
1所示。
表1 静态混合反应技术与绝热硝化工艺及传统法的比较
项 目 方 法
绝热法 传统法 静态混合反应技术
混酸（HNO3）/% 3～7.5 44～46 7～8
组成(H2SO4）/% 58.5～66.5 46～48 68.5～70.5
（H2O）/% 28～37 6～10 21.5～24.5
硝酸与苯量比 1.0∶1.1 1.02∶1.0 1∶1
硝化器 四锅串联， 四锅串联， 管式
无冷却装置 有冷却装置
操作压力/MPa 0.44 常压 常压（0.2进料）
操作温度/℃ 90～135 60～75 80～100
停留时间/min 11.2 30 8
废酸的质量分数/% 65.6 71 68
收率/% 99.1 98.5 99.3
二硝基物质量分数/% 0.05 0.3 <0.05
未硝含量物质量分数,% 0.5 2 <0.5
酚含量/10-6 300 500 100
与此同时，本项目组还开发了静态混合硝基苯洗涤工艺及装置，将静态混合新工艺代替传统的搅拌混合或喷射
混合洗涤工艺，用于工业生产。与传统的多串联洗涤装置相比，新技术工艺可减少设备投资58%，减少占地面积75%，
减少用碱量27%，减少用电量43%，减少用水量33%。该装置具有极强的洗涤能力，洗涤时间仅需1min（原工艺需
时约1h）。
二、静态混合绝热苯硝化反应技术的开发
目前，本项目组正在开发高水低硝酸的苯硝化清洁生产工艺的新技术——静态混合管式绝热硝化工艺，开发更
加高效的单管多旋静态混合反应器，进一步缩短反应时间，主要内容有：1)单管多旋静态混合管式绝热硝化反应器
的形状、结构、材质及静态混合管式绝热硝化反应器内静态混合元件；2)适合于绝热硝化的高效绝热硝化混合体分
离装置；3)适用于绝热硝化工艺的静态混合管式硝化物碱洗精制装置；4)硝化废酸真空闪蒸提浓循环再用工艺和毛
细管真空闪蒸废酸提浓装置，充分利用反应热进行废酸提浓等。
小试结果表明：该工艺技术进一步提高了生产效率和产品质量，还有明显的工艺特点。如该工艺物料的出口温
度可由硝酸的浓度控制在132～136℃，分离出的废酸温度约120℃，进入闪蒸器，利用本身热量将废酸浓度提高到
70%以上，温度降为85℃。提浓酸返回系统与硝酸混合配制混酸循环使用，整个生产过程不产生废酸，合理地利用
了能源，这既大大降低了生产成本，又保护了环境。
三、静态混合反应技术的其他应用
（1）新型高效单管四旋管式氯醇化反应器、静态混合管式氯气速溶反应器及丙烯速溶装置，对日本旭硝子2
万t/a环氧丙烷生产技术及生产装置的塔式氯醇化反应器进行了结构改造，使原装置生产能力由设计值2万t/a扩
产至4万t/a，同时氯醇化反应器出口氯丙醇浓度达6%（日本旭硝子技术为5%），副产物浓度却只有0.06%～0.08%
（日本旭硝子技术0.12%），原料丙烯消耗量每吨产品下降了18kg。
（2）大日本油墨化学工业公司和住友重机械工业共同研究成功地实现了世界上最先进的用静态混合反应器的
苯乙烯连续聚合法的工业化。
（3）广东省石油化工设计院开发了间二甲苯硝化的泵式循环——静态混合恒温连续硝化新工艺。
（4）中国石油吉林石化公司研究院报道了甲醇、氢氧化钠的混合液与邻(对)硝基氯苯为原料静态混合技术合
成邻(对)硝基苯甲醚，以及静态混合反应器应用于邻硝基氯苯甲氧基化。
除硝化生产过程外，静态混合反应技术还广泛适用于氧化、氯化、还原、羰基化烷氧基化、酯化、羧化、皂化
等通过气-液、液-液反应的精细化工中间体和大宗有机化工原料生产的化工单元反应，可大幅度提高设备的生产能
力，降低生产成本，提高产品收率和质量，减少废弃物排放，产生显著的经济效益和社会效益。在多种大宗有机化
工原料和精细化工中间体的生产中推广应用静态混合反应技术及装备，对于提高我国有机化工原料生产的技术水
平，实现高新技术产业化和利用高新技术改造传统产业，保持化工行业的可持续发展，推动我国化学工业技术进步
具有重要的意义。