氯苯硝基化合物是一种重要的有机化工原料，广泛应用于染料、颜料、医药、农药、橡胶助剂和工程塑料等领域。工业上常用的硝化方法包括稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、非均相混酸硝化和有机溶剂中硝化等几种方法。随着国内生产厂家的增加，氯苯硝化产量不断增加，市场竞争也变得激烈。然而，氯苯硝化反应存在一些问题，如产生大量废酸和选择性不理想。因此，研究微通道反应器内的芳烃硝化反应具有积极的意义。
氯苯硝化是一种典型的芳香族亲电取代反应。通过使用PM3量子化学方法计算，可以得到氯苯的电荷分布。根据计算结果，可以确定硝酰阳离子N02+优先进攻邻位和对位，从而得到主要的产物。
氯原子对苯环具有钝化作用，因此氯苯硝化的情况比较特殊。当N02+进攻氯苯时，首先与离域电子发生作用，形成π络合物。然后，π体系中的两个电子被夺走，形成σ键，生成σ络合物。σ络合物不稳定，容易失去一个质子，形成能量较低的离域闭合共轭体系。在反应过程中，转化为σ络合物和失去质子的过程是快速进行的，而π络合物的形成过程较慢，这决定了整个反应的速率。
根据电子效应和空间效应的观点，氯原子对硝化过程的影响不同。氯原子具有较强的吸电诱导效应，导致苯环电子云密度降低，从而对亲电取代反应不利。然而，根据反应过程中产生的σ络合物，可以看出邻位和对位的络合物特别稳定。因此，氯苯亲电取代反应虽然比苯难以进行，但主要发生在氯原子的邻位和对位。
与传统的批次反应工艺相比，微通道反应器具有快速混合、高效传热、窄的停留时间分布、重复性好、系统响应迅速、便于自动化控制、几乎无放大效应和高安全性能等优势。氯苯硝化是一种快速放热反应，在传统的反应器中存在热量不能及时释放、反应温度不能精确控制、反应液混合不均匀等问题。而在微通道反应器中，尺寸微型化强化了传热和传质过程，并实现了工艺的连续化。实验研究了原料配比、反应温度和体积流速等主要因素对氯苯转化率和选择性的影响。
2.1 选择性比较
在微通道反应器和常规反应器的最佳工艺条件下，比较了产物的选择性。结果表明，在微通道反应器中，氯苯的转化率相对较低，但邻位选择性明显提高，副产物较少。微通道反应器的微型化尺寸强化了传热和传质过程，减弱了邻位空间位阻效应，有利于生成邻硝基氯苯，提高了氯苯的邻位选择性。
2.2 时空转化率比较
时空转化率（STC）是衡量反应器装置生产能力的标志之一，定义为反应物在单位体积、单位时间内转化为产物的摩尔数。在微通道反应器和常规反应器的最佳工艺条件下，比较了氯苯硝化的时空转化率。结果表明，微通道反应器的时空转化率相对较高，约高出常规反应器4个数量级。在扩大产量和生产时，只需增加微通道反应器的数量，即可实现"数量放大"。
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