化工工艺课程设计--40kta硝基苯生产工艺设计

化工工艺课程设计--40kta硝基苯生产工艺设计内容摘要：

升高，会引起副反应，硝酸大量分解，硝基酚类副产物增加，这些酚类副产物是造成硝基苯生产发生爆炸事故的主要原因，同时，硝化反应是非均相反应，反应是在酸层及酸层和有机层的交界面处发生，硝化速度由相间传质和化学动力学所控制，借助强力搅拌，非均相间保持最大界面，强化传质，才能保持反应平稳进行。 所以，必须要控制反 应温度适度、搅拌效果良好，才能保证硝基苯生产的安全操作。 硝化反应是强放热反应同时混酸中的硫酸被反应生成的水所稀释时还将产生稀释热。 这样大的热量若不及时移除，势必会使反应温度上升，引起多硝化及氧化等副反应，同时还将造成硝酸大量分解，产生大量红棕色的二氧化氮气体，甚至发生严重事故。 硝基苯传统硝化工艺和绝热硝化工艺的比较 目前国内比较常见的的硝基苯 混酸硝化 生产方法有传统硝化工艺和绝热法硝化工艺。 它们二者都是采用的是连续式复式反应器进行生产。 而 混酸硝化法的优点也很多： （ 1） 混酸比硝酸会产生更多的硝基 正离子，所以混酸的硝化能力强，反应速度快 产率高。 硝酸被硫酸稀释后，氧化能力降低，不易产生氧化的副反应。 (2) 混酸中的硝酸用量接近理论量，硝酸几乎可全部得到利用。 6 （ 3） 硫酸比热大，能吸收硝化反应中放出的热量，可以避免硝化的局部过热现象使反应温度容易控制。 (4) 浓硫酸能溶解多数有机物（尤其是芳香族化合物），因而增加了有机物与硝酸的混合程度，使硝化易于进行。 （ 5） 混酸对铸铁的腐蚀性小，因而可使用铸铁设备作反应器。 浓硝酸硝化法的缺点： （ 1）反应中生成的水使硝酸浓度降低，以致硝化反应速度 不断下降或终止。 (2)硝酸浓度降低，不仅减缓硝化反应速度，而且使氧化反应显著增加，有时会发生侧链氧化反应 （ 3）硝酸浓度降低到一定浓度时，则无硝化能力。 传统硝化法 传统硝化法主要分三部分：反应部分、洗涤提纯部分、废酸提浓部分。 反应部分：将苯和混酸 (混酸的质量组成为硫酸 56％、硝酸 25％、水 19％ )同时进入到釜式硝化反应器中进行硝化反应。 硝化反应器一般为带有强力搅拌的反应釜，内部装有冷却蛇管，以导出反应热，硝化温度控制在 50℃ ～ 100℃。 硝化反应器一般为串联操作，物料在反应器中的停留时间约 为 15min，产率为 96％一 98． 5％ (一般都能达到 98％～ 98． 5％ )。 反应完成后，反应产物连续由硝化反应器进入分离器，分为有机相和酸相，有机相即为粗硝基苯，去洗涤提纯部分，而酸相即为释稀后的硫酸 (组成大约为硫酸 67． 9％、水 31． 8％、有机物 0． 3％ )，去废酸提浓部分。 洗涤提纯部分：从分离器来的粗硝基苯先用碱水洗涤，任何带入的硝酸、硫酸、一小部分硝基酚、二硝基酚等杂质都被中和并溶解在碱水中，之后混和物进入分离器分为有机相和水相，有机相是已分离了酸性介质但含有小部分苯的硝基苯，水相进入废水罐中，分离后的 有机相再进行水洗，洗涤水来自于脱水塔顶的硝基苯和水的共沸物。 水洗后的硝基苯再去苯回收塔去分离回收苯，苯和水从苯回收塔项馏出进入回流罐，回流罐又分离出有机相苯和水相，分离出的苯循环回硝化过程，水相进入废水罐。 从苯回收塔底出来的即为干燥脱水的产品硝基苯。 废酸提浓部分：废酸提浓目前一般采用真空浓缩法，利用蒸汽加热浓缩器中的废酸至高温，再真空闪蒸出大量的水分，经过提浓后， 68％左右浓度的废酸一般可提浓到 88％～ 93％。 7 绝热硝化法 绝热硝化是国外 70年代开发成功的硝化新技术，目前已建成年产 22万 t硝基 苯的生产装置。 绝热硝化也分三部分：反应部分、洗涤提纯部分及废酸提浓部分，其中的反应部分及废酸提浓部分是作为一个整体来布置的。 同传统硝化方法相比绝热硝化的洗涤提纯部分和传统硝化法基本上是相同的，主要差异在反应部分及废酸提浓部分。 反应部分：苯是在大量混酸的存在下进入硝化反应釜中硝化的，在传统硝化反应中，混酸：苯的重量比约为 3． 2： 1，而在绝热硝化反应中，混酸：苯的重量比为 14． 2：1，酸的大量存在，使得硝化反应和释稀时产生的大量热被酸作为显热吸收，使得硝化温度维持在 145℃ 以下，升温后的废酸还可利用这份 能量在真空硫酸蒸发器中提浓废酸。 绝热硝化一般也为串联操作，物料在反应器中的停留时间约为 12min，产率可达到 99％。 粗硝基苯经碱洗和水洗后，蒸出来反应的过量苯，得到硝基苯产品。 废酸提浓部分：从硝化反应过来的废酸温度约为 130℃．浓度约 64％～ 65％。 提浓是由真空提浓塔完成的，提浓所需的大部分能量是用从反应中带来的包含在废酸中的显热获得的， (而不是像传统硝化法的废酸提浓所需的能量是由外部供给 )，提浓后的酸浓度在 68％～ 70％左右温度降至 91℃ 以下，返回到配酸罐中配酸，之后再去硝化。 传统硝化法 和绝热硝化法的比较 从工艺上看，传统硝化法与绝热硝化法存在以下区别：混酸大量过量，增加了混酸中的水的含量，绝热硝化取消了硝化反应器中的冷却装置，利用反应热使物料逐渐升温，在压力下完成了硝化反应。 8 具体工艺条件比较如表 1 从上表可以看出，绝热硝化法 的混酸量小，四锅串联，没有冷却装置的。 而且是带压操作的。 但是也有起始温度高，副反应多。 带压操作，对设备的耐压性有高标准的要求。 所以生产成本会很高，不经济。 而传统的方法需要大量的冷却水移去反应热，反应温度低，设备生产能力小。 产品的收率低，副产物即二硝基 苯的生产量大。 硝酸过量工艺导致硝酸的单耗大，后处理碱耗大，三废污染也是很重要的问题。 绝热硝化法应用于工业生产突破硝化反应必须在低温条件下恒温从做的传统观 9 念，反应速度快，生产能力达，节能低耗，可是说是一种比较好的方法。 所以我设计了传统硝化法的改进方案， 为了提高生产能力，克服传统硝化法的缺点，增加产品收率，减少副产物二硝基苯的生产量，将主硝化锅的反应温度放宽提高到 90136摄氏度。 温度是影响反应速率的重要因素之一，由动力学方程式可知，反应速率取决于速率常数 K和反应物浓度，温度主要影响反应速率常数 K值。 提 高反应温度可以是反应速度加快，生产能力变大。 温度对产品中二硝基物的影响主要表现在温度升高后使硝基苯转化成 二硝基苯的活化能容易达到。 生产中只要降低被比重硝酸的过剩量。 采用高水低硝酸的新混酸，产品中的二硝基含量可以得到有效的控制。 传统苯硝化混算的算的组成为： 324244 ~ 46%46 ~ 48%6 ~10%HNOH SOHO 改进的传统硝化法混算配比为 32426%57%37%HNOH SOHO 由于产生 的废酸部分返回硝化锅称之为废酸套用，目的是为了控制硝化锅的反应温度，与此同时混算的浓度会发生变 化。 废酸中含硫酸 70%，水 29%及 1%的硝酸。 废酸套用利于反应温度的控制。 同时由于废酸的引入，使得的混算中硝酸的浓度成倍的降低，硝酸解离出供硝化反应的离子浓度降低，苯反应后转变为硝基苯， 二硝基苯的产量就少。 改进后的硝化反应速度会高于传统硝化法，有利于速断反应时间，提高生产能力。 改进后的混 酸 组成基本与绝热硝化 相似 ，含水量高，含硝酸低等的混酸。 采。