【文章內(nèi)容簡介】 升高，會引起副反應，硝酸大量分解，硝基酚類副產(chǎn)物增加，這些酚類副產(chǎn)物是造成硝基苯生產(chǎn)發(fā)生爆炸事故的主要原因，同時，硝化反應是非均相反應，反應是在酸層及酸層和有機層的交界面處發(fā)生，硝化速度由相間傳質(zhì)和化學動力學所控制，借助強力攪拌，非均相間保持最大界面，強化傳質(zhì)，才能保持反應平穩(wěn)進行。所以，必須要控制反 應溫度適度、攪拌效果良好，才能保證硝基苯生產(chǎn)的安全操作。 硝化反應是強放熱反應同時混酸中的硫酸被反應生成的水所稀釋時還將產(chǎn)生稀釋熱。這樣大的熱量若不及時移除，勢必會使反應溫度上升，引起多硝化及氧化等副反應，同時還將造成硝酸大量分解，產(chǎn)生大量紅棕色的二氧化氮氣體，甚至發(fā)生嚴重事故。 硝基苯傳統(tǒng)硝化工藝和絕熱硝化工藝的比較 目前國內(nèi)比較常見的的硝基苯 混酸硝化 生產(chǎn)方法有傳統(tǒng)硝化工藝和絕熱法硝化工藝。 它們二者都是采用的是連續(xù)式復式反應器進行生產(chǎn)。 而 混酸硝化法的優(yōu)點也很多： （ 1） 混酸比硝酸會產(chǎn)生更多的硝基 正離子，所以混酸的硝化能力強，反應速度快 產(chǎn)率高。硝酸被硫酸稀釋后，氧化能力降低，不易產(chǎn)生氧化的副反應。 (2) 混酸中的硝酸用量接近理論量，硝酸幾乎可全部得到利用。 6 （ 3） 硫酸比熱大，能吸收硝化反應中放出的熱量，可以避免硝化的局部過熱現(xiàn)象使反應溫度容易控制。 (4) 濃硫酸能溶解多數(shù)有機物（尤其是芳香族化合物），因而增加了有機物與硝酸的混合程度，使硝化易于進行。 （ 5） 混酸對鑄鐵的腐蝕性小，因而可使用鑄鐵設備作反應器。 濃硝酸硝化法的缺點： （ 1）反應中生成的水使硝酸濃度降低，以致硝化反應速度 不斷下降或終止。 (2)硝酸濃度降低，不僅減緩硝化反應速度，而且使氧化反應顯著增加，有時會發(fā)生側鏈氧化反應 （ 3）硝酸濃度降低到一定濃度時，則無硝化能力。 傳統(tǒng)硝化法 傳統(tǒng)硝化法主要分三部分：反應部分、洗滌提純部分、廢酸提濃部分。 反應部分：將苯和混酸 (混酸的質(zhì)量組成為硫酸 56％、硝酸 25％、水 19％ )同時進入到釜式硝化反應器中進行硝化反應。硝化反應器一般為帶有強力攪拌的反應釜，內(nèi)部裝有冷卻蛇管，以導出反應熱，硝化溫度控制在 50℃ ～ 100℃。硝化反應器一般為串聯(lián)操作，物料在反應器中的停留時間約 為 15min，產(chǎn)率為 96％一 98． 5％ (一般都能達到 98％～ 98． 5％ )。反應完成后，反應產(chǎn)物連續(xù)由硝化反應器進入分離器，分為有機相和酸相，有機相即為粗硝基苯，去洗滌提純部分，而酸相即為釋稀后的硫酸 (組成大約為硫酸 67． 9％、水 31． 8％、有機物 0． 3％ )，去廢酸提濃部分。 洗滌提純部分：從分離器來的粗硝基苯先用堿水洗滌，任何帶入的硝酸、硫酸、一小部分硝基酚、二硝基酚等雜質(zhì)都被中和并溶解在堿水中，之后混和物進入分離器分為有機相和水相，有機相是已分離了酸性介質(zhì)但含有小部分苯的硝基苯，水相進入廢水罐中，分離后的 有機相再進行水洗，洗滌水來自于脫水塔頂?shù)南趸胶退墓卜形?。水洗后的硝基苯再去苯回收塔去分離回收苯，苯和水從苯回收塔項餾出進入回流罐，回流罐又分離出有機相苯和水相，分離出的苯循環(huán)回硝化過程，水相進入廢水罐。從苯回收塔底出來的即為干燥脫水的產(chǎn)品硝基苯。 廢酸提濃部分：廢酸提濃目前一般采用真空濃縮法，利用蒸汽加熱濃縮器中的廢酸至高溫，再真空閃蒸出大量的水分，經(jīng)過提濃后， 68％左右濃度的廢酸一般可提濃到 88％～ 93％。 7 絕熱硝化法 絕熱硝化是國外 70年代開發(fā)成功的硝化新技術，目前已建成年產(chǎn) 22萬 t硝基 苯的生產(chǎn)裝置。絕熱硝化也分三部分：反應部分、洗滌提純部分及廢酸提濃部分，其中的反應部分及廢酸提濃部分是作為一個整體來布置的。同傳統(tǒng)硝化方法相比絕熱硝化的洗滌提純部分和傳統(tǒng)硝化法基本上是相同的，主要差異在反應部分及廢酸提濃部分。 反應部分：苯是在大量混酸的存在下進入硝化反應釜中硝化的，在傳統(tǒng)硝化反應中，混酸：苯的重量比約為 3． 2： 1，而在絕熱硝化反應中，混酸：苯的重量比為 14． 2：1，酸的大量存在，使得硝化反應和釋稀時產(chǎn)生的大量熱被酸作為顯熱吸收，使得硝化溫度維持在 145℃ 以下，升溫后的廢酸還可利用這份 能量在真空硫酸蒸發(fā)器中提濃廢酸。絕熱硝化一般也為串聯(lián)操作，物料在反應器中的停留時間約為 12min，產(chǎn)率可達到 99％。粗硝基苯經(jīng)堿洗和水洗后，蒸出來反應的過量苯，得到硝基苯產(chǎn)品。 廢酸提濃部分：從硝化反應過來的廢酸溫度約為 130℃．濃度約 64％～ 65％。提濃是由真空提濃塔完成的，提濃所需的大部分能量是用從反應中帶來的包含在廢酸中的顯熱獲得的， (而不是像傳統(tǒng)硝化法的廢酸提濃所需的能量是由外部供給 )，提濃后的酸濃度在 68％～ 70％左右溫度降至 91℃ 以下，返回到配酸罐中配酸，之后再去硝化。 傳統(tǒng)硝化法 和絕熱硝化法的比較 從工藝上看，傳統(tǒng)硝化法與絕熱硝化法存在以下區(qū)別：混酸大量過量，增加了混酸中的水的含量，絕熱硝化取消了硝化反應器中的冷卻裝置，利用反應熱使物料逐漸升溫，在壓力下完成了硝化反應。 8 具體工藝條件比較如表 1 從上表可以看出，絕熱硝化法 的混酸量小，四鍋串聯(lián)，沒有冷卻裝置的。而且是帶壓操作的。 但是也有起始溫度高，副反應多。帶壓操作，對設備的耐壓性有高標準的要求。所以生產(chǎn)成本會很高，不經(jīng)濟。 而傳統(tǒng)的方法需要大量的冷卻水移去反應熱，反應溫度低，設備生產(chǎn)能力小。產(chǎn)品的收率低，副產(chǎn)物即二硝基 苯的生產(chǎn)量大。硝酸過量工藝導致硝酸的單耗大，后處理堿耗大，三廢污染也是很重要的問題。 絕熱硝化法應用于工業(yè)生產(chǎn)突破硝化反應必須在低溫條件下恒溫從做的傳統(tǒng)觀 9 念，反應速度快，生產(chǎn)能力達，節(jié)能低耗，可是說是一種比較好的方法。 所以我設計了傳統(tǒng)硝化法的改進方案， 為了提高生產(chǎn)能力，克服傳統(tǒng)硝化法的缺點，增加產(chǎn)品收率，減少副產(chǎn)物二硝基苯的生產(chǎn)量，將主硝化鍋的反應溫度放寬提高到 90136攝氏度。 溫度是影響反應速率的重要因素之一，由動力學方程式可知，反應速率取決于速率常數(shù) K和反應物濃度，溫度主要影響反應速率常數(shù) K值。提 高反應溫度可以是反應速度加快，生產(chǎn)能力變大。 溫度對產(chǎn)品中二硝基物的影響主要表現(xiàn)在溫度升高后使硝基苯轉(zhuǎn)化成 二硝基苯的活化能容易達到。生產(chǎn)中只要降低被比重硝酸的過剩量。采用高水低硝酸的新混酸，產(chǎn)品中的二硝基含量可以得到有效的控制。 傳統(tǒng)苯硝化混算的算的組成為： 324244 ~ 46%46 ~ 48%6 ~10%HNOH SOHO 改進的傳統(tǒng)硝化法混算配比為 32426%57%37%HNOH SOHO 由于產(chǎn)生 的廢酸部分返回硝化鍋稱之為廢酸套用，目的是為了控制硝化鍋的反應溫度，與此同時混算的濃度會發(fā)生變 化。廢酸中含硫酸 70%，水 29%及 1%的硝酸。廢酸套用利于反應溫度的控制。同時由于廢酸的引入，使得的混算中硝酸的濃度成倍的降低，硝酸解離出供硝化反應的離子濃度降低，苯反應后轉(zhuǎn)變?yōu)橄趸剑?二硝基苯的產(chǎn)量就少。 改進后的硝化反應速度會高于傳統(tǒng)硝化法，有利于速斷反應時間，提高生產(chǎn)能力。改進后的混 酸 組成基本與絕熱硝化 相似 ，含水量高，含硝酸低等的混酸。采