【正文】 /99 8. 23 mh?水 硝酸的體積流量為： 6%V = = 1. 6882 7 /1513 mh?硝 酸 硫酸的體積流量為： 57%V = = 603 /1830 mh?硫 酸 笨的體積流量為： 338 57 .0 57 06V = = 4. 38 80 /879 mh苯 那么重的體積流量為： 30 = 3 5 . 1 1 6 1 7Q V V V V m? ? ? ?水 硝 酸 苯硫 酸 設(shè)每個釜的停留時間為 ，則每個反應(yīng)釜的有效反應(yīng)體積為： 30 1 1 . 2 3 5 . 1 1 6 1 7 6 . 5 5 5rV Q m? ? ? ? ? ? 苯的 初始 濃度 為： 30 49 .4 0= = 7. 53 62 /6. 55 5C k m ol m苯 12 硝酸的初始濃度為： 30 42 .5 8= = 6 .4 95 8 /6. 55 5C k m ol m硝 酸 第一個釜的計算 根據(jù)文獻資料，設(shè)第一個釜的轉(zhuǎn)化率為 50%，反應(yīng)溫度為 90℃ 。 設(shè)定原料酸的配比為：硝酸 6%，硫酸 57%，水 37%。 10 第三章 物料衡算 準備計算 年產(chǎn) 4萬噸硝基苯。改進消化 不使用絕熱笑話特殊的材質(zhì)設(shè)備，且從傳統(tǒng)消化發(fā)展而來，技術(shù)成熟，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，易于上馬。采用這種組成的 混酸 反應(yīng)比較緩和，易于控制，生產(chǎn)安全。 改進后的硝化反應(yīng)速度會高于傳統(tǒng)硝化法，有利于速斷反應(yīng)時間，提高生產(chǎn)能力。廢酸套用利于反應(yīng)溫度的控制。 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(yīng)溫度，與此同時混算的濃度會發(fā)生變 化。生產(chǎn)中只要降低被比重硝酸的過剩量。提 高反應(yīng)溫度可以是反應(yīng)速度加快，生產(chǎn)能力變大。 所以我設(shè)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(yīng)溫度放寬提高到 90136攝氏度。硝酸過量工藝導(dǎo)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。 而傳統(tǒng)的方法需要大量的冷卻水移去反應(yīng)熱，反應(yīng)溫度低，設(shè)備生產(chǎn)能力小。帶壓操作，對設(shè)備的耐壓性有高標準的要求。而且是帶壓操作的。 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(yīng)器中的冷卻裝置，利用反應(yīng)熱使物料逐漸升溫，在壓力下完成了硝化反應(yīng)。 廢酸提濃部分：從硝化反應(yīng)過來的廢酸溫度約為 130℃．濃度約 64％～ 65％。絕熱硝化一般也為串聯(lián)操作，物料在反應(yīng)器中的停留時間約為 12min，產(chǎn)率可達到 99％。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(yīng)部分及廢酸提濃部分。 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(shù)，目前已建成年產(chǎn) 22萬 t硝基 苯的生產(chǎn)裝置。從苯回收塔底出來的即為干燥脫水的產(chǎn)品硝基苯。 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?。硝化反?yīng)器一般為串聯(lián)操作，物料在反應(yīng)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(yīng)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(yīng)器中進行硝化反應(yīng)。 (2)硝酸濃度降低，不僅減緩硝化反應(yīng)速度，而且使氧化反應(yīng)顯著增加，有時會發(fā)生側(cè)鏈氧化反應(yīng) （ 3）硝酸濃度降低到一定濃度時，則無硝化能力。 （ 5） 混酸對鑄鐵的腐蝕性小，因而可使用鑄鐵設(shè)備作反應(yīng)器。 6 （ 3） 硫酸比熱大，能吸收硝化反應(yīng)中放出的熱量，可以避免硝化的局部過熱現(xiàn)象使反應(yīng)溫度容易控制。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(yīng)。 它們二者都是采用的是連續(xù)式復(fù)式反應(yīng)器進行生產(chǎn)。這樣大的熱量若不及時移除，勢必會使反應(yīng)溫度上升，引起多硝化及氧化等副反應(yīng)，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。所以，必須要控制反 應(yīng)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(yīng)是強放熱反應(yīng)，它的反應(yīng)熱為 14210／ mol，在反應(yīng)的同時，混酸中的硫酸被反應(yīng)生成的水釋稀，還將產(chǎn)生釋稀熱 (約為反應(yīng)熱的 7％ ～ 10％ )。 硝基苯是重要的染料、醫(yī)藥中間體，主要用于生產(chǎn)苯胺。 5 第二章 工藝技術(shù)方案的選擇 概述 硝化系指有機化合物分子中的氫原子或基團為硝基所取代的反應(yīng)。結(jié)果表明， 4 此類固載化的催化劑表現(xiàn)出比單純離子液體更高的活性，苯的轉(zhuǎn) 化率為 49． 3％。大規(guī)模的生產(chǎn)并不適宜。 （ 2） 分子篩負載類催化劑催化綠色硝化 這種方法 以三氟甲基磺酸鑭系鹽作為強 Lewis酸催化 69％的硝酸硝化苯，得到75％ ～ 95％的產(chǎn)率。 這種方法明顯的不如固體 酸氣化酸化。 Lewis 酸催化的液相硝化 （ 1） 粘土負載類催化劑催化硝化 因為 質(zhì)子酸蒙脫土的催化活性不高，但與高價金屬離子進行離子交換后催化活性可以得到很好的 改善。 并且 用聚乙烯醇為模板制備比表面積為 200— 300m2/g 的中 孔 材料 WO3/ZrO2 超強酸， 使 用 70％的硝酸作硝化劑， 在溫度為 170℃ 、常壓的反應(yīng)條件下，產(chǎn)率 能達到 65％～ 80％，選擇性 可以達到 99％。 h)，硝基苯產(chǎn)率可達 90． 6％，且選擇性很高 ，優(yōu)點也很多。 （ 2） 雜多酸催化劑催化硝化 這種方法是 將 H2PW12040負載在 SiO 木質(zhì)活性炭及 r— AI2O3，作催化劑對苯氣相硝化，考察其對苯與硝酸氣相硝化反應(yīng)的催化活性及影響因素。 此類方法優(yōu)點多多，但是生產(chǎn)操作實現(xiàn)程度有待于考證。實驗發(fā)現(xiàn)，在苯與硝酸摩爾比為 2． 5， MCM41上硫酸負載量為 2O％，反應(yīng)溫度 150～ 160℃ ，空速 3279/h條件下，硝化產(chǎn)率大于 99％。 ZSM一 絲光沸石、 Y沸石和改性的 Y沸石作催化劑，可有效催化硝酸與苯氣相硝化反應(yīng)。 這種方法的優(yōu)點很多，但是對于催化劑的回收利用用很高的要求，而且催化劑的制取和購買成本都很高。這種方法 以改進型 MFI拓撲結(jié)構(gòu)的沸石分子篩、氫型 p沸石等為催化劑，選擇質(zhì)量分數(shù)為 65％的硝酸為硝化劑，進行了苯硝化反應(yīng)的研究。