Производство нитробензола

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1.Обоснование технологической схемы и аппаратурного оформления производства нитробензола

2.Описание технологического процесса

2.1. Исходное сырье и материалы

2.1.1.Бензол

2.1.2.Меланж кислотный

2.1.3.Кислота азотная концентрированная

2.1.4.Кислота серная техническая

2.1.5. Кислотная смесь

2.1.6. Аммиак водный

2.2. Свойства, характеристики и применения готового продукта

2.3.Описание стадий производства

2.3.1.Приготовление раствора аммиака

2.3.2.Приготовление кислотной смеси

2.3.3.Нитрование бензола

2.3.4.Разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты

2.3.5.Кислая промывка нитробензола

2.3.6.Аммиачная и водная промывка нитробензола

2.3.7.Исправление брака

2.3.8.Отстой и хранение нитробензола

2.3.9.Упаковка, маркирование, хранение и транспортировка

2.3.10.Порядок сбора и утилизации производственных отходов

3.Описание технологической схемы

4. Материальные расчеты

4.1 Материальный баланс

4.1.1. Исходное положение материального баланса

4.1.2.Материальный баланс на 1 т

4.1.3. Материальный баланс нитрования бензола

4.1.4.Материальный баланс приготовления кислотной смеси

4.1.5.Материальный баланс кислой промывки

4.1.6. Материальный баланс разбавления и экстракции отработанной кислоты

4.1.7Материальный баланс аммиачной промывки нитробензола

4.1.8Материальный баланс водной промывки

4.2 Материальный баланс на один час

5. Подбор и расчет оборудования

5.1. Расчет основного нитратора

5.2. Расчет аппарата промывки

5.3. Подбор смесителя

5.4. Подбор разбавителя

6. Охрана труда и защита окружающей среды

6.1 Анализ потенциально опасных и вредных производственных факторов

6.2 Требования к использованию средств защиты

6.3. Основные мероприятия по технике безопасности

6.4. Требования безопасности в аварийных ситуациях

6.5 Основные правила противопожарной безопасности

6.6 Оказания медицинской помощи при травмировании, отравлении и внезапном заболевании

Библиографический список

Введение

Из ароматических нитросоединений производные нитробензола выпускаются в промышленности в наибольшем масштабе. Объем производства нитробензола в мире составляет примерно 2 млн. т. в год.

Существует несколько способов получения нитробензола. Традиционным является способ, заключающийся в непрерывном изотермическом нитровании нитрующей смесью, содержащей примерно 45 % азотной кислоты, и температуре 60-70°С. Другим способом является парофазное нитрование бензола с применением эффективных катализаторов. Нитробензол используется как полупродукт в анилинокрасочной продукции, Фармацевтической, парфюмерной промышленности. Нитробензол используется во многих отраслях промышленности как растворитель. В нефтяной промышленности нитробензол используется как растворитель для очистки смазочных масел.

Небольшое количество нитробензола идет для приготовления хлоратных взрывчатых веществ, где он играет роль горючего и флегматизатора. Так же используется в качестве полировальных составов для металлов.

Нитробензол выпускают под марками А и Б.

Нитробензол марки Б получают методом нитрования бензола смесью концентрированной азотной кислоты с купоросным маслом в емкостном нитраторе.

Непрерывное изотермическое нитрование производят нитрующей смесью, содержащей примерно 45% азотной кислоты и температуре 60-70°С.

Замечено, что протеканию реакции окисления способствует наличие в нитрующей смеси окислов азота. Возможно, что образование кислородосодержащих соединений протекает с промежуточным нитрозированием углерода:

C6H6 +2NO2>C6H5NO+HNO3

C6H5NO+2NO>C6H5-N=N-ONO2

C6H5-N=N-ONO2+H2O>C6H5OH+HNO3+N2

C6H5OH+HNO3>C6H4(ON)NO2+ H2O

На протекание окислительных процессов в значительной мере влияет температура нитрования: повышение температуры ускоряет образование гидроксисоединений. Из последовательных реакций в основном протекает образование динитробензола. Наличие динитробензола в нитробензоле создает опасность взрыва.

Второй побочной реакцией является образование динитробензола:

C6H6+2HNO3>C6H4(NO2)2+2H2O

Для уменьшения образования динитробензола необходимо не превышать установленного фактора нитрующей активности, поддерживать концентрацию азотной кислоты в отработанной кислоте менее 1%, не хранить долго отработанную кислоту при температуре выше 30°С и не превышать температуру нитрования сверх установленного регламента. Получение нитробензола является экзотермичной реакцией. Кроме того, при нитровании выделяется вода, которая разбавляет серную кислоту. Интенсивное выделение тепла во многом определяет технологию процесса нитрования бензола и его невозможно проводить без обеспечения охлаждения реакционной смеси.

В связи с тем, что реакция идет на поверхности разделения фаз - необходимо интенсивное перемешивание. Температура реакции подбирается в зависимости от используемой нитрующей смеси. Безопасный интервал температуры должен быть не менее 10-20°С. При выборе нижней границы безопасного температурного интервала необходимо учитывать то, что вначале при быстром добавлении нитрующей смеси, возможно, быстрое закритическое повышение температуры. Поэтому скорость подачи нитрующего агента, вначале должна строго регламентироваться.

1. Обоснование технологической схемы и аппаратурного оформления производства нитробензола

В основу технологической схемы данного курсового проекта положен регламент производства нитробензола на ОАО «Промсинтез».

Процесс производства нитробензола является непрерывным и состоит из следующих стадий:

-приготовление кислотной смеси;

-нитрование бензола до нитробензола;

-кислая промывка нитробензола;

-аммиачная промывка нитробензола;

-водная промывка нитробензола.

Нитрование бензола в данном курсовом проекте предлагается непрерывно. Преимущество непрерывного способа нитрования по сравнению с периодическим способом:

-высокая производительность оборудования;

-малая затрата рабочей силы;

-доступность автоматизации;

-компактность установки;

-более низкая загрузка мастерской пожароопасными веществами.

На фазе нитрования бензол нитруется до нитробензола с дозировкой кислотной смеси и отработанной кислоты из буферного нитратора для поддержания необходимого модуля.

На фазе нитрования используется следующее оборудование:

-основной нитратор, где происходит нитрование 90% бензола;

-буферный нитратор, где происходит донитровывание бензола;

-разбавитель, где происходит разбавление части отработанной кислоты водой со стадии кислой промывки;

-сепаратор, где происходит разделение нитробензола и отработанной кислоты;

-отстойные колонные, обеспечивающие подготовку отработанной кислоты для регенерации.

Курсовым проектом предусмотрена промывка кислого нитробензола в три стадии и осуществляется в аппаратах совмещенного типа. На первой стадии промывку нитробензола ведут с целью удаления минеральных кислот. На второй стадии происходит нейтрализация остатков кислот аммиачным раствором и удаление динитрофенола. На третьей стадии промывки происходит окончательная промывка нитробензола водным конденсатом.

Процесс нитрования идет 50 минут, поэтому в производстве берется 2 аппарата (основной и буферный) для увеличения времени нитрования, так как времени пребывания нитромассы в одном аппарате недостаточно для полного нитрования.

В данном курсовом проекте используется основной аппарат, оставшийся от производства тротила, с целью меньших затрат на оборудование. Он является довольно скоростным и удобным для данного процесса производства нитробензола и представляет собой трубчатый аппарат с выносной зоной смешения. Мешалка также является насосом, в результате чего происходит циркуляция нитромассы по трубкам в камеру смешения. За счет того, что смешение происходит в выносной трубе, то более интенсивно происходит смешение компонентов. Использование в реакторе трубчатки позволяет увеличить площадь теплообмена, чего нельзя достигнуть в таких же аппаратах но змеевикового типа.

Буферный аппарат ставится для донитровывания и разделения нитромассы на продукт и отработанную кислоту, и для увеличения времени нитрования, для более полного использования азотной кислоты в процессе, чего нельзя добиться, проводя процесс лишь в одном реакторе.

Разбавитель представляет собой котел с мешалкой, так как здесь не происходит ярко выраженного процесса нитрования, а идет остаточный процесс донитровывания бензола азотной кислотой.

Центробежные сепараторы в процессе производства нитробензола были заменены на статические для снижения скорости движения потоков и большего времени пребывания в аппарате, т.е. для лучшей промывки. В сепараторе продукт идет через перегородки сепарируется, и отработанная кислота периодически выводится из сепаратора. Содержание кислоты мало, поэтому центробежный сепаратор не требуется, с данной работой справляется статистический сепаратор.

На стадии кислой промывки используются обычные аппараты с мешалкой, так как не требуется снимать тепло, а требуется большой объем аппарата для поддержания соотношения продукта и промывной воды. Затем стоит сепаратор для улавливания частиц нитробензола, так как основной аппарат промывки проводит не полную сепарацию. На последней стадии промывки также стоит статистический сепаратор. Он нужен для полного разделения воды и продукта.

Одна сепарационная и две отстоянные колонны установлены последовательно для того, чтобы выдержать время отстоя не менее 10 часов, и для того чтобы поддерживать постоянный уровень в первой и второй колоннах. Эти колонны закольцованы для поднятия уровня первой сепарационной колонне и перекачки от сепарировавшегося нитробензола. Первая сепарационная колонна работает на переливе, в верхней части находится экстрагированный бензол, и сколько пришло нитромассы, столько уходит бензола в объемном соотношении. В третьей колонне находится только отработанная кислота, которая идет на отгонку в цех регенерации отработанной кислоты.

Аварийные емкости находятся ниже уровня аппарата, под землей, для быстрого освобождения аппарата в аварийных ситуациях. Аварийные емкости делаются из кислотоустойчивых металлов, хромникеля.

2. Описание технологического процесса

2.1 Исходное сырье и материалы

На производстве нитробензола используется сырье, представленное в таблице 2 1.

Таблица 2.1 - Исходное сырье

Наименование сырья	Обозначение НТД	Сорт или марка
1.Бензол, каменноугольный Бензол, нефтяной	ГОСТ 8448-78 ГОСТ 9572-93	Для нитрации, высшей очистки, очищенный, высшего сорта
2.Серная кислота, техническая	ГОСТ 2184-77	Улучшенная, техническая, регенерированная, 1 сорта
3.Меланж кислотный Азотная кислота, концентрированная	ГОСТ1500-78 ГОСТ 701-98	Высший сорт, 1 сорт
4.Аммиак	ГОСТ 9-92	Марка «А»

2.1.1 Бензол

Эмпирическая формула С6Н6. Молекулярная масса 78,12.

Бензол - бесцветная легковоспламеняющаяся жидкость, температура плавления 5,530С, температура кипения 80,10С, температура вспышки минус 110С, плотность 0,879 г/см3 при температуре 200С, коэффициент преломления 1,5011 при температуре 200С,плотность пара по воздуху 2,77, поверхностное натяжение 28,87 Дж/м2.

Теплота образования 82,90 КДж/моль, теплота сгорания 3,3 МДж/моль, теплота плавления 9,85 КДж/моль, теплоемкость 1,63 Дж, теплопроводность 0,132 Вт, теплота испарения 30,77 КДж/моль.

Практически не растворяется в воде, хорошо растворяется в эфирах, углеводородах, хуже в метаноле, с водой образует азеотроп (температура кипения 69,80С ,91% бензола).

Удельное электрическое сопротивление более Ом*м, минимальная энергия зажигания 0,22 мДж, диэлектрическая проницаемость 2,27. нитробензол азотный кислота промывка

Бензол токсичен.

По физико-химическим показателям бензол каменноугольный должен удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ8448-78,указанным в таблице2.1.1

Таблица 2.1.1

Наименование показателя	Нома для марки
	Высшей очистки	Для синтеза	Для нитрации
		Высший сорт	1-ый сорт
Внешний вид	Прозрачная жидкость, не содержащая взвешенных и осевших на дно посторонних примесей, в том числе воды, не темнее цвета раствора 0,003г К2Cr2О7 в 1 дм3 воды
Плотность при 200С, г/см3	0,878-0,880	0,878-0,880	0,878-0,880	0,878-0,880
Пределы перегонки: 95% объема от начала кипения перегоняется в интервале температур, 0С, не более (включая тем-ру кипения чистого бензола 80,10С)	0,5	0,6	0,6	0,7
Температура кристаллизации, 0С, не ниже	5,4	5,3	5,3	5,2
Массовая доля примесей, %, не более Н-гептана Метил циклогексана + толуола	0,01	-	-	-
	0,05	-	-	-
Окраска серной кислоты, номер образцовой шкалы, не более	0,1	0,1	0,1	0,1
Бромное число, г/100см3 бензола, не более	-	-	-	0,06
Массовая доля тиофена, %, не более	0,00005	0,00007	0,0001	0,005
Массовая доля сероводорода меркаптанов	-	-	-	отсутствие
Испытания на медной пластине	-	выдерживает
Реакция водной вытяжки	нейтральная
Массовая доля общей серы, %, не более	0,00005	0,00010	0,00015	0,015

2.1.2 Меланж кислотный

Меланж кислотный - смесь азотной и серной кислот с плотностью 1560 кг/м3 .

Меланж обладает всеми свойствами концентрированной азотной кислоты, дымит на воздухе, выделяя оксиды азота, образующие с влагой воздуха туман.

Температура замерзания меланжа минус 410С.

Сильный окислитель, неограниченно растворяется в воде. Пары меланжа в 2,2 раза тяжелее воздуха.

По физико-химическим показателям меланж кислотный должен удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 1500-78,указанным в таблице2.1.2

Таблица 2.1.2

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший сорт	1 сорт
Массовая доля азотной кислоты, %, не менее	90	89,3
Массовая доля серной кислоты, %, не менее	7,5	7,5
Массовая доля оксидов азота (N2O3),%, не более	0,3	0,3

2.1.3 Кислота азотная концентрированная

Эмпирическая формула HNO3

Молекулярная масса 63,01.

Концентрированная азотная кислота представляет собой дымящуюся жидкость желтого цвета с сильным едким запахом. Она является сильным окислителем. Неограниченно растворяется в воде, выделяя при этом тепло.

Плотность 1,5 г/м3 .

Концентрированная азотная кислота при хранении разлагается.

4 HNO3 > 4 NO2 + 2H2O + O2

На свету и при нагревании процесс разложения ускоряется, образующиеся оксиды окрашивают кислоту в желтый цвет, с влагой воздуха оксиды образуют туман. Пары азотной кислоты в 2,2 раза тяжелее воздуха.

Многие органические вещества при взаимодействии с азотной кислотой разрушаются и воспламеняются. Скипидар, спирт, уксусный ангидрид, уксусная кислота, ацетон при смешении с азотной кислотой могут взрываться.

Сильная кислота действует на все металлы, кроме золота, платины, иридия и родия. Алюминий при действии кислоты образует на поверхности пленку в виде оксида алюминия, которая препятствует проникновению кислоты вглубь металла.

Применение титана и сплавов на его основе для изготовления оборудования, трубопроводов и запорной арматуры не рекомендуется, так как в определенных условиях (массовая доля азотной кислоты более 80% и оксидов азота 2,8-28%) возможно образование пирофорных соединений, способных взрываться при механическом воздействии (ударе, трении).

Температура замерзания азотной кислоты (100%) минус 41,70С, разбавленная кислота (58%) замерзает при температуре минус 200С. Самой низкой температурой замерзания минус 66,30 С обладает 90% кислота.

Теплота плавления 10,47 КДж/моль, теплота испарения 39,1 КДж/моль, теплота образования 174,1 КДж/моль, теплота растворения в воде 33,68 КДж/моль, теплоемкость (300к) 109,9 Дж (моль.к).

Температура кипения 860С ( с разложением),температура плавления минус 41,60С, вязкость 0,881 МПа.С при температуре 200С.

Сильнодействующее ядовитое вещество относится к 5 группе второй категории.

По физико-химическим показателям кислота азотная концентрированная должна удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 701-89,указанным в таблице2.1.3

Таблица 2.1.3

Наименование показателя	Норма для сорта
	Высший сорт	1 сорт
Массовая доля азотной кислоты, %, не менее	98,6	97,5
Массовая доля серной кислоты, %, не менее	0,05	0,06
Массовая доля оксидов азота (N2O3),%, не более	0,2	0,3

2.1.4 Кислота серная техническая

Эмпирическая формула H2SO4

Молекулярная масса 98,08

Серная кислота - тяжелая маслянистая жидкость, в чистом виде - бесцветная, техническая - окрашена в темный цвет.

Неограниченно растворяется в воде, выделяя при этом большое количество тепла, образует моно-, ди- и тетрагидраты, растворяет SO3 , образуя олеум. С водой образует азеотроп (температуре кипения 3300С, 98,3 % H2SO4 ).

Теплота плавления 9,9 КДж/моль, теплота образования 812,5 КДж/моль, теплота растворения 75,8 КДж/моль. Плотность пара по воздуху 3,4.

Серная кислота реагирует с металлами, оксидами металлов, гидратами оксидов металлов, образуя сернокислые соли, сильный окислитель.

С органическими веществами, такими как сахар, крахмал, дерево, вата, ткань, концентрированная серная кислота реагирует с обугливанием, отщепляя от них воду.

Серная кислота пожаро- и взрывоопасна, токсична.

По физико-химическим показателям серная кислота техническая должна удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 2184-77,указанным в таблице2.1.4

Таблица 2.1.4

Наименование показателя	Норма
	Улучшенная	Техническая	Регенерированная
		1 сорт
Массовая доля моногидрата (Н2SO4), %	92,5-94,0	Не менее 92,5	Не менее 91
Массовая доля железа (Fe),%, не более	0,006	0,02	0,2
Массовая доля остатка после прокаливания,%, не более	0,02	0,05	0,4
Массовая доля оксидов азота (N2O3),%, не более	0,00005	Не нормируется	0,01
Массовая доля нитросоединений, %, не более	Не нормируется	0,2
Массовая доля мышьяка (As),%, не более	0,00008	Не нормируется
Массовая доля хлористых соединений (Cl),%, не более	0,0001	Не нормируется
Массовая доля свинца (Pb),%, не более	0,001	Не нормируется
Прозрачность	Прозрачна без разбавления	Не нормируется
Цвет в см3 раствора сравнения, не более	1	6	Не нормируется

2.1.5 Кислотная смесь

Кислотная смесь представляет собой смесь серной и азотной кислот.

Плотность смеси 1,68 -1,71 г/м3 при температуре 200С.

Массовая доля азотной кислоты 44-48%

Массовая доля серной кислоты 47-50%

Фактор нитрующей активности 70-72%

Сильный окислитель. Неограниченно растворяется в воде.

Свойства кислотной смеси определяются свойствами серной и азотной кислот.

Кислотная смесь токсична.

2.1.6 Аммиак водный технический

Эмпирическая формула NH3·H2O

Молекулярная масса 35,6

Водный аммиак - негорючая и невзрывоопасная жидкость

Однако при дегазации пары аммиака способны создавать в помещении взрывоопасные концентрации.

Газообразный аммиак, выделяющийся из водного аммиака при нормальных условиях - газ с резким запахом, взрывоопасен, токсичен и горюч.

В зависимости от назначения водный аммиак выпускается двух марок:

-для различных отраслей промышленности

-для сельского хозяйства в качестве азотного удобрения.

Температура кипения минус 33,40С, температура плавления минус 77,70С, плотность 0,77кг/м3. 25%-ый раствор аммиака при нормальных условиях имеет плотность 0,981 г/см3.

По физико-химическим показателям аммиак водный технический должен удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 9-92,указанным в таблице2.1.6

Таблица 2.1.6

Наименование показателя	Норма для марок
	А	Б
1.Внешний вид 2.Массовая доля, %, не более 3.Массовая доля в пересчете на азот, %, не более 4. Массовая концентрация нелетучего остатка, г/дм3, не более 5. Массовая концентрация диоксида углерода, г/дм3, не более	Прозрачная бесцветная жидкость 25 Не нормируется 0,07 Не нормируется	Прозрачная бесцветная или желтоватая жидкость 25 20,5 Не нормируется 8

2.2 Свойства, характеристики и применения готового продукта

Эмпирическая формула С6H5NO2 .

Молекулярная масса 123,12 г/моль.

Прозрачная жидкость от светло-коричневого цвета с запахом горького миндаля.

Плотность 1,2082 г/см3 при температуре 15 °С. Температура плавления 5,7°С; температура кипения 210,9°С. Легко растворим в этаноле, эфире. Растворим в бензоле, трудно растворим в воде (0,19%). Горюч и токсичен.

Нитробензол широко применяется в производстве анилина, промежуточных продуктов для красителей и других органических синтезов.

По физико-химическим показателям нитробензол должен удовлетворять требованиям ТУ 2471-002-43908744-2005, представленным в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Физико-химические показатели нитробензола

Наименование показателя	Норма для марок
	А	Б
1.Внешний вид 2.Температура кристаллизации высушенного продукта, 0С, не менее 3.Массовая доля непронитрованных углеводородов (бензола), %, не более 4. Массовая доля 1,3 - динитробензола ,%, не более 5. Массовая доля динитрофенолов, %, не более 6. Массовая доля воды, %, не более 7. рН водной вытяжки	Прозрачная жидкость от светло-желтого до желтого цвета без посторонних примесей 5,3 0,2 0,1 0,01 0,3 6,5-8	Прозрачная жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета без посторонних примесей 5,1 0,4 0,2 0,015 0,3 6,5-8

Нитробензол представляет собой прозрачную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета с запахом горького миндаля.

Плотность 1,2082 г/см3 при температуре 15 0С, коэффициент преломления 1,5526 при температуре 20 0С.

Температура плавления 5,7 0С, температура кипения 210,9 0С.

Теплота образования 15,2 кДж/моль, теплота сгорания 3,1 КДж/моль, теплота плавления 12,1 КДж/моль, теплота испарения 48,9 КДж/моль, теплоемкость 1,42 Дж при температуре 300С.

Нитробензол легко растворим в этаноле, эфире, растворим в бензоле, трудно растворим в воде(0,19%),с водой образует азеотроп(температура кипения 98,6 0С 88% воды.

Нитробензол горюч и токсичен.

2.3 Описание стадий производства

Процесс получения нитробензола состоит из следующих стадий:

-приготовление раствора аммиака;

-приготовление кислотной смеси;

-нитрование бензола;

-разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола из отработанной кислоты;

-кислая промывка нитробензола;

-аммиачная и водная промывка нитробензола;

-исправление брака;

-упаковывание, маркирование, хранение и транспортирование нитробензола;

-регенерация отработанной кислоты;

-термическое обезвреживание маточника;

-сбор и утилизация сточных вод;

-утилизация газовых выбросов.

2.3.1 Приготовление раствора аммиака

Аммиачная вода, соответствующая требованиям ГОСТ 9-92, сливается в емкость у здания производства тротила и центробежными насосами перекачивается в емкость, установленную у здания производства нитробензола, и из этой емкости подается центробежным насосом через дозер на очистку в аппарат аммиачной промывки.

2.3.2 Приготовление кислотной смеси

Приготовление кислотной смеси проводят из меланжа, регенерированной серной кислоты, концентрацией не менее 91,0 %.

Серная и азотная кислоты поступают через дозеры в смесители кислот для приготовления кислотной смеси.

Смеситель снабжен рубашкой и змеевиком, в которые подается оборотная вода, для охлаждения кислотной смеси. Температура кислотной смеси в смесителе должна быть не более 40 0С. Из смесителя кислотная смесь поступает в хранилище.

В период приготовления кислотная смесь анализируется через каждые 2 часа. После наполнения хранилища кислотная смесь перемешивается в течение 4-х часов и анализируется в цеховой лаборатории.

Кислотная смесь должна иметь состав:

Массовая доля серной кислоты 47-50 %

Массовая доля азотной кислоты 44-48 %

Фактор нитрующей активности 70-72 %

Плотность 1,68-1,71 г/см3

При получении удовлетворительного анализа смесь перекачивается при помощи погружных насосов на стадию нитрования.

Нитрозные газы из аппаратов поступают в конденсатор, конденсат стекает самотеком в разбавитель, а нитрозные газы поступают на абсорбцию и каталитическое восстановление до N2.

2.3.3 Нитрование бензола

Нитрование бензола азотной кислотой в среде серной кислоты описывается уравнениями:

HNO3+H2SO4-H2O+NO2+NO2++HSO4-

C6H5H-+NO2+> C6H5NO2+H+

Кроме того в качестве побочных продуктов могут образовываться динитробензол:

C6H6+2HNO3>C6H4(NO2)2+2H2O

и нитрофенол:

С6H5H-+HONO2>C6H5OH+HNO2

C6H5OH+ HNO3>HO-C6H4-NO2+ H2O

Фенол нитруется значительно легче, чем бензол, поэтому наряду с нитрофенолами могут образовываться ди- и тринитрофенолы.

Нитрование проводят при температуре 50-60 0С и оптимальном факторе нитрующей активности 70%.

Реакция нитрования экзотермическая. Тепловой эффект реакции 123 КДЖ/моль или 1577 КДж/кг бензола.

Нитрование бензола проводят в каскаде из последовательно соединенных 2-х нитраторов, основного нитратора с трубчатой поверхностью теплообмена и выносной зоной смешения, и буферного нитратора со змеевиками, пропеллерной мешалкой, шнекподъемником и статическим сеператором.

Необходимое время пребывания реакционной массы на стадии нитрования не менее 50 минут.

В зону смешения основного нитратора дозируют бензол через дозер и кислотную смесь через дозер. Для обеспечения модуля не менее 2 подают отработанную кислоту из буферного нитратора через диафрагму.

При пуске в основной нитратор подается отработанная кислота из отстойных колонн, для заполнения нитраторов и разбавителя.

В нитраторах основном и буферном поддерживают температуру в пределах 50-60 0С, автоматически подачей оборотной воды в межтрубное пространство и змеевики.

Буферный нитратор может работать с подогревом.

В случае превышения содержания бензола в нитробензоле в четвертом сепараторе, нитробензол возвращается на донитрование в буферный нитратор.

Процесс нитрования ведут при разряжении 20-50Па, нитрозные газы поступают через конденсатор на абсорбцию.

Конденсат из конденсатора стекает в разбавитель.

Плотность нитробензола в основном нитраторе должна быть в пределах 1,170-1,175 г/см3, массовая доля азотной кислоты 1-4%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3.

В буферном нитраторе плотность нитробензола должна быть в пределах 1,180-1,2 г/см3, массовая доля азотной кислоты 0,5-2,5%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3.

При достижении в нитраторах температуры 60 0С происходит автоматическая отсечка дозирования компонентов, при 100 0С в реакторе происходит автоматический дистанционный или по месту аварийный сброс в пустую аварийную емкость.

Нитромассу из аварийной емкости перерабатывают через буферный нитратор.

Для заполнения нитраторов после ремонта используют отработанную кислоту из отстойных колонн.

Нитробензол из буферного нитратора поступает в сепаратор, отработанная кислота через узел рециркуляции частично в нитратор, для создания необходимого модуля, избыток кислоты поступает через сегмент в основной нитратор и разбавитель

2.3.4 Разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола из отработанной кислоты

В разбавитель поступает отработанная кислота со стадии нитрования, кислая вода со стадии кислой промывки. Для экстракции нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты в разбавитель подается бензол через дозер. Также через дозер подается серная регенерированная кислота с концентрацией не ниже 91,0% для поддержания плотности отработанной кислоты в пределах 1,58-1,62 г/см3.

Процесс протекает при непрерывном перемешивании, температуре не более 60 0С, массовая доля азотной кислоты в отработанной кислоте 0,1-0,5%, плотность бензола в разбавителе 0,880- 1,05 г/см3.

Разбавитель подсоединен к системе абсорбции, конденсат стекает в разбавитель.

Из разбавителя отработанная кислота вместе с экстрагированным бензолом поступает в буферную емкость, откуда при помощи погружного насоса перекачивается в сепарационную колонну.

Отсепарировавшийся экстрагированный бензол из сепарационной колонны самотеком через дозер поступает в основной нитратор на нитрование.

Отработанная кислота после экстракции и отстоя в сепарационной и отстойных колоннах перекачивается в цех регенерации кислот.

Перед перекачкой отработанная кислота анализируется и должна иметь следующий состав:

Массовая доля серной кислоты 64-70%

Массовая доля азотной кислоты 0,1-0,5%

Массовая доля нитробензола, не более 0,3%

Плотность 1,58-1,62 г/см3

2.3.5 Кислая промывка нитробензола

Из сепаратора нитробензол самотеком поступает в аппарат кислой промывки. Аппарат снабжен змеевиками, мешалкой, шнекподъемником и совмещен со статическим сепаратором.

В аппарат через дозер дозируют воду из сети или конденсат в таком количестве, чтобы плотность воды в аппарате была не более 1,1 г/см3 и плотность отработанной кислоты 1,58-1,62 г/см3.

Кислая вода через узел рециркуляции частично возвращается в котел аппарата для создания модуля не менее 2.

Температура в аппарате поддерживается не более 40 0С.

Из котла аппарата нитромасса поступает в статический сепаратор, где происходит разделение нитробензола и кислой воды. Нитробензол из сепаратора поступает в аппарат аммиачной промывки, а кислая вода поступает в разбавитель. Аппарат присоединен к системе абсорбции.

2.3.6 Аммиачная и водная промывка нитробензола

Нейтрализацию остатков кислот и динитрофенола в нитробензоле проводят раствором аммиачной воды с массовой долей не более 25% в совмещенном аппарате. Аммиачная вода перекачивается в емкость и при помощи центробежного насоса подается в аппарат аммиачной промывки.

Для нейтрализации также частично используется маточник из сепаратора при рН=7-8. Дозируется маточник при помощи открытия вентиля на линии возврата маточника в аппарат. В этом случае дозировка аммиака прекращается.

В аппарат аммиачной промывки поступает нитробензол из аппарата кислой промывки и промывная вода из аппарата водной промывки и сепаратора. Через дозатор в аппарат дозируют раствор аммиачной воды в таком количестве, чтобы обеспечить pH маточника в пределах 7-8.

В аппарате аммиачной промывки промывная вода должна иметь pH=7-8.

Все аппараты промывки подсоединены к системе абсорбции через конденсатор. Слив конденсата происходит в разбавитель.

Нитробензол после нейтрализации в аппарате поступает в статический сепаратор, где происходит разделение нитробензола и маточника.

Нитробензол поступает на промывку в два последовательно-соединенных аппарата совмещенного типа, со статическим сепаратором, соединенные по принципу противотока. Маточник из статического сепаратора аммиачной промывки поступает в сепаратор, где происходит дополнительное разделение нитробензола и маточника.

Нитробензол из сепаратора по мере накопления возвращается в аппарат аммиачной промывки, а маточник самотеком поступает в бак, откуда по мере накопления перекачивается при помощи центробежного насоса в емкости мастерской, для утилизации методом сжигания.

Перед перекачиванием маточника проверяется его плотность, которая должна быть не более 1,1 г/см3 и определяется pH среды, которая должна быть в пределах от 7 до 8.

Температура в аппарате аммиачной промывки должна поддерживаться в пределах не более 40 ? C, модуль не менее 2.

Промывку нитробензола проводят водой в двух промывных аппаратах совмещенного типа со статическими сепараторами, соединенныз по принципу противотока.

Нитробензол из аппарата аммиачной промывки поступает в аппарат водной промывки, сюда поступает вода из второго аппарата водной промывки.

Из первого аппарата водной промывки нитробензол поступает во второй аппарат водной промывки.

Во второй аппарат водной промывки через дозатор дозируется техническая вода или конденсат из емкости.

Температура в аппаратах водной промывки поддерживается в пределах не более 40? С, модуль не менее 2.

Вода в аппаратах водной промывки должна иметь нейтральную среду pH=7-8.

Нитробензол из второго промывного аппарата после разделения в статическом сепараторе поступает в сепаратор для дополнительного разделения от воды.

Сепаратор нитробензола снабжен рубашкой для подогрева. Температура в сепараторе нитробензола поддерживается не более 50?С.

Из сепаратора нитробензол самотеком поступает в промежуточные хранилища.

2.3.7 Исправление брака

Исправлению подлежит готовый нитробензол, имеющий отклонения от требований стандарта по следующим показателям:

--массовая доля бензола;

-- массовая доля нитрофенолов;

-- массовая доля воды

-- массовая доля динитробензола;

-- рН водной вытяжки;

-- цвет.

Переработку некондиционного нитробензола ведут по распоряжению технолога цеха, в котором указывается способ исправления и масса перерабатываемого продукта.

При отклонении от нормы не более, чем на 25% нитробензол исправляют путем подмешивания к кондиционному в хранилище готовой продукции.

При отклонении от нормы более, чем на 25% продукт перерабатывают.

При повышенном содержании бензола нитробензол из сепаратора подается самотеком в буферный нитратор.

При повышении массовой доли нитрофенолов или браку по рН водной вытяжки нитробензол из промежуточных хранилищ перекачивают центробежным насосом в аппарат аммиачной промывки

При повышенной массовой доле воды нитробензол дополнительно отстаивают в хранилище.

При повышенной массовой доле динитробензола нитробензол подмешивают к кондиционному в хранилище готовой продукции.

При повышении содержания рН водной вытяжки в нитробензоле, находящемся в хранилищах, его перекачивают в мастерскую в аппарат аммиачной промывки и далее по всей технологической цепочке для переработки.

2.3.8 Отстой и хранение нитробензола

Из этих хранилищ нитробензол перекачивается в хранилища № 1, 2.

Хранилища № 1,2 изолированы и снабжены змеевиками для подогрева в холодное время года и барбатером для подачи воздуха в хранилище.

Температуру нитробензола в хранилищах в зимний период времени поддерживают в пределах 40-50 ? С. Время отстоя нитробензола не менее 10 часов.

Нитробензол из хранилищ центробежным насосом, через фильтр, перекачивается в железнодорожную цистерну.

Отставшаяся вода в хранилище заливается в железную цистерну и выводится на сжигание или подается в хранилище №1. Из хранилища вода перекачивается в бак маточника и далее на сжигание.

При обнаружении течи в хранилище нитробензола, он перекачивается в аварийную емкость. Разливы нитробензола собираются в приемник с погружным насосом. Из приемника нитробензол перекачивается в резервное хранилище.

2.3.9 Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение

Упаковка - по ГОСТ 6732.3, нитробензол заливают в стальные вагоны-цистерны.

Расчет степени заполнения цистерны производится с учетом полного использования вместимости цистерн и объемного расширения продукта в пути следования, 95% максимальная степень наполнения.

Маркировка по ГОСТ 6732.4 с нанесением знака опасности по ГОСТ 19433.

На железнодорожные цистерны наносятся трафареты и надписи, предусмотренные правилами перевозок грузов и расширением МПС на перезагрузку груза наливом в цистернах.

Транспортирование по ГОСТ 6732.5. По - вагонно, мелкие отправки. В собственных или арендованных цистернах с верхним сливом или универсальным сливным прибором.

Нитробензол хранят в неотапливаемых складских помещениях в упаковке изготовителя или закрытых емкостях из стали. Допускается хранение под навесом. Недопустимо попадание прямых солнечных лучей.

2.3.10 Сбор и утилизация производственных отходов

Регенерация отработанной кислоты

Отработанная кислота после нитрации и разбавления поступает в сепарационную и отстоянную колонны.

Отстой кислоты в колоннах должен быть не менее 10 часов.

После отстоя отработанная кислота анализируется в цеховой лаборатории и при получении удовлетворительного анализа перекачивается в хранилища для отработанной кислоты производства тротила.

Отработанная кислота производства нитробензола должна иметь следующий состав:

Массовая доля серной кислоты 64-70%

Массовая доля азотной кислоты 0,1-0,5%

Нитробензол, не более 0,3%

Плотность отработанной серной кислоты 1,58-1,62 г/см3

Термическое обезвреживание маточника

Отработанный раствор аммиака и воды (маточник), полученный после очистки нитробензола, собираются в емкость.

Из этой емкости, после получения удовлетворительного анализа (плотность маточника должна быть не более 1,1 г/см3, рН=7-8), маточник перекачивается центробежным насосом на сжигание.

Маточник имеет следующий состав:

Плотный остаток 8-10%

в том числе:

Органические соединения 4-7%

Неорганические соединения 3-4%

Вода 90-92%

Допускается прием маточника производства нитробензола в хранилище с маточником производства тротила.

Выбросы в атмосферу после сжигания не должны превышать:

По массовой доле нитробензола не более - 0,00134 г/м3 или 1,341 мг/м3

По массовой доле диоксида азота не более - 0,155328 г/м3 или 155,328 мг/м3

По массовой доле диоксида серы не более - 0,0734 г/м3 или 73,4 мг/м3

В атмосферу жилого района содержание нитробензола и бензола должна быть:

Массовая нитробензола не более - 0,008 мг/м3

Массовая доля бензола не более -1,5 мг/м3

Сбор и утилизация сточных вод

Сточные воды, образующиеся при смыве полов, уборке проливов и из цеховой лаборатории собираются в емкость и перекачиваются вместе с маточником на термическое обезвреживание.

Утилизация газовых выбросов

Абсорбция окислов азота

Нитрозные газы из буферных нитраторов и отходящие газы из аппаратов промывки поступают в конденсатор и далее по газоходу в абсорбцию, конденсат поступает в нитраторы или разбавитель.

Нитрозные газы из аппаратов приготовления кислотной смеси поступают в конденсатор, конденсат стекает самотеком в разбавитель, а нитрозные газы поступают на абсорбцию.

Отходящие газы после абсорбции должны иметь следующий состав:

Массовая доля окислов азота не более - 4404,77 мг/м3

Массовая доля бензола не более - 440,434 мг/м3

Массовая доля нитробензола не более - 70,112 мг/м3

Массовая доля аммиака не более - 1300 мг/м3

Описание процесса каталитической очистки нитрозных газов абсорбции окислов азота

Установка каталитической очистки нитрозного газа предназначена для окончательной очистки выхлопных газов абсорбционной системы.

Нитрозные газы после каталитической очистки должны иметь следующий состав:

Массовая доля бензола не более- 220,2168 мг/м3

Массовая доля окислов азота не более- 220,2385 мг/м3

Массовая доля нитробензола не более- 35,056 мг/м3

Массовая доля аммиака не более- 5,0596 мг/м3

Метод каталитической очистки заключается в окислении бензола кислородом воздуха до СО2 и Н2О, нитробензола до СО2,NO2, Н2О и восстановления окислов азота аммиаком до азота при температуре 350-360 0С.

Нитрозные газы от производства нитробензола, содержащий бензол и нитробензол, газодувкой направляется в топку, куда поступает воздух от воздуходувки.

Нитрозные газы из топки поступают в камеру топки для смешения с топочными газами.

Температура топочных газов не более 600 0С, поэтому нитрозные газы при смешивании с топочными газами подогревается до температуры 350 0С.

Топочные газы получаются от сжигания природного газа в топке под давлением не более 0,4 кгс/см2 (4000 мм. рт. ст.) и с подачей воздуха под давлением не более 1000 мм. вод. ст. Подача воздуха в топку осуществляется воздуходувкой. В качестве основного топлива принимается природный газ. Далее нитрозные газы поступают в реактор, проходят через кольцевой слой катализатора, на котором происходит окисление бензола и нитробензола по реакции:

2С6Н6+15О2=12СО2+6Н2О

4С6Н5+NO2+29O2=24CO2+10H2O+4NO2

Аммиачная вода из хранилища центробежным насосом подается в подогреватель, где подогревается до 90-95 0С, аммиак испаряется и в газообразном состоянии подается в реактор.

В реакторе происходит восстановление окислов азота аммиаком по следующим реакциям:

4NH3+6NO=5N2+6H2O+1810 кДж

8NH3+6NO2=7N2+12H2O+2729кДж

4NH3+3O2=2N2+6H2O+1270кДж

В реактор загружается катализатор железохромовый. После реактора нитрозные газы по газоходу направляются в выхлопную трубу и выбрасываются в атмосферу.

3. Описание технологической схемы

Меланж и техническая серная кислота поступают через дозеры (Дз 1, Дз 2)в смеситель кислот (См) для приготовления кислотной смеси. Из смесителя кислотная смесь поступает в хранилище (Хр 1, Хр 2).

В зону смешения основного нитратора (Нт) дозируют бензол из хранилища бензола через дозер (Дз 4) и кислотную смесь из хранилища с помощью центробежных насосов (Нв 1) через через дозер (Дз 3). Также подают отработанную кислоту из буферного нитратора (Нб) через узел рециркуляции (УР) для поддержания необходимого модуля 2. Далее технический нитробензол поступает в буферный нитратор (Нб), где он окончательно нитруется. В нитраторах поддерживают температуру в пределах 60°С.

Нитробензол их буферного нитратора (Нб2) поступает в сепаратор ( Сп1), а часть отработанной кислоты поступает в разбавитель (Рб), куда поступает кислая вода из аппарата кислой промывки ( Ап1) и через дозер (Дз8) бензол для экстракции нитробензола, также туда поступает регенерированная серная кислота для поддержания концентрации в пределах 70 %. Разбавление ведут при температуре не более 60°С.

Из разбавителя (Рб) отработанную кислоту через бак (Б) с погружным насосом (Нп2) откачивают в сепарационную колонну (Ск), обеспечивающую подготовку отработанной кислоты для регенерации.

Отсепарировавшийся в сепарационной колонне (Ск) экстрагированный бензол по мере накопления самотеком через дозер (Дз4) поступает в основной нитратор.

Кислый нитробензол из сепаратора (Сп1) самотеком поступает в аппарат кислой промывки (Ап1), куда дозируют конденсат через дозатор (Дз6) из сети. Кислая вода через узел рециркуляции частично возвращается в котел аппарата.

Нитробензол поступает на аммиачную промывку в аппарат аммиачной промывки (Ап2) через дозатор (Дз5) в аппарат (Ап2) дозируют раствор аммиака из бака аммиака с помощью центробежного насоса. В аппарате промывная вода должна иметь щелочную среду, т.е. рН=7-8. Все аппараты промывки подсоединены к системе абсорбции через конденсатор (КЗ). Маточник после дополнительной сепарации в сепараторе (Сп2) поступает в бак (БМ), откуда центробежным насосом (Нц3) его откачивают на сжигание. Слив конденсата происходит в разбавитель (Рб). Нитробензол после нейтрализации в аппарате (Ап2) поступает на водную промывку в аппарат водной промывки (Ап3). Промывная вода из аппарата (Ап3) поступает на аммиачную промывку, а нитробензол из аппарата (Ап3) поступает в второй промывной аппарат (Ап4), куда подается через дозатор (Дз7) конденсат. Затем нитробензол из аппарата (Ап4) поступает в сепаратор (Сп3) откуда самотеком поступает в одно из двух хранилищ (Хр НБ).

4. Материальные расчеты

4.1 Материальный баланс

4.1.1 Исходные данные материального баланса

Состав сырья:

Меланж кислотный:

-моногидрат азотной кислоты 89.3%

-моногидрат серной кислоты 7,5%

-оксиды азота 0.3%

Серная кислота техническая:

-моногидрат серной кислоты 92.5%

-вода 7.5%

Раствор аммиака:

-аммиак25%

-вода 75%

По производственным данным принимаем:

-бензола поступает 643 кг

При расчете баланса приняты допущения:

-товарный нитробензол не содержит примесей

-в отработанной кислоте содержится 2 кг нитробензола

-потери нитробензола на стадиях промывки равны 0

-побочные реакции при нитровании протекают по механизму

образования динитрофенола в основном нитраторе

-в кислом нитробензоле остается моногидрата азотной кислоты 4,5 кг

-вентиляционные потери составляют 1%

-избыток азотной кислоты 3%

-в вентиляцию улетучивается окислов азота 50%

-раскисляется азотной кислоты 5,32кг

-после сепарации остается в промывном нитробензоле воды 1,16 кг

4.1.2 Материальный баланс на 1 т

Всего образуется нитробензола

1000 + 2 = 1002 кг

Для получения 1002 кг нитробензола нужно бензола:

1002 - X

123 - 78 X=1002*78/123=635.4 кг

Таблица 4.1 - Материальный баланс по нитробензолу

Приход	Расход
Статьи прихода	Масса,кг	Статьи расхода	Масса,кг
Нитробензол	1002	Товарный нитробензол В отработанной кислоте	1000 2
Итого	1002	Итого	1002

По данным производства на нитрование приходит 643 кг бензола:

Вентиляционные потери бензола на нитровании 1 %:

643*0.01 = 6.43 кг

Оставшийся бензол идет на образование динитрофенола:

643 - 635.4 - 6.43 = 1,17кг

Таблица 4.2 - Материальный баланс по бензолу

Приход	Расход
Статьи прихода	Масса,кг	Статьи расхода	Масса,кг
1.Бензол	643	1.На получение 1002 кг нитробензола 2.Улетучивается 3.На образование ДНФ	635.4 6.43 1.17
Итого	643	Итого	643

Из 1.17 кг бензола образуется динитрофенола:

78 - 184

1.17 - Х Х=1.17*184/78=2.76 кг

На стадии кислой промывки удаляется 0.2 кг динитрофенола в 100 кг воды.

На промывку приходит 50 кг воды, следовательно удаляется 0.1 кг динитрофенола. Тогда на стадии аммиачной промывки должно удалиться динитрофенола :

2.76-0.1=2.66 кг

Таблица 4.3 - Материальный баланс по динитрофенолу

Приход	Расход
Статьи прихода	Масса,кг	Статьи расхода	Масса,кг
1.ДНФ,образующийся на стадии нитрования	2.76	1.На аммиачной промывке 2.На кислой промывке	2.66 0.1
Итого	2.76	Итого	2.76

4.1.3 Материальный баланс нитрования бензола

Для нитрования 635.4 кг бензола потребуется азотной кислоты:

78 - 63

635.4 - X X=635.4*63/78=513.21 кг

При этом образуется воды:

78 - 18

635.4 - Х X =635.4*18/78=146.63 кг

Для образования динитрофенола потребуется моногидрата азотной кислоты:

184 - 3*63

2,76 - X X=3*63*2,76/184=2,84 кг

При этом образуется:

-воды

184 - 18*2.5

2.76 - X X=2.76*18*2.5/184=0.68 кг

-оксидов азота

184-76*0.5; 2.76-X X=2.76*76*0.5/184=0.57кг

Всего расходуется моногидрата азотной кислоты:

513.21 + 2,84 = 516.05 кг

Образуется всего воды:

146.63 + 0.68 = 147.31 кг

Необходимо моногидрата азотной кислоты по теории:

78 - 63; 643 - X X=643*63/78=519.35 кг

С учетом 3 % избытка:

519.35*1.03=534.93 кг

Свободного моногидрата азотной кислоты:

534.93 - 516.05 = 18.88 кг

Остается в кислом нитробензоле 4,5 кг моногидрата азотной кислоты.

Раскисляется 5.32 кг :

При этом образуется:

- окислов азота 5.32*76/126=3.21 кг

- воды 5.32*18/126=0.76 кг

- кислорода 5.32*32/126=1.35 кг

Окислов азота:

-в вентиляцию улетучивается 50 % : 3.21*0.5=1.605 кг

- остается в отработанной кислоте: 3.21-1.605=1.605 кг

Всего образуется воды: 147.31 + 0.76 = 148.07 кг

Потери моногидрата азотной кислоты:

18.88-4.5-5.32=9.06 кг

Из них 2 кг остаются в отработанной кислоте. Тогда потери в вентиляцию составляют:

9.06-2=7.06 кг

Азотной кислоты в виде меланжа поступает:

534.93/0.893=599.03 кг,

С меланжем поступает:

-моногидрата серной кислоты 599.03*0.075=44.93 кг

-оксидов азота 599.03*0.003=1.8 кг;

-воды 599.03*0.029=17.37 кг.

Всего улетучивается оксидов азота: 1.8+1.605=3.405 кг

Таблица 4.4-Материальный баланс по моногидрату азотной кислоты

Приход	Расход
Статьи прихода	Масса,кг	Статьи расхода	Масса,кг
1.Моногидрат азотной кислоты	534.93	1.На нитрование 2.На образование динитрофенола 3.В вентиляцию 4.В отработанной кислоте 5.С кислым нитробензолом 6.Раскисляется	513.21 2.84 7.06 2 4.5 5.32
Итого	534.93	Итого	534.93

На циркуляцию требуется отработанной кислоты:

2=VOK / VНБ =(mOK * 1.2 ) / 1007.86 * 1.61 , mOK = 2704.42 кг

В таблице 4.5 приведен материальный баланс стадии нитрования бензола.

Таблица 4.5 - Материальный баланс нитрования бензола

Приход	Масса кг	Расход	Масса кг
1Кислотная смесь 1.1Азотная кислота 1.2Серная кислота 1.3Оксиды азота 1.4 Вода 2 Бензол 3Отработанная кислота на циркуляцию	1074.16 534.93 484.43 1.8 53 643 2704.42	1Нитробензол кислый 1.1Нитробензол 1.2Серная кислота 1.3Азотная кислота 1.4Динитрофенол 2Отработанная кислота на разбавление 2.1Серная кислота 2.2 Нитробензол 2.3 Вода 2.4Азотная кислота 2.5Оксиды азота 3Газы на абсорбцию 3.1 Пары HNO3 3.2 Оксиды азота 3.3 Бензол 3.4 Кислород 4Отработанная кислота на циркуляцию	1007.86 1000 0.6 4.5 2.76 691.08 483.83 2 201.07 2 2.18 18.24 7.06 3.41 6.43 1.35 2704.42
Итого:	4421.58	Итого:	4421.58

Состав отработанной кислоты массовые доли %

Серная кислота 483.83 70.01

Нитробензол 2 0.29

Вода 201.07 29.09

Азотная кислота 2 0.29

Оксиды азота 2.18 0.32

Всего 691.08 100

4.1.4 Материальный баланс приготовления кислотной смеси

По производственным данным кислотная смесь представляет собой смесь азотной и серной кислот:

Моногидрат азотной кислоты 48.9-52%;

Моногидрат серной кислоты 44.6-45.7%.

Принимаем моногидрата азотной кислоты 49.8%

Количество кислотной смеси:

534.93/0.498=1074.16 кг

Азотной кислоты в виде меланжа поступает:

534.93/0.893=599.03 кг,

С меланжем поступает:

-моногидрата серной кислоты 599.03*0.075=44.93 кг

-оксидов азота 599.03*0.003=1.8 кг;

-воды 599.03*0.029=17.37 кг.

Поступает технической серной кислоты 1074.16-599.03=475.13 кг,

В ней содержится:

-моногидрата серной кислоты 475.13*0.925=439.5 кг;

-воды 475.13*0.075=35.63 кг;

Всего серного компонента в кислотной смеси:439.5+44.93=484.43 кг

воды: 17.37+35.63=53 кг.

Состав кислотной смеси массовые доли %

Моногидрат серной кислоты 484.43 45.1

Моногидрат азотной кислоты 534.93 49.8

Оксиды азота 1.8 0.17

Вода 53 4.93

Всего 1074.16 100

Фактор нитрующей активности

Ф==70%

Таблица 4.6 - Материальный баланс приготовления кислотной смеси

Приход	Масса,кг	Расход	Масса,кг
1Меланж 1.1Азотная кислота 1.2Серная кислота 1.3Оксиды азота 1.4Вода 2Кислота серная техн. 2.1Серная кислота 2.1 Вода	599.03 534.93 44.93 1.8 17.37 475.13 439.5 35.63	1Кислотная смесь 1.1Азотная кислота 1.2Серная кислота 1.3Оксиды азота 1.4 Вода	1074.16 534.93 484.43 1.8 53
Итого	1074.16	Итого	1074.16

4.1.5 Материальный баланс кислой промывки

На кислую промывку приходит кислого нитробензола - 1007.86 кг.

На кислой промывке удаляется динитрофенола в 100 кг воды - 0.2 кг, на промывку приходит 50 кг воды, следовательно удаляется 0.1 кг динитрофенола. При дозировании 50 кг воды с ней уходят моногидрат серной кислоты и 30 % моногидрата азотной кислоты (4.5*0.3=1.35 кг):

Для поддержания модуля 2 в аппарат на циркуляцию необходимо воды:

2 = 1.2 * Х / 1007.86 * 1 Х = 1679.77 кг

Всего осталось нитробензола:

1007.86 - 0.1 - 0.6 - 1.35 = 1005.81кг

На стадии кислой промывки с кислой водой уходит 30% азотной кислоты:

4.5*0.3=1.5 кг

Таблица 4.7 - Материальный баланс кислой промывки бензола

Приход	Масса кг	Расход	Масса кг
1Нитробензол кислый 1.1Нитробензол 1.2Серная кислота 1.3Азотная кислота 1.4Динитрофенол 2 Вода из сети 3Вода на циркуляцию	1007.86 1000 0.6 4.5 2.76 50 1679.77	1Нитробензол промывной 1.1Нитробензол 1.2Динитрофенол 1.3Азотная кислота 2Кислая вода 2.1 Вода 2.2Серная кислота 2.3Азотная кислота 2.4Динитрофенол 3Вода на циркуляцию	1005.81 1000 2.76 3.15 52.05 50 0.6 1.35 0.1 1679.77
Итого:	2737.63	Итого:	2737.63

4.1.6 Материальный баланс разбавления и экстракции отработанной кислоты

Отработанную кислоту разбавляют кислой водой с кислотностью по серной кислоте 1.2 %. Для проведения процесса экстракции нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты в разбавитель подается бензол. Дозировка бензола устанавливается в объеме 50 % от всего расхода бензола на нитрование, то есть 321.5 кг. Кроме того в разбавитель для поддержания плотности отработанной кислоты в пределах 1.58-1.62 г/мл подается серная регенерированная кислота с концентрацией не ниже 91 %.