Производство нитробензола

15

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический

Университет

Кафедра Общей Химической Технологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу: Технология химических производств

на тему:

Производство нитробензола

Казань 2010

Содержание

Задание

1. Теоретическая часть

Технологическая схема производства нитробензола

2. Практическая часть

Материальный баланс процесса.

Технологические и технико-экономические показатели процесса

3. Реклама

Список литературы

Задание:

1. Составить и описать технологическую схему производства нитробензола

2. Составить материальный баланс процесса

3. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели

4. Реклама

В основу расчета принять следующие реакции

C₆H₆+HNO₃>C₆H₅NO₂+H₂O

C₆H₅NO₂+HNO₃>C₆H₄(NO₂)₂+H₂O

Исходные данные:

Производительность установки ,т/сут: 1. по нитробензолу 2. по динитробензолу	25 10
Конверсия бензола % Концентрация бензола % масс	44 99.2
Состав нитрующей смеси % масс 1. азотная кислота 2. серная кислота 3. вода	21 58.6 20.4
Массовое соотношение бензол-нитрирующая смесь	1 : 4.3
Потери бензола % масс	3

1. Теоретическая часть

Технологическая схема производства нитробензола

Нитробензол (темп, пл, +5,7°, темп. кип. 210,9°) представляет собой нерастворимую в воде желтоватую жидкость с запахом горького миндаля; ядовит, как все нитросоединения.

Впервые нитрование бензола было осуществлено Митчерлихом. В промышленности оно было начато в 1847 г.

Нитрующую смесь для нитрования бензола до нитробензола составляли с таким расчетом, чтобы количество азотной кислоты лишь немного превышало теоретическое, а серную кислоту берут в таком количестве чтобы к концу процесса нитрования в отработанной кислоте содержалось около 70%

Нитрование проводится при 40°. Повышение температуры способствует образованию динитробензола.

Процесс нитрования можно проводить по периодической, и по непрерывной схеме.

При периодической процесс начинают с наполнения нитратора бензолом затем включают печку, подогревают бензол до 40 -- 45° и постепенно вводят нитрующую смесь, регулируя поступление и охлаждение нитратора водой таким образом, чтобы поддерживать температуру процесса около 40°.

Закончив приливание нитрующей смеси, прекращают охлаждение и дают температуре подняться до 50°. При низкой температуре содержимое нитратора «выдерживают» около 1 часа, втечение этого времени реакция нитрования почти полностью заканчивается; остается всего около 1% непрореагировавшего бензола. После выдержки содержимое нитратора сливают или передавливают в сифонную трубку в отстойник-сепаратор, представляющий собой цилиндрический аппарат с коническим дном и мешалкой. В отстойнике продукты нитрования разделяются на два слоя: верхний -- нитрообензольный и нижний -- кислотный. Из отстойника отработанная кислота, содержащая 70--72% H₂SO₄, небольшое количество окисленных продуктов, окислов азота и растворенного и эмульгированного бензола, поступает в сборник. Сырой нитробензол промывают в отстойнике несколько раз холодной водой, а затем раствором соды.

Начиная с 30-х годов XX века, нитробензол на крупных установках стали получать непрерывным методом. В процессах непрерывного нитрирования бензола применяются нитраторы различных систем. Простотой, надежностью конструкции отличается нитратор с вертикальной циркуляцией реакционной массы (рисунок 2).

Такой нитратор представляет собой чугунный, или выполненный кислотоупорной стали котел с змеевиками и быстроходной пропеллерной мешалкой, помещенной внутри направляющего вертикального стального цилиндра. Бензол и нитрующая смесь непрерывно поступают через трубки в центральную часть нитратора смешиваются с его содержимым, скользят .снизу вверх, омывая змеевики, а затем сверху вниз через направляющий цилиндр. Избыток реакционной смеси непрерывно отводится из штуцера в верхней части нитратора.

Рисунок 1. Типовая схема процесса получения нитросоединений

Нитрирующая смесь

отработанная Кислый

кислота нитропродукт

Исходное Промытая

вещество и отработ.

нитропродукт кислота

На денитрацию

и концентрирование

вода

раствор

Nа₂СО₃ Промывные воды

Рисунок 2. Нитратор непрерывного действия.

Для доведения реакции нитробензола до конца выходящую из нитратора реакционную смесь будут дополнительно выдерживать в цилиндрическом резервуаре с мешалкой (дозреватель). Остальные процессы отстаивание и промывка сырого нитробензола -- также легко осуществляются по непрерывкой схеме.

2. Практическая часть

Материальный баланс процесса

	ПРИХОД	РАСХОД
	Кг/ч	Кмоль/ч	Кг/ч	Кмоль/ч
С6Н6 HNО3 Н2SO4 Н2О(пр) С6Н5NО2 С6Н4(NО2)2 Н2О(1) Н2О(2) Примесь бензола	1547.94 1397.79 3900.5 1357.85 - - - - 12.48	19.85 22.19 39.78 75.42 - - - - -	840.84+46.44потери 708.12 3900.5 1357.85 736.63 416.67 152.46 44.64 12.48	10.78+0.6потери 11.24 39.78 75.42 5.99 2.48 8.47 2.48
	У = 8216.56	У = 8216.63

Mr(C₆H₆)=12*6+6=78 кг/кмоль

Mr(HNО₃)=1+14+16*3=63 кг/кмоль

Mr(Н₂SO₄)=32.06+2+16*4=98.06 кг/кмоль

Mr(С₆Н₅NО₂)=12*6+5+14+16*2=123 кг/кмоль

Mr(С₆Н₄(NО₂)₂)=12*6+4+14*2+16*4=168 кг/кмоль

Mr(Н₂О)=18 кг/кмоль

1. Производительность установки по нитробензолу:

m_всего(С₆Н₅NО₂) = 25т/сут = 25 * 1000/24 = 1041.67 кг/ч

w_всего(С₆Н₅NО₂) = 1041.67/123 = 8.47 кмоль/ч

2. Количество прореагировавшего бензола, исходя из уравнения реакции:

w_прор(C₆H₆) = w(С₆Н₅NО₂) = 8.47 кмоль/ч

m_прор(C₆H₆) = 8.47 * 78 = 660.66 кг/ч

3. Учитывая конверсию, всего чистого бензола было:

660.66 - 44 %

х - 100 %

х = m_чист(C₆H₆) = 660.66 * 100/44 = 1501.5 кг/ч

4. Учитывая потери 3% масс, всего чистого бензола вступило в реакцию:

1501.5 - 97 %

х - 100 %

х = m_{чист всего}(C₆H₆) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг

w_{чист всего}(C₆H₆) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль/ч

m_потерь(C₆H₆) = 1547.94 - 1501.5 = 46.44 кг

w_потерь(C₆H₆) = 46.44/78 = 0.6 кмоь/ч

5. Учитывая концентрацию бензола 99.2 % масс, технического бензола, вступившего в реакцию:

1547.94 - 99.2 %

х - 100%

х = m_тех(C₆H₆) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг

m_{примеси}(C₆H₆) = 1560.42 - 1547.94 = 12.48 кг/ч

6. Массовое соотношение бензол - нитрирующая смесь 1: 4,3

на 1 кг бензола берется 43 кг нитрирующей смеси, масса нитрирующей смеси:

m_смесь = m_{чист всего}(C₆H₆) * 4.3 = 1547.94 * 4.3 = 6656.14 кг

7. Состав нитрирующей смеси:

Ш азотная кислота:

6656/14 - 100 %

х - 21 %

х = m(HNО₃) = 6656.14 * 21/100 = 1397.79 кг

w(HNО₃) = 1397.79/63 = 22.19 кмоль/ч

Ш серная кислота

m(Н₂SO₄) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5 кг/ч

w(Н₂SO₄) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль/ч

Ш вода

m(Н₂О) = 6656.14 * 20.4/100 = 1357.85 кг/ч

w(Н₂О) = 1357.85/18 = 75.42 кмоль/ч

8. Количество воды из первой реакции:

w(Н₂О)(1) = w(С₆Н₅NО₂) =8.47 кмоль/ч

m(Н₂О)(1) = 8.47 * 18 = 152,46 кг/ч

9. Не прореагировавшего бензола:

m_непр = m_чист(C₆H₆) - m_прор(C₆H₆) = 840.84 кг/ч

w_непр(C₆H₆) = 840.84/78 10.78 кмоль/ч

10. Производительность по динитробензолу:

10т/сут = 10 * 1000/24 = 416.67 кг/ч

w(С₆Н₄(NО₂)₂) = 416.67/168 = 2.48 кмоль/ч

11. Количество нитробензола пошедшего на реакцию:

m_всего(С₆Н₅NО₂) = w(С₆Н₄(NО₂)₂) = 2.48 кмоль/ч

m_прор(С₆Н₅NО₂) = 2.48 * 123 = 305.04 кг

12. Количество оставшегося нитробензола:

m_всего(С₆Н₅NО₂) - m_прор(С₆Н₅NО₂) = 1041.67 - 305.04 = 736.63 кг

w_ост(С₆Н₅NО₂) 736.63/123 = 5.99 кмоль/ч

13. Количество HNО₃ прошедшего на обе реакции:

w_о(HNО₃) = w₁(HNО₃) + w₂(HNО₃)

w₁(HNО₃) = w_вс(С₆Н₅NО₂) = 8.47 кмоль/ч

w₂(HNО₃) = w(С₆Н₄(NО₂)₂) = 2.48 кмоь/ч

w_о(HNО₃) = 10.95 кмоль/ч

не прореагировавший

w_ост(HNО₃) = w_ост(HNО₃) - w_о(HNО₃) = 22.19 - 10.95 = 11.24 кмоль/ч

m_ост(HNО₃) = 11.24 * 65 = 708.12 кг/ч

14. Масса и количество воды, полученной во второй реакции:

w(Н₂О)(2) = w(С₆Н₄(NО₂)₂) = 2.48 кмоль/ч

m(Н₂О)(2) = 2.48 *18 = 44.64 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса

1. Пропускная способность установки: 8216,56 кг/ч

2. Конверсия или степень превращения бензола =

=M(C₆H₆) подано - M(C₆H₆) непрореагировало / M(C₆H₆) подано = 1547.94-(840.84+46.44) * 1547ю94 = 0.49 %

3. Теоретические расходные коэффициенты:

по С₆Н₆:

^т_С6Н6 = Mr(C₆H₆) / Mr(C₆Н₅NO₂) = 78 / 123 = 0,63 кг/кг;

по НNО₃:

^т _НNО3: = Mr(НNО₃) / Mr(C₆Н₅NO₂) = 63/ 123 = 0,51 кг/кг.

4. Фактические расходные коэффициенты:

по С₆Н₆:

^ф_С6Н6 = m(C₆H₆)_техн / m(C₆Н₅NO₂) = 1547.94+12.48 / 736.63 = 2.12 кг/кг;

^ф _НNО3 = m(НNО₃)_техн / m(C₆Н₅NO₂) =1397.79+3900.5+1357.85 / 736.63 = 9.03 кг/кг.

Выход на поданное сырье C₆Н₅NO₂ :

1) Фактический выход:

Q_Ф = m(C₆Н₅NO₂) = 736.63 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(С₆Н₆) Mr(C₆Н₅NO₂), 78 123,

m(С₆Н₆) Q_Т; 1547.94 Q_Т ;

Q_Т = (1547.94 * 123) / 78 = 2440.98 кг;

Выход C₆Н₅NO₂ по бензолу:

_С6Н6 = Q_Ф / Q_Т * 100% = 736.63 / 2440.98 * 100% = 30.18%

5. Выход на превращенное сырье:

Mr(С₆Н₆) Mr(C₆Н₅NO₂), 78 123,

m(С₆Н₆) Q_Т; 660.66 Q_Т ;

Q_т' = 660.66 * 123/78 = 1041.81 кг

в' _C6Н6 = Q_Ф / Q_Т * 100 % = 736.63/1041.81 *100% = 70.71 %

3. Реклама

15

Оптовая фирма химического сырья предлагает организацию оптовых поставок нитробензола в качестве сырья для производства анилина и селективного растворителя при очистке нефтяных смазочных масел.

Крупным химическим предприятиям

специальные скидки!!!

Заказывая нитробензол у нас вы экономите на стоимости сырья и снижаете себестоимость своей продукции!!!

Обращаться по адресу: г. Казань

ул. Магистральная 76. ООО «Нитробензолхим»

тел. 256-67-89.

Список литературы:

1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия», 1975, 736 с.

2. Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: «Химия», 2008, 846 с.

3. Общая химическая технология /Под ред. А.Г. Амелина. М.: «Химия», 2007, 400 с.

4. Расчеты химико-технологических процессов /Под ред. И.П. Мухленова. Л.:Химия, 2009, 300 с.

5. С.И. Вольфкович Общая химическая технология. М.: Государственное научно-техническое издательство химической литературы. 2009, 633с.