Производство нитробензола

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

Теоретическая часть

Технологическая схема производства нитробензола

Практическая часть

Материальный баланс процесса.

Технологические и технико-экономические показатели процесса

Список литературы

Задание:

Составить и описать технологическую схему производства нитробензола

Составить материальный баланс процесса

Рассчитать технологические и технико-экономические показатели

В основу расчета принять следующие реакции

C_>6>H_>6>+HNO_>3>→C_>6>H_>5>NO_>2>+H_>2>O

C_>6>H_>5>NO_>2>+HNO_>3>→C_>6>H_>4>(NO_>2>)_>2>+H_>2>O

Исходные данные:

Производительность установки ,т/сут:

по нитробензолу

по динитробензолу

Конверсия бензола %

Концентрация бензола % масс

99.2

Состав нитрующей смеси % масс

азотная кислота

серная кислота

вода

58.6

20.4

Массовое соотношение бензол-нитрирующая смесь

1 : 4.3

Потери бензола % масс

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% H_>2>SO_>4>, 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

Исходное

вещество

H_>2>SO_>4>

HNO_>3>

Исходное

вещество

H_>2>SO_>4>

HNO_>3>

Мешка кислот

Нитрирующая смесь

Нитрование

Отстаивание

отработанная Кислый

кислота нитропродукт

Экстракция

Исходное Промытая

вещество и отработ.

нитропродукт кислота

На денитрацию

Промывка

концентрирование

вода

раствор

Nа_>2>СО_>3>Промывные воды

Нитропродукт

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
С_>6>Н_>6> HNО_>3> Н_>2>SO_>4> Н_>2>О_>(пр)> С_>6>Н_>5>NО_>2> С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2> Н_>2>О(1) Н_>2>О(2) Примесь бензола	1547.94 1397.79 3900.5 1357.85 - - - - 12.48	19.85 22.19 39.78 75.42 - - - - -	840.84+46.44_{>потери}> 708.12 3900.5 1357.85 736.63 416.67 152.46 44.64 12.48	10.78+0.6_{>потери}> 11.24 39.78 75.42 5.99 2.48 8.47 2.48
	Σ = 8216.56	Σ = 8216.63

Mr(C_>6>H_>6>)=12*6+6=78 кг/кмоль

Mr(HNО_>3>)=1+14+16*3=63 кг/кмоль

Mr(Н_>2>SO_>4>)=32.06+2+16*4=98.06 кг/кмоль

Mr(С_>6>Н_>5>NО_>2>)=12*6+5+14+16*2=123 кг/кмоль

Mr(С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2>)=12*6+4+14*2+16*4=168 кг/кмоль

Mr(Н_>2>О)=18 кг/кмоль

1. Производительность установки по нитробензолу:

m_>всего>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 25т/сут = 25 * 1000/24 = 1041.67 кг/ч

w_>всего>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 1041.67/123 = 8.47 кмоль/ч

2. Количество прореагировавшего бензола, исходя из уравнения реакции:

w_>прор>(C_>6>H_>6>) = w(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 8.47 кмоль/ч

m_>прор>(C_>6>H_>6>) = 8.47 * 78 = 660.66 кг/ч

3. Учитывая конверсию, всего чистого бензола было:

660.66 – 44 %

х – 100 %

х_>>= m_>чист>(C_>6>H_>6>) = 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}>(C_>6>H_>6>) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг

w_{>чист
всего}>(C_>6>H_>6>) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль/ч

m_{>потерь}>(C_>6>H_>6>) = 1547.94 – 1501.5 = 46.44 кг

w_{>потерь}>(C_>6>H_>6>) = 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>(C_>6>H_>6>) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг

m_{>примеси}>(C_>6>H_>6>) = 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}>(C_>6>H_>6>) * 4.3 = 1547.94 * 4.3 = 6656.14 кг

7. Состав нитрирующей смеси:

азотная кислота:

6656/14 – 100 %

х – 21 %

х = m(HNО_>3>) = 6656.14 * 21/100 = 1397.79 кг

w(HNО_>3>) = 1397.79/63 = 22.19 кмоль/ч

серная кислота

m(Н_>2>SO_>4>) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5 кг/ч

w(Н_>2>SO_>4>) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль/ч

вода

m(Н_>2>О) = 6656.14 * 20.4/100 = 1357.85 кг/ч

w(Н_>2>О) = 1357.85/18 = 75.42 кмоль/ч

8. Количество воды из первой реакции:

w(Н_>2>О)(1) = w(С_>6>Н_>5>NО_>2>) =8.47 кмоль/ч

m(Н_>2>О)(1) = 8.47 * 18 = 152,46 кг/ч

9. Не прореагировавшего бензола:

m_>непр> = m_>чист>(C_>6>H_>6>) – m_>прор>(C_>6>H_>6>) = 840.84 кг/ч

w_>непр>(C_>6>H_>6>) = 840.84/78 10.78 кмоль/ч

10. Производительность по динитробензолу:

10т/сут = 10 * 1000/24 = 416.67 кг/ч

w(С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2>) = 416.67/168 = 2.48 кмоль/ч

11. Количество нитробензола пошедшего на реакцию:

m_>всего>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = w(С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2>) = 2.48 кмоль/ч

m_>прор>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 2.48 * 123 = 305.04 кг

12. Количество оставшегося нитробензола:

m_>всего>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) – m_>прор>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 1041.67 – 305.04 = 736.63 кг

w_>ост>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) 736.63/123 = 5.99 кмоль/ч

13. Количество HNО_>3> прошедшего на обе реакции:

w_>о>(HNО_>3>) = w_>1>(HNО_>3>) + w_>2>(HNО_>3>)

w_>1>(HNО_>3>) = w_>вс>(С_>6>Н_>5>NО_>2>) = 8.47 кмоль/ч

w_>2>(HNО_>3>) = w(С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2>) = 2.48 кмоь/ч

w_>о>(HNО_>3>) = 10.95 кмоль/ч

не прореагировавший

w_>ост>(HNО_>3>) = w_>ост>(HNО_>3>) - w_>о>(HNО_>3>) = 22.19 – 10.95 = 11.24 кмоль/ч

m_>ост>(HNО_>3>) = 11.24 * 65 = 708.12 кг/ч

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

w(Н_>2>О)(2) = w(С_>6>Н_>4>(NО_>2>)_>2>) = 2.48 кмоль/ч

m(Н_>2>О)(2) = 2.48 *18 = 44.64 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса

Пропускная способность установки: 8216,56 кг/ч

Конверсия или степень превращения бензола =

=M(C_>6>H_>6>) подано – M(C_>6>H_>6>) непрореагировало / M(C_>6>H_>6>) подано = 1547.94-(840.84+46.44) * 1547ю94 = 0.49 %

Теоретические расходные коэффициенты:

по С_>6>Н_>6>:

^т_>С>_>6>_>Н>_>6>= Mr(C_>6>H_>6>) / Mr(C_>6>Н_>5>NO_>2>) = 78 / 123 = 0,63 кг/кг;

по НNО_>3>:

^т _>Н>_>N>_>О>_>3>:_>>= Mr(НNО_>3>) / Mr(C_>6>Н_>5>NO_>2>) = 63/ 123 = 0,51 кг/кг.

Фактические расходные коэффициенты:

по С_>6>Н_>6>:

^ф_>С6Н6>= m(C_>6>H_>6>)_>техн> / m(C_>6>Н_>5>NO_>2>) = 1547.94+12.48 / 736.63 = 2.12 кг/кг;

^ф_>
Н>_>N>_>О3>= m(НNО_>3>)_>техн> / m(C_>6>Н_>5>NO_>2>) =1397.79+3900.5+1357.85 / 736.63 = 9.03 кг/кг.

Выход на поданное сырье C_>6>Н_>5>NO_>2>:

Фактический выход:

Q_>Ф> = m(C_>6>Н_>5>NO_>2>) = 736.63 кг;

Теоретический выход:

Mr(С_>6>Н_>6>)  Mr(C_>6>Н_>5>NO_>2>), 78  123,

m(С_>6>Н_>6>)  Q_>Т>; 1547.94  Q_>Т>;

Q_>Т> = (1547.94 * 123) / 78 = 2440.98 кг;

Выход C_>6>Н_>5>NO_>2>по бензолу:

_>С6Н6> = Q_>Ф>/ Q_>Т>* 100%_>>= 736.63 / 2440.98 * 100% = 30.18%

5. Выход на превращенное сырье:

Mr(С_>6>Н_>6>)  Mr(C_>6>Н_>5>NO_>2>), 78  123,

m(С_>6>Н_>6>)  Q_>Т>; 660.66  Q_>Т>;

Q_>т>' = 660.66 * 123/78 = 1041.81 кг

β' _>C>_>6Н6>= Q_>Ф>/ Q_>Т>* 100 % = 736.63/1041.81 *100% = 70.71 %

3. Реклама

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.