Производство нитробензола (123944)

Посмотреть архив целиком

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

  1. Практическая часть

Материальный баланс процесса.

Технологические и технико-экономические показатели процесса

  1. 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

Исходное

вещество

H2SO4

HNO3

Исходное

вещество

H2SO4

HNO3





Мешка кислот




Нитрирующая смесь

Нитрование



Отстаивание




отработанная Кислый

кислота нитропродукт


Экстракция




Исходное Промытая

вещество и отработ.

нитропродукт кислота


На денитрацию

и концентрирование

Промывка

вода


раствор

Nа2СО3 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

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


Σ = 8216.56

Σ = 8216.63


Mr(C6H6)=12*6+6=78 кг/кмоль

Mr(HNО3)=1+14+16*3=63 кг/кмоль

Mr2SO4)=32.06+2+16*4=98.06 кг/кмоль

Mr6Н5NО2)=12*6+5+14+16*2=123 кг/кмоль

Mr6Н4(NО2)2)=12*6+4+14*2+16*4=168 кг/кмоль

Mr2О)=18 кг/кмоль


1. Производительность установки по нитробензолу:


mвсего6Н5NО2) = 25т/сут = 25 * 1000/24 = 1041.67 кг/ч

wвсего6Н5NО2) = 1041.67/123 = 8.47 кмоль/ч


2. Количество прореагировавшего бензола, исходя из уравнения реакции:


wпрор(C6H6) = w6Н5NО2) = 8.47 кмоль/ч

mпрор(C6H6) = 8.47 * 78 = 660.66 кг/ч


3. Учитывая конверсию, всего чистого бензола было:


660.66 – 44 %

х – 100 %

х = mчист(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 = mчист всего(C6H6) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг

wчист всего(C6H6) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль/ч

mпотерь(C6H6) = 1547.94 – 1501.5 = 46.44 кг

wпотерь(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 = mтех(C6H6) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг

mпримеси(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:



mсмесь = mчист всего(C6H6) * 4.3 = 1547.94 * 4.3 = 6656.14 кг


7. Состав нитрирующей смеси:

  • 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


  • серная кислота


m2SO4) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5 кг/ч

w2SO4) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль/ч


  • вода


m2О) = 6656.14 * 20.4/100 = 1357.85 кг/ч

w2О) = 1357.85/18 = 75.42 кмоль/ч


Случайные файлы

Файл
166514.rtf
117964.rtf
10777.rtf
104672.rtf
136619.rtf




Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.