Технология производства нитробензола (125597)

Посмотреть архив целиком

Министерство Образования и Науки РФ

Казанский Государственный Технологический Университет

Кафедра общей химической технологии










КУРСОВАЯ РАБОТА

по предмету: Технология химических производств

на тему:

Технология производства нитробензола













Казань 2008


Задание


  1. Составить и описать технологическую схему производства нитробензола

  2. Составить материальный баланс процесса

  3. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели


В основу расчета принять следующие реакции


C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O

C6H5NO2+HNO3→C6H4(NO2)2+H2O


Исходные данные:

Пропускная способность установки по бензолу,т/год:

1000

Конверсия бензола %

Концентрация бензола % масс

40

99

Состав нитрующей смеси % масс

  1. азотная кислота

  2. серная кислота

  3. вода


20

59.6 20.4

Массовое соотношение бензол: нитрирующая смесь

1:4

Потери бензола % масс

Количество денитробензола, % масс, от количества нитробензола

4

2



Теоретическая часть


Производство 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 кисоте содеожолсь 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.



Рисунок 1.Типовая схема процесса получения нитросоединений.

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

2СО3 Промывные воды

Нитропродукт



На крупных установках нитробензол получают 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 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.


Материальный баланс


C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O

C6H5NO2+HNO3→C6H4(NO2)2+H2O


Схема потоков:



C6H6; HNO3; H2SO4; H2O; C6H6; HNO3; H2SO4; H2O; C6H5NO2;


примесь C6H6; примесь C6H6; C6H4(NO2)2;


Mr(C6H6)=12*6+6=78кг/кмоль;

Mr(HNO3)=1+14+16*3=63кг/кмоль;

Mr(H2SO4)=1*2+32+16*4=98кг/кмоль;

Mr(C6H5NO2)=12*6+5+14+16*2=123кг/кмоль;

Mr(C6H4(NO2)2)=12*6+4+14*2+16*4=168кг/кмоль;

Mr(H2O)=12+16=18кг/кмоль.



Приход

Расход

кг/ч

кмоль/ч

кг/ч

кмоль/ч

C6H6

113,014

1,449

65,13+4,521

0,835+0,058

HNO3

91,324

1,45

55,818

0,886

примесь C6H6

1,141

-

1,141

-

H2SO4

272,146

2,777

272,146

2,777

H2O’

93,151

5,175

93,151

5,175

C6H5NO2

-

-

67,404

0,548

C6H4(NO2)2

-

-

1,368

0,008

H2O(1)

-

-

10,008

0,556

H2O(2)

-

-

0,144

0,008

Сумма:

Σ1=570,776

Σ2=570,831



1. mтехн(C6H6)=1000*1000/365/24=114,155кг/ч;


2. mчист(C6H6)=114,155*0,99=113,014кг/ч;

Vчист(C6H6)=113,014/78=1,449кмоль/ч;

mприм(C6H6)=114,155-113,014=1,141кг/ч.


3. Потери бензола 4% масс.:

mп(C6H6)=113,014*0,04=4,521кг/ч;

Vп(C6H6)=4,521/78=0,058кмоль/ч;

m (C6H6)=113,014-4,521=108,493кг/ч;

V (C6H6)=108,493/78=1,391кмоль/ч.


4. Полученного в целевой реакции нитробензола:


V (C6H5NO2)= Vпр(C6H6), где Vпр(C6H6) –


количество прореагировавшего бензола;


Vпр(C6H6)=1,391*0,4=0,556кмоль/ч;

mпр(C6H6)=0,556*78=43,368кг/ч;

m (C6H5NO2)=0,556*123=68,388кг/ч.


5. Количество денитробензола от количества нитробензола 2% масс.:


m (C6H4(NO2)2)=68,388*0,02=1,368кг/ч;

V (C6H4(NO2)2)=1,368/168=0,008кмоль/ч.


6. Количество прореагировавшего нитробензола:


Vпр(C6H5NO2)= V (C6H4(NO2)2)=0,008 кмоль/ч;

Vост(C6H5NO2)= V- Vпр=0,556-0,08=0,548кмоль/час;

mост(C6H5NO2)=0,548*123=67,404кг/ч.


7. Не прореагировавший бензол:


Vост(C6H6)= V- Vпр=1,391-0,556=0,835кмоль/ч;

mост(C6H6)=0,835*78=65,13кг/ч.


8. Общее количество нитрирующей смеси, поданной в реакцию:


m(смесь)= 4*mтехн(C6H6)=4*114,155=456,62кг/ч.


9. Состав нитрирующей смеси:


mвсего(HNO3)=456,62*0,2=91,324кг/ч;

Vвсего(HNO3)=91,324/63=1,45кмоль/ч;

m(H2SO4)=456,62*0,596=272,146кг/ч;

V(H2SO4)=272,146/98=2,777кмоль/ч;

m(H2O')=456,62*0,204=93,151кг/ч;

V(H2O')=93,151/18=5,175кмоль/ч.


10. Количество прореагировавшей азотной кислоты:


V0(HNO3)= V1 – V2, где V1- прореагировало с образованием целевого продукта – нитробензола, V2 – на побочную реакцию.

V2(HNO3)= Vпр(C6H5NO2)=0,008кмол/ч;

V0(HNO3)=0,556+0,008=0,564кмоль/ч;


11. Не прореагировало азотной кислоты:


Vост(HNO3)= V – V0=1,45-0,564=0,886кмоль/ч;

mост(HNO3)=0,886*63=55,818кг/ч.


12. Количество образовавшейся воды:


V (H2O(1))= V (C6H5NO2)=0,556кмоль/ч;


Случайные файлы

Файл
153847.rtf
166754.doc
117231.rtf
168268.rtf
153222.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.