Расчёт установки производства нитробензола. КР-Расчёт установки производства нитробензола. 1. Обоснование технологической схемы и аппаратурного оформления производства нитробензола
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
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 На производстве нитробензола используется сырье, представленное в таблице 2 1. Таблица 2.1 – Исходное сырье
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 промывкаБензол токсичен. По физико-химическим показателям бензол каменноугольный должен удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ8448-78,указанным в таблице2.1.1 Таблица 2.1.1
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
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||