Расчёт установки производства нитробензола. КР-Расчёт установки производства нитробензола. 1. Обоснование технологической схемы и аппаратурного оформления производства нитробензола
 Скачать 1.01 Mb.
|
|
Кислота азотная концентрированная Эмпирическая формула HNO3 Молекулярная масса 63,01. Концентрированная азотная кислота представляет собой дымящуюся жидкость желтого цвета с сильным едким запахом. Она является сильным окислителем. Неограниченно растворяется в воде, выделяя при этом тепло. Плотность 1,5 г/м3 . Концентрированная азотная кислота при хранении разлагается. 4 HNO3 → 4 NO2 + 2H2O + O2 На свету и при нагревании процесс разложения ускоряется, образующиеся оксиды окрашивают кислоту в желтый цвет, с влагой воздуха оксиды образуют туман. Пары азотной кислоты в 2,2 раза тяжелее воздуха. Многие органические вещества при взаимодействии с азотной кислотой разрушаются и воспламеняются. Скипидар, спирт, уксусный ангидрид, уксусная кислота, ацетон при смешении с азотной кислотой могут взрываться. Сильная кислота действует на все металлы, кроме золота, платины, иридия и родия. Алюминий при действии кислоты образует на поверхности пленку в виде оксида алюминия, которая препятствует проникновению кислоты вглубь металла. Применение титана и сплавов на его основе для изготовления оборудования, трубопроводов и запорной арматуры не рекомендуется, так как в определенных условиях (массовая доля азотной кислоты более 80% и оксидов азота 2,8-28%) возможно образование пирофорных соединений, способных взрываться при механическом воздействии (ударе, трении). Температура замерзания азотной кислоты (100%) минус 41,70С, разбавленная кислота (58%) замерзает при температуре минус 200С. Самой низкой температурой замерзания минус 66,30 С обладает 90% кислота. Теплота плавления 10,47 КДж/моль, теплота испарения 39,1 КДж/моль, теплота образования 174,1 КДж/моль, теплота растворения в воде 33,68 КДж/моль, теплоемкость (300к) 109,9 Дж (моль.к). Температура кипения 860С ( с разложением),температура плавления минус 41,60С, вязкость 0,881 МПа.С при температуре 200С. Сильнодействующее ядовитое вещество относится к 5 группе второй категории. По физико-химическим показателям кислота азотная концентрированная должна удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 701-89,указанным в таблице2.1.3 Таблица 2.1.3
Кислота серная техническая Эмпирическая формула H2SO4 Молекулярная масса 98,08 Серная кислота – тяжелая маслянистая жидкость, в чистом виде – бесцветная, техническая – окрашена в темный цвет. Неограниченно растворяется в воде, выделяя при этом большое количество тепла, образует моно-, ди- и тетрагидраты, растворяет SO3 , образуя олеум. С водой образует азеотроп (температуре кипения 3300С, 98,3 % H2SO4 ). Теплота плавления 9,9 КДж/моль, теплота образования 812,5 КДж/моль, теплота растворения 75,8 КДж/моль. Плотность пара по воздуху 3,4. Серная кислота реагирует с металлами, оксидами металлов, гидратами оксидов металлов, образуя сернокислые соли, сильный окислитель. С органическими веществами, такими как сахар, крахмал, дерево, вата, ткань, концентрированная серная кислота реагирует с обугливанием, отщепляя от них воду. Серная кислота пожаро- и взрывоопасна, токсична. По физико-химическим показателям серная кислота техническая должна удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 2184-77,указанным в таблице2.1.4 Таблица 2.1.4
Кислотная смесь Кислотная смесь представляет собой смесь серной и азотной кислот. Плотность смеси 1,68 -1,71 г/м3 при температуре 200С. Массовая доля азотной кислоты 44-48% Массовая доля серной кислоты 47-50% Фактор нитрующей активности 70-72% Сильный окислитель. Неограниченно растворяется в воде. Свойства кислотной смеси определяются свойствами серной и азотной кислот. Кислотная смесь токсична. 2.1.6 Аммиак водный технический Эмпирическая формула NH3·H2O Молекулярная масса 35,6 Водный аммиак – негорючая и невзрывоопасная жидкость Однако при дегазации пары аммиака способны создавать в помещении взрывоопасные концентрации. Газообразный аммиак, выделяющийся из водного аммиака при нормальных условиях – газ с резким запахом, взрывоопасен, токсичен и горюч. В зависимости от назначения водный аммиак выпускается двух марок: -для различных отраслей промышленности -для сельского хозяйства в качестве азотного удобрения. Температура кипения минус 33,40С, температура плавления минус 77,70С, плотность 0,77кг/м3. 25%-ый раствор аммиака при нормальных условиях имеет плотность 0,981 г/см3. По физико-химическим показателям аммиак водный технический должен удовлетворять требованиям и нормам ГОСТ 9-92,указанным в таблице2.1.6 Таблица 2.1.6
Свойства, характеристики и применения готового продукта Эмпирическая формула С6H5NO2 . Молекулярная масса 123,12 г/моль. Прозрачная жидкость от светло-коричневого цвета с запахом горького миндаля. Плотность 1,2082 г/см3 при температуре 15 °С. Температура плавления 5,7°С; температура кипения 210,9°С. Легко растворим в этаноле, эфире. Растворим в бензоле, трудно растворим в воде (0,19%). Горюч и токсичен. Нитробензол широко применяется в производстве анилина, промежуточных продуктов для красителей и других органических синтезов. По физико-химическим показателям нитробензол должен удовлетворять требованиям ТУ 2471-002-43908744-2005, представленным в таблице 2.2. Таблица 2.2 - Физико-химические показатели нитробензола
Нитробензол представляет собой прозрачную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета с запахом горького миндаля. Плотность 1,2082 г/см3 при температуре 15 0С, коэффициент преломления 1,5526 при температуре 20 0С. Температура плавления 5,7 0С, температура кипения 210,9 0С. Теплота образования 15,2 кДж/моль, теплота сгорания 3,1 КДж/моль, теплота плавления 12,1 КДж/моль, теплота испарения 48,9 КДж/моль, теплоемкость 1,42 Дж при температуре 300С. Нитробензол легко растворим в этаноле, эфире, растворим в бензоле, трудно растворим в воде(0,19%),с водой образует азеотроп(температура кипения 98,6 0С 88% воды. Нитробензол горюч и токсичен. 2.3 Описание стадий производства Процесс получения нитробензола состоит из следующих стадий: -приготовление раствора аммиака; -приготовление кислотной смеси; -нитрование бензола; -разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола из отработанной кислоты; -кислая промывка нитробензола; -аммиачная и водная промывка нитробензола; -исправление брака; -упаковывание, маркирование, хранение и транспортирование нитробензола; -регенерация отработанной кислоты; -термическое обезвреживание маточника; -сбор и утилизация сточных вод; -утилизация газовых выбросов. 2.3.1 Приготовление раствора аммиака Аммиачная вода, соответствующая требованиям ГОСТ 9-92, сливается в емкость у здания производства тротила и центробежными насосами перекачивается в емкость, установленную у здания производства нитробензола, и из этой емкости подается центробежным насосом через дозер на очистку в аппарат аммиачной промывки. 2.3.2 Приготовление кислотной смеси Приготовление кислотной смеси проводят из меланжа, регенерированной серной кислоты, концентрацией не менее 91,0 %. Серная и азотная кислоты поступают через дозеры в смесители кислот для приготовления кислотной смеси. Смеситель снабжен рубашкой и змеевиком, в которые подается оборотная вода, для охлаждения кислотной смеси. Температура кислотной смеси в смесителе должна быть не более 40 0С. Из смесителя кислотная смесь поступает в хранилище. В период приготовления кислотная смесь анализируется через каждые 2 часа. После наполнения хранилища кислотная смесь перемешивается в течение 4-х часов и анализируется в цеховой лаборатории. Кислотная смесь должна иметь состав: Массовая доля серной кислоты 47-50 % Массовая доля азотной кислоты 44-48 % Фактор нитрующей активности 70-72 % Плотность 1,68-1,71 г/см3 При получении удовлетворительного анализа смесь перекачивается при помощи погружных насосов на стадию нитрования. Нитрозные газы из аппаратов поступают в конденсатор, конденсат стекает самотеком в разбавитель, а нитрозные газы поступают на абсорбцию и каталитическое восстановление до N2. 2.3.3 Нитрование бензола Нитрование бензола азотной кислотой в среде серной кислоты описывается уравнениями: HNO3+H2SO4↔H2O+NO2+NO2++HSO4- C6H5H-+NO2+→ C6H5NO2+H+ Кроме того в качестве побочных продуктов могут образовываться динитробензол: C6H6+2HNO3→C6H4(NO2)2+2H2O и нитрофенол: С6H5H-+HONO2→C6H5OH+HNO2 C6H5OH+ HNO3→HO-C6H4-NO2+ H2O Фенол нитруется значительно легче, чем бензол, поэтому наряду с нитрофенолами могут образовываться ди- и тринитрофенолы. Нитрование проводят при температуре 50-60 0С и оптимальном факторе нитрующей активности 70%. Реакция нитрования экзотермическая. Тепловой эффект реакции 123 КДЖ/моль или 1577 КДж/кг бензола. Нитрование бензола проводят в каскаде из последовательно соединенных 2-х нитраторов, основного нитратора с трубчатой поверхностью теплообмена и выносной зоной смешения, и буферного нитратора со змеевиками, пропеллерной мешалкой, шнекподъемником и статическим сеператором. Необходимое время пребывания реакционной массы на стадии нитрования не менее 50 минут. В зону смешения основного нитратора дозируют бензол через дозер и кислотную смесь через дозер. Для обеспечения модуля не менее 2 подают отработанную кислоту из буферного нитратора через диафрагму. При пуске в основной нитратор подается отработанная кислота из отстойных колонн, для заполнения нитраторов и разбавителя. В нитраторах основном и буферном поддерживают температуру в пределах 50-60 0С, автоматически подачей оборотной воды в межтрубное пространство и змеевики. Буферный нитратор может работать с подогревом. В случае превышения содержания бензола в нитробензоле в четвертом сепараторе, нитробензол возвращается на донитрование в буферный нитратор. Процесс нитрования ведут при разряжении 20-50Па, нитрозные газы поступают через конденсатор на абсорбцию. Конденсат из конденсатора стекает в разбавитель. Плотность нитробензола в основном нитраторе должна быть в пределах 1,170-1,175 г/см3, массовая доля азотной кислоты 1-4%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3. В буферном нитраторе плотность нитробензола должна быть в пределах 1,180-1,2 г/см3, массовая доля азотной кислоты 0,5-2,5%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3. При достижении в нитраторах температуры 60 0С происходит автоматическая отсечка дозирования компонентов, при 100 0С в реакторе происходит автоматический дистанционный или по месту аварийный сброс в пустую аварийную емкость. Нитромассу из аварийной емкости перерабатывают через буферный нитратор. Для заполнения нитраторов после ремонта используют отработанную кислоту из отстойных колонн. Нитробензол из буферного нитратора поступает в сепаратор, отработанная кислота через узел рециркуляции частично в нитратор, для создания необходимого модуля, избыток кислоты поступает через сегмент в основной нитратор и разбавитель 2.3.4 Разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола из отработанной кислоты В разбавитель поступает отработанная кислота со стадии нитрования, кислая вода со стадии кислой промывки. Для экстракции нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты в разбавитель подается бензол через дозер. Также через дозер подается серная регенерированная кислота с концентрацией не ниже 91,0% для поддержания плотности отработанной кислоты в пределах 1,58-1,62 г/см3. Процесс протекает при непрерывном перемешивании, температуре не более 60 0С, массовая доля азотной кислоты в отработанной кислоте 0,1-0,5%, плотность бензола в разбавителе 0,880- 1,05 г/см3. Разбавитель подсоединен к системе абсорбции, конденсат стекает в разбавитель. Из разбавителя отработанная кислота вместе с экстрагированным бензолом поступает в буферную емкость, откуда при помощи погружного насоса перекачивается в сепарационную колонну. Отсепарировавшийся экстрагированный бензол из сепарационной колонны самотеком через дозер поступает в основной нитратор на нитрование. Отработанная кислота после экстракции и отстоя в сепарационной и отстойных колоннах перекачивается в цех регенерации кислот. Перед перекачкой отработанная кислота анализируется и должна иметь следующий состав: Массовая доля серной кислоты 64-70% Массовая доля азотной кислоты 0,1-0,5% Массовая доля нитробензола, не более 0,3% Плотность 1,58-1,62 г/см3 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||