Курсовая работа: 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

1. Теоретическая часть

Технологическая схема производства нитробензола

2. Практическая часть

Материальный баланс процесса.

Технологические и технико-экономические показатели процесса

3. 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

C₆ H₆ +HNO₃ →C₆ H₅ NO₂ +H₂ O

C₆ H₅ NO₂ +HNO₃ →C₆ H₄ (NO₂ )₂ +H₂ O

Исходные данные:

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 постепенновводят 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% H₂ SO₄ , 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

Нитрирующая смесь

отработанная Кислый

кислота нитропродукт

Исходное Промытая

вещество и отработ.

нитропродукт кислота

На денитрацию

вода

раствор

Nа₂ СО₃ Промывные воды

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

Mr(C₆ H₆ )=12*6+6=78 кг/кмоль

Mr(HNО₃ )=1+14+16*3=63 кг/кмоль

Mr(Н₂ SO₄ )=32.06+2+16*4=98.06 кг/кмоль

Mr(С₆ Н₅ NО₂ )=12*6+5+14+16*2=123 кг/кмоль

Mr(С₆ Н₄ (NО₂ )₂ )=12*6+4+14*2+16*4=168 кг/кмоль

Mr(Н₂ О)=18 кг/кмоль

1. Производительность установки по нитробензолу:

m_всего (С₆ Н₅ NО₂ ) = 25т/сут = 25 * 1000/24 = 1041.67 кг/ч

w_всего (С₆ Н₅ NО₂ ) = 1041.67/123 = 8.47 кмоль/ч

2. Количество прореагировавшего бензола, исходя из уравнения реакции:

w_прор (C₆ H₆ ) = w(С₆ Н₅ NО₂ ) = 8.47 кмоль/ч

m_прор (C₆ H₆ ) = 8.47 * 78 = 660.66 кг/ч

3. Учитывая конверсию, всего чистого бензола было:

660.66 – 44 %

х – 100 %

х= m_чист (C₆ H₆ ) = 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} (C₆ H₆ ) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг

w_{чист всего} (C₆ H₆ ) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль/ч

m_потерь (C₆ H₆ ) = 1547.94 – 1501.5 = 46.44 кг

w_потерь (C₆ H₆ ) = 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 (C₆ H₆ ) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг

m_{примеси} (C₆ H₆ ) = 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} (C₆ H₆ ) * 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

m(Н₂ SO₄ ) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5 кг/ч

w(Н₂ SO₄ ) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль/ч

- вода

m(Н₂ О) = 6656.14 * 20.4/100 = 1357.85 кг/ч

w(Н₂ О) = 1357.85/18 = 75.42 кмоль/ч

8. Количество воды из первой реакции:

w(Н₂ О)(1) = w(С₆ Н₅ NО₂ ) =8.47 кмоль/ч

m(Н₂ О)(1) = 8.47 * 18 = 152,46 кг/ч

9. Не прореагировавшего бензола:

m_непр = m_чист (C₆ H₆ ) – m_прор (C₆ H₆ ) = 840.84 кг/ч

w_непр (C₆ H₆ ) = 840.84/78 10.78 кмоль/ч

10. Производительность по динитробензолу:

10т/сут = 10 * 1000/24 = 416.67 кг/ч

w(С₆ Н₄ (NО₂ )₂ ) = 416.67/168 = 2.48 кмоль/ч

11. Количество нитробензола пошедшего на реакцию:

m_всего (С₆ Н₅ NО₂ ) = w(С₆ Н₄ (NО₂ )₂ ) = 2.48 кмоль/ч

m_прор (С₆ Н₅ NО₂ ) = 2.48 * 123 = 305.04 кг

12. Количество оставшегося нитробензола:

m_всего (С₆ Н₅ NО₂ ) – m_прор (С₆ Н₅ NО₂ ) = 1041.67 – 305.04 = 736.63 кг

w_ост (С₆ Н₅ NО₂ ) 736.63/123 = 5.99 кмоль/ч

13. Количество HNО₃ прошедшего на обе реакции:

w_о (HNО₃ ) = w₁ (HNО₃ ) + w₂ (HNО₃ )

w₁ (HNО₃ ) = w_вс (С₆ Н₅ NО₂ ) = 8.47 кмоль/ч

w₂ (HNО₃ ) = w(С₆ Н₄ (NО₂ )₂ ) = 2.48 кмоь/ч

w_о (HNО₃ ) = 10.95 кмоль/ч

не прореагировавший

w_ост (HNО₃ ) = w_ост (HNО₃ ) - w_о (HNО₃ ) = 22.19 – 10.95 = 11.24 кмоль/ч

m_ост (HNО₃ ) = 11.24 * 65 = 708.12 кг/ч

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

w(Н₂ О)(2) = w(С₆ Н₄ (NО₂ )₂ ) = 2.48 кмоль/ч

m(Н₂ О)(2) = 2.48 *18 = 44.64 кг/ч

Технологические и технико-экономические показатели процесса

1. Пропускная способность установки: 8216,56 кг/ч

2. Конверсия или степень превращения бензола =

=M(C₆ H₆ ) подано – M(C₆ H₆ ) непрореагировало / M(C₆ H₆ ) подано = 1547.94-(840.84+46.44) * 1547ю94 = 0.49 %

3. Теоретические расходные коэффициенты:

по С₆ Н₆ :

s^т _{С 6 Н 6} = Mr(C₆ H₆ ) / Mr(C₆ Н₅ NO₂ ) = 78 / 123 = 0,63 кг/кг;

поНNО₃ :

s^т _{Н N О 3} := Mr(НNО₃ ) / Mr(C₆ Н₅ NO₂ ) = 63/ 123 = 0,51 кг/кг.

4. Фактические расходные коэффициенты:

по С₆ Н₆ :

s^ф _С6Н6 = m(C₆ H₆ )_техн / m(C₆ Н₅ NO₂ ) = 1547.94+12.48 / 736.63 = 2.12 кг/кг;

s^ф _{Н N О3} = m(НNО₃ )_техн / m(C₆ Н₅ NO₂ ) =1397.79+3900.5+1357.85 / 736.63 = 9.03 кг/кг.

Выход на поданное сырье C₆ Н₅ NO₂ :

1) Фактический выход:

Q_Ф = m(C₆ Н₅ NO₂ ) = 736.63 кг;

2) Теоретический выход:

Mr(С₆ Н₆ ) ¾Mr(C₆ Н₅ NO₂ ), 78 ¾ 123,

m(С₆ Н₆ ) ¾Q_Т ; 1547.94 ¾Q_Т ;

Q_Т = (1547.94 * 123) / 78 = 2440.98 кг;

Выход C₆ Н₅ NO₂ по бензолу:

b_С6Н6 = Q_Ф / Q_Т * 100%= 736.63 / 2440.98 * 100% = 30.18%

5. Выход на превращенное сырье:

Mr(С₆ Н₆ ) ¾Mr(C₆ Н₅ NO₂ ), 78 ¾ 123,

m(С₆ Н₆ ) ¾Q_Т ; 660.66 ¾Q_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.