Міністерство Освіти і Науки РФ
Казанський Державний Технологічний
Університет
Кафедра Загальної Хімічної Технології
Курсова робота
за курсом: Технологія хімічних виробництв
на тему:
Виробництво нітробензолу
Казань 2010
Зміст
Завдання
Теоретична частина
Технологічна схема виробництва нітробензолу
Практична частина
Матеріальний баланс процесу.
Технологічні та техніко-економічні показники процесу
Список літератури
Завдання:
Скласти і описати технологічну схему виробництва нітробензолу
Скласти матеріальний баланс процесу
Розрахувати технологічні і техніко-економічні показники
В основу розрахунку прийняти такі реакції
C 6 H 6 + HNO 3 → C 6 H 5 NO 2 + H 2 O
C 6 H 5 NO 2 + HNO 3 → C 6 H 4 (NO 2) 2 + H 2 O
Вихідні дані:
Продуктивність установки, т / добу:
| 25 10 |
Конверсія бензолу% Концентрація бензолу% мас | 44 99.2 |
Склад нітруючою суміші% мас
| 21 58.6 20.4 |
Масове співвідношення бензол-нітрірующая суміш | 1: 4.3 |
Втрати бензолу% мас | 3 |
1. Теоретична частина
Технологічна схема виробництва нітробензолу
Нітробензол (темп, пл, +5,7 °, темп. Кип. 210,9 °) представляє собою нерозчинну у воді жовтуватою рідиною із запахом гіркого мигдалю; отруйний, як всі нітросполуки.
Вперше нітрування бензолу було здійснено Мітчерліхом. У промисловості воно було розпочато в 1847 р.
Нітруючою суміш для нітрування бензолу до нітробензолу складали з таким розрахунком, щоб кількість азотної кислоти лише трохи перевищувала теоретичне, а сірчану кислоту беруть у такій кількості щоб до кінця процесу нітрування у відпрацьованій кислоті містилося близько 70%
Нітрування проводиться при 40 °. Підвищення температури сприяє утворенню динітробензолу.
Процес нітрування можна проводити з періодичної, і по безперервній схемі.
При періодичної процес починають з наповнення нітратора бензолом потім включають грубку, підігрівають бензол до 40 - 45 ° і поступово вводять нітруючою суміш, регулюючи надходження та охолодження нітратора водою таким чином, щоб підтримувати температуру процесу близько 40 °.
Закінчивши пріліваніем нітруючою суміші, припиняють охолодження і дають температурі піднятися до 50 °. При низькій температурі вміст нітратора «витримують» близько 1 години, втечение цього часу реакція нітрування майже повністю закінчується; залишається всього біля 1% непрореагировавшего бензолу. Після витримки вміст нітратора зливають або передавлюють в сифонну трубку в відстійник-сепаратор, який представляє собою циліндричний апарат з конічним дном і мішалкою. У відстійнику продукти нітрування розділяються на два шари: верхній - нітрообензольний і нижній - кислотний. З відстійника відпрацьована кислота, яка містить 70-72% H 2 SO 4, невелика кількість окислених продуктів, окислів азоту та розчиненого і емульгованому бензолу, надходить до збірника. Сирий нітробензол промивають у відстійнику кілька разів холодною водою, а потім розчином соди.
Починаючи з 30-х років XX століття, нітробензол на великих установках стали отримувати безперервним методом. У процесах безперервного нітрування бензолу застосовуються нітратори різних систем. Простотою, надійністю конструкції відрізняється нітратор з вертикальною циркуляцією реакційної маси (малюнок 2).
Такий нітратор представляє собою чавунний, або виконаний кислототривкої сталі котел з змійовиками і швидкохідної пропелерною мішалкою, вміщеній всередині направляючого вертикального сталевого циліндра. Бензол і нітрит суміш безперервно надходять через трубки в центральну частину нітратора змішуються з його змістом, ковзають. Знизу вгору, омиваючи змійовики, а потім зверху вниз через напрямний циліндр. Надлишок реакційної суміші безперервно відводиться з штуцера у верхній частині нітратора.
Малюнок 1. Типова схема процесу одержання нітросполук
Нітрірующая суміш
відпрацьована Кислий
кислота нітропродукт
Початкове Промита
речовина і отработ.
нітропродукт кислота
На денітрації
і концентрування
розчин
N а 2 СО 3 Промивні води
Малюнок 2. Нітратор безперервної дії.
Для доведення реакції нітробензолу до кінця виходить з нітратора реакційну суміш будуть додатково витримувати в циліндричному резервуарі з мішалкою (дозреватель). Решта процеси відстоювання і промивка сирого нітробензолу - також легко здійснюються за непереривку схемою.
2. Практична частина
Матеріальний баланс процесу
ПАРАФІЯ | ВИТРАТА | |||
Кг / год | Кмоль / год | Кг / год | Кмоль / год | |
З 6 Н 6 HN О 3 Н 2 SO 4 Н 2 О (пр) З 6 Н 5 N О 2 З 6 Н 4 (N Про 2) 2 Н 2 О (1) Н 2 О (2) Домішка бензолу | 1547.94 1397.79 3900.5 1357.85 - - - - 12.48 | 19.85 22.19 39.78 75.42 - - - - - | 840.84 +46.44 втрати 708.12 3900.5 1357.85 736.63 416.67 152.46 44.64 12.48 | 10.78 +0.6 втрати 11.24 39.78 75.42 5.99 2.48 8.47 2.48 |
Σ = 8216.56 | Σ = 8216.63 |
Mr (C 6 H 6) = 12 * 6 +6 = 78 кг / кмоль
Mr (HN О 3) = 1 +14 +16 * 3 = 63 кг / кмоль
Mr (Н 2 SO 4) = 32.06 +2 +16 * 4 = 98.06 кг / кмоль
Mr (С 6 Н 5 N О 2) = 12 * 6 +5 +14 +16 * 2 = 123 кг / кмоль
Mr (С 6 Н 4 (N О 2) 2) = 12 * 6 +4 +14 * 2 +16 * 4 = 168 кг / кмоль
Mr (Н 2 О) = 18 кг / кмоль
1. Продуктивність установки по нітробензолу:
m всього (С 6 Н 5 N О 2) = 25т/сут = 25 * 1000/24 = 1041.67 кг / год
w всього (С 6 Н 5 N Про 2) = 1041.67/123 = 8.47 кмоль / год
2. Кількість прореагировавшего бензолу, виходячи з рівняння реакції:
w прор (C 6 H 6) = w (С 6 Н 5 N О 2) = 8.47 кмоль / год
m прор (C 6 H 6) = 8.47 * 78 = 660.66 кг / год
3. Враховуючи конверсію, всього чистого бензолу було:
660.66 - 44%
х - 100%
х = M чистий (C 6 H 6) = 660.66 * 100/44 = 1501.5 кг / год
4. Враховуючи втрати 3% мас, всього чистого бензолу вступило в реакцію:
1501.5 - 97%
х - 100%
х = m чистий всього (C 6 H 6) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг
w чистий всього (C 6 H 6) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль / год
m втрат (C 6 H 6) = 1547.94 - 1501.5 = 46.44 кг
w втрат (C 6 H 6) = 46.44/78 = 0.6 кмоь / год
5. Враховуючи концентрацію бензолу 99.2% мас, технічного бензолу, що вступив у реакцію:
1547.94 - 99.2%
х - 100%
х = m тих (C 6 H 6) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг
m домішки (C 6 H 6) = 1560.42 - 1547.94 = 12.48 кг / год
6. Масове співвідношення бензол - нітрірующая суміш 1: 4,3
на 1 кг бензолу береться 43 кг нітрірующей суміші, маса нітрірующей суміші:
m суміш = m чистий всього (C 6 H 6) * 4.3 = 1547.94 * 4.3 = 6656.14 кг
7. Склад нітрірующей суміші:
азотна кислота:
6656/14 - 100%
х - 21%
х = m (HN Про 3) = 6656.14 * 21/100 = 1397.79 кг
w (HN Про 3) = 1397.79/63 = 22.19 кмоль / год
m (Н 2 SO 4) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5 кг / год
w (Н 2 SO 4) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль / год
m (Н 2 О) = 6656.14 * 20.4/100 = 1357.85 кг / год
w (Н 2 О) = 1357 .85/18 = 75.42 кмоль / год
8. Кількість води з першої реакції:
w (Н 2 О) (1) = w (С 6 Н 5 N О 2) = 8.47 кмоль / год
m (Н 2 О) (1) = 8.47 * 18 = 152,46 кг / год
9. Не прореагувавши бензолу:
m непр = m чистий (C 6 H 6) - m прор (C 6 H 6) = 840.84 кг / год
w непр (C 6 H 6) = 840.84/78 10.78 кмоль / год
10. Продуктивність по динітробензол:
10т/сут = 10 * 1000/24 = 416.67 кг / год
w (С 6 Н 4 (N Про 2) 2) = 416.67/168 = 2.48 кмоль / год
11. Кількість нітробензолу який пішов на реакцію:
m всього (С 6 Н 5 N О 2) = w (С 6 Н 4 (N О 2) 2) = 2.48 кмоль / год
m прор (С 6 Н 5 N Про 2) = 2.48 * 123 = 305.04 кг
12. Кількість залишився нітробензолу:
m всього (С 6 Н 5 N О 2) - m прор (С 6 Н 5 N О 2) = 1041.67 - 305.04 = 736.63 кг
w ост (С 6 Н 5 N Про 2) 736 .63/123 = 5.99 кмоль / год
13. Кількість HN О 3 пройшов на обидві реакції:
w о (HN О 3) = w 1 (HN Про 3) + w 2 (HN О 3)
w 1 (HN О 3) = w НД (С 6 Н 5 N О 2) = 8.47 кмоль / год
w 2 (HN О 3) = w (С 6 Н 4 (N О 2) 2) = 2.48 кмоь / год
w о (HN О 3) = 10.95 кмоль / год
не прореагованою
w ост (HN О 3) = w ост (HN О 3) - w о (HN О 3) = 22.19 - 10.95 = 11.24 кмоль / год
m ост (HN Про 3) = 11.24 * 65 = 708.12 кг / год
14. Маса і кількість води, отриманої у другій реакції:
w (Н 2 О) (2) = w (С 6 Н 4 (N О 2) 2) = 2.48 кмоль / год
m (Н 2 О) (2) = 2.48 * 18 = 44.64 кг / год
Технологічні та техніко-економічні показники процесу
Пропускна здатність установки: 8216,56 кг / год
Конверсія або ступінь перетворення бензолу =
= M (C 6 H 6) подано - M (C 6 H 6) непрореагировавшего / M (C 6 H 6) подано = 1547.94-(840.84 +46.44) * 1547ю94 = 0.49%
Теоретичні витратні коефіцієнти:
з С 6 Н 6:
s т С 6 Н 6 = Mr (C 6 H 6) / Mr (C 6 Н 5 NO 2) = 78 / 123 = 0,63 кг / кг;
по Н N О 3:
s т Н N О 3: = Mr (Н N О 3) / Mr (C 6 Н 5 NO 2) = 63 / 123 = 0,51 кг / кг.
Фактичні витратні коефіцієнти:
з С 6 Н 6:
s ф С6Н6 = m (C 6 H 6) техн / m (C 6 Н 5 NO 2) = 1547.94 +12.48 / 736.63 = 2.12 кг / кг;
s ф Н N О3 = m (Н N О 3) техн / m (C 6 Н 5 NO 2) = 1397.79 +3900.5 +1357.85 / 736.63 = 9.03 кг / кг.
Вихід на подану сировину C 6 Н 5 NO 2:
Фактичний вихід:
Q Ф = m (C 6 Н 5 NO 2) = 736.63 кг;
Теоретичний вихід:
Mr (С 6 Н 6) ¾ Mr (C 6 Н 5 NO 2), 78 ¾ 123,
m (С 6 Н 6) ¾ Q Т; 1547.94 ¾ Q Т;
Q Т = (1547.94 * 123) / 78 = 2440.98 кг;
Вихід C 6 Н 5 NO 2 по бензолу:
b С6Н6 = Q Ф / Q Т * 100% = 736.63 / 2440.98 * 100% = 30.18%
5. Вихід на перетворене сировина:
Mr (С 6 Н 6) ¾ Mr (C 6 Н 5 NO 2), 78 ¾ 123,
m (С 6 Н 6) ¾ Q Т; 660.66 ¾ Q 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
Оптова фірма хімічної сировини пропонує організацію оптових поставок нітробензолу в якості сировини для виробництва аніліну та селективного розчинника при очищенні нафтових мастил.
Великим хімічним підприємствам
спеціальні знижки!
Замовляючи нітробензол у нас ви економите на вартості сировини і знижуєте собівартість своєї продукції!
Звертатися за адресою: м. Казань
вул. Магістральна 76. ТОВ «Нітробензолхім»
тел. 256-67-89.
Список літератури:
1. Лебедєв М.М. Хімія і технологія основного органічного і нафтохімічного синтезу. Вид. 2-е, пров. М., «Хімія», 1975, 736 с.
2. Юкельсон І.І. Технологія основного органічного синтезу. М.: «Хімія», 2008, 846 с.
3. Загальна хімічна технологія / Под ред. А.Г. Амеліна. М.: «Хімія», 2007, 400 с.
4. Розрахунки хіміко-технологічних процесів / Под ред. І.П. Мухленова. Л.: Хімія, 2009, 300 с.
5. С.І. Вольфкович Загальна хімічна технологія. М.: Державне науково-технічне видавництво хімічної літератури. 2009, 633с.