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. Теоретическаячасть
Технологическая схема производстванитробензола
2. Практическаячасть
Материальный баланс процесса.
Технологические итехнико-экономические показатели процесса
3. Реклама
Список литературы
Задание:
1. Составить иописать технологическую схему производства нитробензола
2. Составитьматериальный баланс процесса
3. Рассчитатьтехнологические и технико-экономические показатели
4. Реклама
В основу расчетапринять следующие реакции
C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O
C6H5NO2+HNO3→C6H4(NO2)2+H2O
Исходные данные:
Производительность установки, т/сут:
1. по нитробензолу
2. по динитробензолу
25
10
Конверсия бензола %
Концентрация бензола % масс
44
99.2
Состав нитрующей смеси % масс
1. азотная кислота
2. серная кислота
3. вода
21
58.6
20.4 Массовое соотношение бензол-нитрирующая смесь 1: 4.3 Потери бензола % масс 3
1. Теоретическаячасть
Технологическаясхема производства нитробензола
Нитробензол(темп, пл, +5,7°, темп. кип. 210,9°) представляет собой нерастворимую в водежелтоватую жидкость с запахом горького миндаля; ядовит, как всенитросоединения.
Впервыенитрование бензола было осуществлено Митчерлихом. В промышленности оно былоначато в 1847 г.
Нитрующуюсмесь для нитрования бензола до нитробензола составляли с таким расчетом, чтобыколичество азотной кислоты лишь немного превышало теоретическое, а серную кислотуберут в таком количестве чтобы к концу процесса нитрования в отработанной кислотесодержалось около 70%
Нитрованиепроводится при 40°. Повышение температуры способствует образованию динитробензола.
Процесснитрования можно проводить по периодической, и по непрерывной схеме.
Припериодической процесс начинают с наполнения нитратора бензолом затем включают печку,подогревают бензол до 40 — 45° и постепенновводят нитрующую смесь, регулируя поступление и охлаждение нитратораводой таким образом, чтобы поддерживать температуру процесса около 40°.
Закончивприливание нитрующей смеси, прекращают охлаждение и дают температуре поднятьсядо 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 содержимоенитратора сливают или передавливают в сифонную трубку в отстойник-сепаратор,представляющий собой цилиндрический аппарат с коническим дном и мешалкой. Вотстойнике продукты нитрования разделяются на два слоя: верхний — нитрообензольныйи нижний — кислотный. Из отстойника отработанная кислота, содержащая 70—72% H2SO4, небольшое количество окисленныхпродуктов, окислов азота и растворенного и эмульгированного бензола, поступаетв сборник. Сырой нитробензол промывают в отстойнике несколько раз холоднойводой, а затем раствором соды.
Начинаяс 30-х годов XX века,нитробензол на крупных установках стали получать непрерывным методом. Впроцессах непрерывного нитрирования бензола применяются нитраторы различныхсистем. Простотой, надежностью конструкции отличается нитратор с вертикальной циркуляциейреакционной массы (рисунок 2).
Такойнитратор представляет собой чугунный, или выполненный кислотоупорной сталикотел с змеевиками и быстроходной пропеллерной мешалкой, помещенной внутринаправляющего вертикального стального цилиндра. Бензол и нитрующая смесь непрерывнопоступают через трубки в центральную часть нитратора смешиваются с его содержимым,скользят.снизу вверх, омывая змеевики, а затем сверху вниз через направляющийцилиндр. Избыток реакционной смеси непрерывно отводится из штуцера в верхней частинитратора.
Рисунок 1. Типоваясхема процесса получения нитросоединений/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/>/> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/> Нитрирующая смесь
/>
отработанная Кислый
кислота нитропродукт/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
/> Исходное Промытая
/>/> вещество и отработ.
нитропродукт кислота
На денитрацию
Промывка и концентрирование
/>/>вода/> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> /> />
раствор
Nа2СО3 Промывныеводы
Нитропродукт
Рисунок 2. Нитраторнепрерывного действия.
/>
Длядоведения реакции нитробензола до конца выходящую из нитратора реакционнуюсмесь будут дополнительно выдерживать в цилиндрическом резервуаре с мешалкой(дозреватель). Остальные процессы отстаивание и промывка сырого нитробензола — такжелегко осуществляются по непрерывкой схеме.
2. Практическаячасть
Материальный баланспроцесса ПРИХОД РАСХОД Кг/ч Кмоль/ч Кг/ч Кмоль/ч
С6Н6
HNО3
Н2SO4
Н2О(пр)
С6Н5NО2
С6Н4(NО2)2
Н2О(1)
Н2О(2)
Примесь бензола
1547.94
1397.79
3900.5
1357.85
-
-
-
-
12.48
19.85
22.19
39.78
75.42
-
-
-
-
-
840.84+46.44потери
708.12
3900.5
1357.85
736.63
416.67
152.46
44.64
12.48
10.78+0.6потери
11.24
39.78
75.42
5.99
2.48
8.47
2.48 Σ = 8216.56 Σ = 8216.63
Mr(C6H6)=12*6+6=78 кг/кмоль
Mr(HNО3)=1+14+16*3=63 кг/кмоль
Mr(Н2SO4)=32.06+2+16*4=98.06 кг/кмоль
Mr(С6Н5NО2)=12*6+5+14+16*2=123кг/кмоль
Mr(С6Н4(NО2)2)=12*6+4+14*2+16*4=168кг/кмоль
Mr(Н2О)=18кг/кмоль
1. Производительностьустановки по нитробензолу:
mвсего(С6Н5NО2) = 25т/сут = 25 *1000/24 = 1041.67 кг/ч
wвсего(С6Н5NО2) = 1041.67/123 = 8.47кмоль/ч
2. Количествопрореагировавшего бензола, исходя из уравнения реакции:
wпрор(C6H6) = w(С6Н5NО2) = 8.47 кмоль/ч
mпрор(C6H6) = 8.47 * 78 = 660.66 кг/ч
3. Учитывая конверсию,всего чистого бензола было:
660.66 – 44 %
х – 100 %
х= mчист(C6H6) = 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 = mчист всего(C6H6) = 1501.5 * 100/97 = 1547.94 кг
wчист всего(C6H6) = 1547.94/78 = 19.85 кмоль/ч
mпотерь(C6H6) = 1547.94 – 1501.5 = 46.44 кг
wпотерь(C6H6) = 46.44/78 = 0.6 кмоь/ч
5. Учитываяконцентрацию бензола 99.2 % масс, технического бензола, вступившего в реакцию:
1547.94 – 99.2 %
х – 100%
х = mтех(C6H6) = 1547.94 * 100/99.2 = 1560,42 кг
mпримеси(C6H6) = 1560.42 – 1547.94 = 12.48 кг/ч
6. Массовое соотношениебензол – нитрирующая смесь 1: 4,3
на 1 кг бензола берется 43 кг нитрирующей смеси, масса нитрирующей смеси:
mсмесь = mчист всего(C6H6) * 4.3 = 1547.94 * 4.3 = 6656.14 кг
7. Состав нитрирующейсмеси:
Ø азотнаякислота:
6656/14 –100 %
х – 21 %
х = m(HNО3) = 6656.14 * 21/100 = 1397.79 кг
w(HNО3) = 1397.79/63 = 22.19 кмоль/ч
Ø серная кислота
m(Н2SO4) = 6656.14 * 58.6/100 = 3900.5кг/ч
w(Н2SO4) = 3900.5/98.06 = 39.78 кмоль/ч
Ø вода
m(Н2О) = 6656.14 *20.4/100 = 1357.85 кг/ч
w(Н2О) = 1357.85/18 = 75.42 кмоль/ч
8. Количество воды изпервой реакции:
w(Н2О)(1) = w(С6Н5NО2) =8.47 кмоль/ч
m(Н2О)(1) = 8.47 * 18 =152,46 кг/ч
9. Не прореагировавшегобензола:
mнепр = mчист(C6H6) – mпрор(C6H6) = 840.84 кг/ч
wнепр(C6H6) = 840.84/78 10.78 кмоль/ч
10. Производительностьпо динитробензолу:
10т/сут = 10 * 1000/24= 416.67 кг/ч
w(С6Н4(NО2)2) =416.67/168 = 2.48 кмоль/ч
11. Количествонитробензола пошедшего на реакцию:
mвсего(С6Н5NО2) = w(С6Н4(NО2)2) = 2.48кмоль/ч
mпрор(С6Н5NО2) = 2.48 * 123 = 305.04 кг
12. Количествооставшегося нитробензола:
mвсего(С6Н5NО2) – mпрор(С6Н5NО2) = 1041.67 – 305.04 = 736.63 кг
wост(С6Н5NО2) 736.63/123 = 5.99 кмоль/ч
13. Количество HNО3 прошедшего на обереакции:
wо(HNО3) = w1(HNО3) + w2(HNО3)
w1(HNО3) = wвс(С6Н5NО2) = 8.47 кмоль/ч
w2(HNО3) = w(С6Н4(NО2)2) = 2.48кмоь/ч
wо(HNО3) = 10.95 кмоль/ч
не прореагировавший
wост(HNО3) = wост(HNО3) — wо(HNО3) = 22.19 – 10.95 = 11.24 кмоль/ч
mост(HNО3) = 11.24 * 65 = 708.12 кг/ч
14. Масса и количествоводы, полученной во второй реакции:
w(Н2О)(2) = w(С6Н4(NО2)2) = 2.48кмоль/ч
m(Н2О)(2) = 2.48 *18 =44.64 кг/ч
Технологические и технико-экономические показателипроцесса
1. Пропускнаяспособность установки: 8216,56 кг/ч
2. Конверсия илистепень превращения бензола =
=M(C6H6) подано – M(C6H6) непрореагировало / M(C6H6) подано = 1547.94-(840.84+46.44) * 1547ю94 = 0.49 %
3. Теоретическиерасходные коэффициенты:
по С6Н6:
sтС6Н6 = Mr(C6H6)/ Mr(C6Н5NO2) = 78 / 123= 0,63 кг/кг;
по НNО3:
sтНNО3:= Mr(НNО3) / Mr(C6Н5NO2) = 63/ 123 = 0,51 кг/кг.
4. Фактическиерасходные коэффициенты:
по С6Н6:
sфС6Н6 = m(C6H6)техн / m(C6Н5NO2) = 1547.94+12.48 / 736.63 = 2.12кг/кг;
sфНNО3 = m(НNО3)техн/ m(C6Н5NO2) =1397.79+3900.5+1357.85 / 736.63= 9.03 кг/кг.
Выходна поданное сырье C6Н5NO2 :
1) Фактическийвыход:
QФ = m(C6Н5NO2) = 736.63 кг;
2) Теоретическийвыход:
Mr(С6Н6)¾ Mr(C6Н5NO2), 78 ¾ 123,
m(С6Н6)¾ QТ; 1547.94 ¾ QТ ;
QТ = (1547.94 * 123) / 78 = 2440.98 кг;
Выход C6Н5NO2 по бензолу:
bС6Н6 = QФ / QТ * 100%= 736.63 /2440.98 * 100% = 30.18%
5. Выход на превращенноесырье:
Mr(С6Н6)¾ Mr(C6Н5NO2), 78 ¾ 123,
m(С6Н6)¾ QТ; 660.66 ¾ QТ ;
Qт' = 660.66 * 123/78 = 1041.81 кг
β' C6Н6 = QФ / QТ * 100 % = 736.63/1041.81 *100% =70.71 %
3. Реклама
/>
Оптоваяфирма химического сырья предлагает организацию оптовых поставок нитробензола вкачестве сырья для производства анилина и селективного растворителя при очисткенефтяных смазочных масел.
Крупнымхимическим предприятиям
специальныескидки!!!
Заказываянитробензол у нас вы экономите на стоимости сырья и снижаете себестоимость своейпродукции!!!
Обращатьсяпо адресу: г. Казань
ул. Магистральная76. ООО «Нитробензолхим»
тел.256-67-89.
Списоклитературы:
1.Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимическогосинтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия», 1975, 736 с.
2.Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза. М.: «Химия», 2008, 846с.
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.: Государственноенаучно-техническое издательство химической литературы. 2009, 633с.