對硝基苯甲醚的工藝設計

1、化工開發(fā)設計任務書題目:年產_286.767_噸對硝基苯甲醚部分工藝設計學生姓名_祁婕_班級08107341學號0810731219專業(yè)_應用化學指導教師_葉斌_一、任務和目的對硝基苯甲醚是一種重要的中間體,主要用于生產染料、農藥和醫(yī)藥工業(yè)中。對硝基苯甲醚的工藝設計的目的,主要是以專業(yè)基礎課的學習為基礎,針對要求的化工項目,設計合理的工藝流程,選擇相應的工藝設備等。解決化工產品生產車間設計實際問題的能力,掌握化工工藝流程設計、物料恒算、設備選型、車間工藝布置設計等的基本方法和步驟;從技術上的可行性與合理性兩個方面樹立正確的設計思想。通過本課程設計,提高運用計算機設計繪圖(AutoCAD的能力。

2、二、基本內容和要求學習工藝設計的基本原理、方法和應遵循的原則。能依據給出的設計要求和關鍵參數(shù),能設計提出合理的工藝流程。并用計算機畫出帶有工藝控制點的工藝流程圖。寫出工藝操作過程及過程分析、控制要點。學習查閱主要的工藝設計數(shù)據參考書,正確地進行工藝過程的物料衡算和熱量衡算并進行設備的選型和設計計算。完成設計說明書的編寫并提交打印件。三、時間安排1.設計時間為3周,即2011-10-24-2011-11-11。2.第一周進行課程設計動員、下達課程設計任務書;查閱資料、確定生產工藝;物料衡算;開始能量計算。3.第二周繼續(xù)查閱資料;能量計算;結合工程設備選型;繪制工藝流程圖。4.第三周結合工程實際收

3、集所需資料及檢索相關規(guī)范標準規(guī)范,以及計算的內容編寫設計說明書;裝訂并交設計報告。摘要本設計書設計了以對硝基氯苯、甲醇和氫氧化鈉為原料,用芐基三乙基氯化銨作相轉移催化劑,在常壓下合成對硝基苯甲醚的工藝路線。設計書中對比了不同的原料配比、不同的堿濃度、不同類的催化劑對產品質量和產率的影響,選擇了最優(yōu)的方案進行工業(yè)化放大,論證了工業(yè)放大的可行性。設計重點主要在:全流程物料衡算,熱量衡算,設備設計與選型,流程設計及車間布置設計。對全流程的熱量進行了衡算,確定了反應設備所需要的傳熱面積,又對全流程進行了物料衡算,結合所需傳熱面積,確定了反應器的參數(shù)。本設計書根據設計要求和關鍵參數(shù),設計了合理的工藝流程

4、,繪制了工藝流程圖。本設計書還給出了原料定額表、排出物料綜合表、原料消耗綜合表,并根據產品及原料的物化性質,給出了常用的安全的產品包裝、儲藏、運輸方式和安全注意事項。關鍵詞:對硝基氯苯,相轉移催化,對硝基苯甲醚,設計AbstractThis design document is mainly designed to on dinitrochlorobenzene, methanol and sodium hydroxide as raw material, benzyl triethyl ammonium chloride forphase-transfer catalysts, in atm

5、ospheric pressure synthesis of p-anisidine route. Design of focused primarily at: the whole process of material balance, caloric, equipment design and selection, process design and layout design workshop. Design book compares the different composition, different alkali concentration, different types

6、 of catalyst on product quality and yield, chose the best programmes for industrialized magnify, demonstrates the feasibility of industrial amplification. On the whole process of heat for accountancy, determines the reaction equipment needed for the heat transfer area, on the whole process material

7、balance, combined with the required heat transfer area, design stereotypia the reactor parameters. This design document according to the design requirements and key parameters, design presents a reasonable flow, and the computer draw with process control point of the process flow diagram. The PDD al

8、so discharged fixed tables, raw materials integrated comprehensive tables, the consumption of raw materials, and depending on the product table and the physical and chemical properties of raw materials, a well-known security products packaging, storage, transport and security considerations.Keywords

9、: Nitrochlorobenzene, PTC, p-anisidine, design目錄設計簡介 (1第一章設計依據及工藝路線 (21.1 產品的生產和應用 (21.2 設計依據與原則 (2第二章設計方案論證 (32.1 原料路線的選擇 (32.2 生產方法的可行 (32.3 生產規(guī)模的確定 (3第三章產品方案 (43.1 產品名稱與性質 (43.2 性狀及理化性質 (43.3 產品的質量規(guī)格 (43.4 產品的生產制度 (43.5 包裝與儲藏 (4第四章生產方法與主要工藝流程 (54.1 生產方法 (54.2 主要流程 (5第五章生產工藝控制和中間體質量標準 (65.1 生產工藝控制

10、 (65.2 中間體質量標準 (6第六章物料衡算 (76.1 配堿過程 (76.2 反應過程 (86.4結晶過程 (106.5 過濾過程 (116.6 洗滌過程 (126.7干燥過程 (13第七章能量衡算 (157.1 計算依據 (157.2 計算過程 (157.3 單號表 (17第八章工藝設備選型與設計計算 (188.1 設計方法與原則 (188.2 設計計算 (18第九章車間布置設計 (229.1 車間劃分依據 (229.2 車間的布置設計 (229.3 設備間的距離 (229.4 安全和防腐要求 (22第十章勞動組織和安全生產 (2310.1 安全生產 (23第十一章“三廢”及綜合處理

11、(2411.1 廢水的排放及處理 (2411.2 廢渣的排放及處理 (2411.3 廢氣的排放及處理 (25結束語 (26心得體會 (27參考文獻 (28附錄設備一覽表 (29附錄物料流程框圖 (30設計簡介對硝基苯甲醚又稱對硝基茴香醚(Pnitro anisole,是染料的重要中間體對氨基苯甲醚的重要前期化合物.對硝基苯甲醚的產量與質量直接影響著對氨基苯甲醚的產量與質量,因此長期以來不少學者對其合成進行了不少探討。對硝基苯甲醚主要用于制取棗紅色基GP、藍色鹽VB、色酚AS等染料,是重要的染料中間體。目前,國內生產對硝基苯甲醚的方法是以對硝基氯苯、甲醇和氫氧化鈉為原料,在0.3MPa的壓力下進

12、行甲氧基化反應,再經減壓蒸餾得對硝基苯甲醚1。反應需在壓力釜中進行,時間長,副產物多,甲醇用量大,轉化率及收率均低。針對上述工藝缺點,本設計采用相轉移催化法合成PNA,相轉移催化法不需要特殊的儀器設備,也不需要價格昂貴的無水溶劑或非質子溶劑,且反應條件溫和、操作簡單、副反應少,以克服現(xiàn)行工藝中反應條件要求苛刻,水解副產物多,廢水量大等缺點,創(chuàng)造更多的社會、經濟和環(huán)境效益。本次實踐對硝基苯甲醚的工藝設計的目的,主要是以專業(yè)基礎課的學習為基礎,針對要求的化工項目,設計合理的工藝流程,選擇相應的工藝設備等。解決化工產品生產車間設計實際問題的能力,掌握化工工藝流程設計、物料恒算、設備選型、車間工藝布置

13、設計等的基本方法和步驟;從技術上的可行性與合理性兩個方面樹立正確的設計思想。第一章設計依據及工藝路線1.1 產品的生產和應用對硝基苯甲醚(PNA,是十分重要的化工原料,用于制備多種染料、醫(yī)藥、食品添加劑。在染料工業(yè)中可用作染料中間體,制備色酚ASOL、大紅色酚B、直接湖藍6B、活性深藍KD7G等;有機工業(yè)中用于制造氨基苯甲醚、聯(lián)大茴香醚等;醫(yī)藥上用作合成愈創(chuàng)木酚等;印染工業(yè)用于制造潔凈劑Ls等。其合成路線主要有以下3種:對硝基苯酚與氯甲烷反應法、對硝基氯苯與甲醇鈉反應法和苯甲醚硝化法。對硝基苯酚與氯甲烷反應法和苯甲醚硝化法合成路線長,分離過程復雜,而且原料供應緊張,不適宜工業(yè)化生產1。目前,我

14、國多采用對硝基氯苯(PCNB法。在大量甲醇存在下與固體NaOH 在加壓釜中反應約10 13h合成PNA。但該工藝存在著甲醇消耗量大,反應時間長,反應收率低,副產物生成量大,環(huán)境污染嚴重等問題。1.2 設計依據與原則對硝基苯甲醚可用于合成藍色鹽VB、棗紅色基GP、色酚AS等染料和醫(yī)藥產品等,是重要的染料和醫(yī)藥中間體。它的質量優(yōu)、劣取決于對硝基苯甲醚的質量。對硝基苯甲醚的制備主要有以下幾種方法:對硝基氯苯加壓下甲氧基化、對硝基氯苯常壓下甲氧基化、利用相轉移催化劑對對硝基氯苯進行甲氧基化。由于前兩種方法操作較繁瑣,產品產量和質量不高,而相轉移催化法不需要特殊的儀器設備,也不需要價格昂貴的無水溶劑或非

15、質子溶劑,且反應條件溫和、操作簡單、副反應少,近年來,相轉移催化法制取醚類化合物,已有很多文獻報導。醚類合成的相轉移催化劑,多采用季銨鹽、季磷鹽、冠醚以及線狀聚氧乙烯化合物。但季銨鹽的乳化作用明顯,給產物的分離、純化會帶來一定的困難;冠醚類價格昂貴,且有毒性,應用亦受到一定限制。因此成為近年來的研究熱點2。相轉移催化反應的基本原理,是利用催化劑的分子結構中既有可溶于水相,又可溶于有機相的官能團。對于親和取代反應,在少量水存在時,催化劑可先與水相中的親核試劑反應形成離子對,使原來不溶于有機相的親核試劑易入有機相中參與反應。第二章設計方案論證2.1 原料路線的選擇對硝基苯甲醚是合成醫(yī)藥,有機染料和

16、顏料等重要原料,歷來的合成路線主要有3種:對硝基苯酚與氯甲烷反應法、苯甲醚硝化法和對硝基氯苯和甲醇鈉反應法。前兩種方法因為合成路線長,分離過程復雜,且原料供應緊張,不適宜工業(yè)化生產,目前我國都采用對硝基氯苯法,在大量甲醇存在下和固體氫氧化鈉在加壓釜中反應約10h-13h合成PNA。但該工藝存在著甲醇消耗量大,反應時間長,反應收率低,副產物生產量大,環(huán)境污染嚴重等問題。根據上述工藝缺點,采用相轉移催化法合成PNA,以克服現(xiàn)行工藝中反應條件苛刻,水解副產物多,廢水量大等缺點,所以采用相轉移催化法能創(chuàng)造更多的社會、經濟和環(huán)境的效益3。通過對不同工藝路線的研究和對比,確定了以對硝基氯苯、甲醇和氫氧化鈉

17、為原料,用芐基三乙基氯化銨作相轉移催化劑,在常壓下合成對硝基苯甲醚的工藝路線。2.2 生產方法的可行本工藝應用對硝基氯苯與甲醇反應,以TEBAC為相轉移催化劑制得對硝基苯甲醚。反應如下:ClC6H4NO2+CH3OH+NaOH+TEBACNO2C6H4OCH3反應溫度80,反應時問10h的條件下成了對硝基甲醚。對硝基氯苯的轉化率為96.71%,對硝基苯甲醚的收率87.42%,純度為99%。此工藝操作簡單,副反應少,季銨鹽的催化效果好。季銨鹽作為催化劑雖然不太穩(wěn)定,但卻是相轉移催化劑中研究的最早、應用較廣的一類相轉移催化劑。同時,隨著氫氧化鈉用量增加,轉化率增高。因此本反應選則了35%的NaOH

18、溶液。本工藝反應條件溫和,在常壓下,反應時間短,轉化率和收率均高,是一條可行的新的工藝路線和方法。本反應需要進行2次結晶,借此保證產品的純度。2.3 生產規(guī)模的確定工業(yè)化日產量:868.77kg平均工作日:300天工業(yè)化年產量:260.63噸/年第三章產品方案3.1 產品名稱與性質名稱:對硝基苯甲醚中文別名:4-硝基苯甲醚,對硝基茴香醚, 對硝基苯甲醚, 對甲氧基硝基苯英文別名:4-Nitroanisole,p-Nitroanisole, p-Methoxynitrobenzene, p-Nitrophenyl methyl ether, 1-Methoxy-4-nitrobenzene分子式

19、:C7H7NO3性質:黃色梭柱體結晶。3.2 性狀及理化性質分子量:153.14 沸點:274熔點:54溶解性:易溶于醇、醚和沸石油醚,微溶于冷石油醚,水中溶解度約為7 %。密度:相對密度(水=11.20 穩(wěn)定性:穩(wěn)定危險標記:14(有毒品 主要用途:用作有機合成中間體43.3產品的質量規(guī)格產品PNA的收率大于95%(按對硝基氯苯計算,經氣相色譜分析,產品純度>99.0%對硝基氯苯工業(yè)品(>99%,甲醇(AR氫氧化鈉(AR3.4 產品的生產制度工業(yè)化日產量:868.77kg平均工作日:300天工業(yè)化年產量:260.63t/Y3.5 包裝與儲藏危險貨物編號:61697UN編號:273

20、0包裝類別:O53包裝方法:液態(tài):小開口鋼桶;螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐外普通木箱;螺紋口玻璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼板桶(罐外滿底板花格箱、纖維板箱或膠合板箱。固態(tài):塑料袋或二層牛皮紙袋外全開口或中開口鋼桶;螺紋口玻璃瓶、鐵蓋壓口玻璃瓶、塑料瓶或金屬桶(罐外普通木箱;螺紋口玻璃瓶、塑料瓶或鍍錫薄鋼板桶(罐外滿底板花格箱、纖維板箱或膠合板箱5。儲存:密封陰涼保存第四章 生產方法與主要工藝流程4.1 生產方法使用間歇式反應,在常壓下用氫氧化鈉,甲醇與對硝基氯苯反應,TEBAC 為相轉移催化劑,制取對硝基苯甲醚。4.2 主要流程:圖4.2 主要流程示意圖配堿 反應 回收、結晶洗滌

21、過濾重結晶洗滌過濾重結晶洗滌過濾 氫氧化鈉 甲醇、對硝基氯苯、TEBAC干燥產品混合反應氫氧化鈉水35%氫氧化鈉溶液反應35%氫氧化鈉溶液產物甲醇、對硝基氯苯、TEBAC洗滌、過濾粗結晶結晶產物回收甲醇母液結晶第五章生產工藝控制和中間體質量標準5.1 生產工藝控制影響此反應的主要因素有:氫氧化鈉的濃度、配料比、催化劑的用量和種類、反應時間、反應溫度等。當堿濃度增加,轉化率及收率均提高,但成本也有所提高。當催化劑的用量<1%時,催化效量不好,用量達6%(摩爾數(shù)時催化效果較理想,由于催化劑交換量一般為3mmol/g,所以加入量約10 %(重量。隨著反應時間的延長,轉化率上升,剛開始時轉化率轉

22、快,隨著反應進行,轉化率趨于平緩。配堿過程中控制35%氫氧化鈉的溫度,溫度控制在65。反應過程溫度控制在70,甲醇回流過程溫度控制在80,離心分離過程注意結晶的顆粒度,速度不能太快也不能太慢,能控制晶體顆粒度小一些。5.2 中間體質量標準序號名稱規(guī)格分子量1 甲醇0.98 32.042 對硝基氯苯0.988 157.563 氫氧化鈉0.98 40.014 水 1.00 18.015 TEBAC 0.99 227.78各步反應的收率:配堿主反應回收結晶過濾洗滌干燥100% 96.78% 98% 98% 99%實驗產品含水量5%實際得到產品量=產量×(1-5%=G實際得到產品×

23、(1-5%=37.4×(1-5%=35.53g 對硝基氯苯投入摩爾量=對硝基氯苯投入質量×規(guī)格/對硝基氯苯分子量=G對硝基氯苯×0.988/M對硝基氯苯=39.4×0.988/157.56=0.2471mol對硝基苯甲醚理論產量=對硝基氯苯投入摩爾量×對硝基苯甲醚分子量=G投入對硝基氯苯×M對硝基苯甲醚=0.2471×153.14=37.84g折純對硝基苯甲醚量=實際得到產品量×規(guī)格=G實際得到產品×0.99=35.53×0.99=35.1747g總收率=折純對硝基苯甲醚量/對硝基苯甲醚理論=3

24、5.174/37.84=0.9296=92.96%總收率=各部收率乘積=Y配堿收率×Y硝化反應收率×Y回收甲醇冷卻純品收率×Y過濾洗滌收率×Y干燥收率主反應收率=92.96%/(100%×98%×99%×99%=96.78%第六章 物料衡算6.1配堿過程氫氧化鈉工業(yè)量=氫氧化鈉×28000=G 投料氫氧化鈉×28000=672kg氫氧化鈉折純量=氫氧化鈉工業(yè)量×規(guī)格=G 工業(yè)氫氧化鈉×S 氫氧化鈉=672×98%=658.56kg氫氧化鈉摩爾數(shù)=氫氧化鈉折純量/氫氧化鈉分子量

25、=G 純氫氧化鈉/M 氫氧化鈉=658.56/M 氫氧化鈉=658.56/0.04001kg/mol=16459.9mol氫氧化鈉體積=氫氧化鈉工業(yè)品量/氫氧化鈉密度=G 純工業(yè)氫氧化鈉/氫氧化鈉=672/2130=0.31549m3水工業(yè)量=水投料量×28000=G 投料水×28000=45g×28000=1260kg 水折純量=水工業(yè)量×規(guī)格=G 工業(yè)水量×S 水=1260×100%=1260kg水摩爾數(shù)=水折純量/水分子量=G 純水/M 純水=1260/0.01801=69961.13mol 水體積=水工業(yè)品量/水密度=G 工業(yè)

26、水/水=1260/1000=1.26m 3名稱 規(guī)格 分子量 工業(yè)量/kg組分 折純量 摩爾數(shù)密度g/cm 3 體積/m 3 氫氧化鈉 0.98 40.01 672NaOH 658.56 658.56 16459.9 2.13 0.31549雜質 13.44 水1.00 18.01 1260 水 12601260 69961.13 1 1.26 總計19321918.56 86421.031.575氫氧化鈉溶液質量=水的質量+氫氧化鈉工業(yè)量=G 水+G 純氫=1260+672=1932kg 雜質的質量=工業(yè)氫氧化鈉帶入的雜質量+水中雜質的量=G 工業(yè)氫氧化鈉帶入的雜質+G 水中雜質=672&#

27、215;名稱質量/kg 組分密度g/cm 3 體積/m 3 35%氫氧化鈉 1932kg NaOH 658.56 1.38 1.3 H2O 1260 雜質 13.44kg混合反應水氫氧化鈉溶液氫氧化鈉6.2反應過程圖6.2 反應過程示意圖甲醇工業(yè)品量=甲醇投料量×28000=m 投料甲醇×28000=60.968×28000=1707.12kg 甲醇折純量=甲醇工業(yè)量×規(guī)格=1707.12×98%=1672.978kg甲醇摩爾數(shù)=甲醇折純量/甲醇分子量=m 純甲醇/M 甲醇=1672.978/0.03204 =52215.31mol甲醇體積=甲

28、醇工業(yè)品量/甲醇密度=m 工業(yè)甲醇/甲醇=1707.12/791.8=2.157m 3對硝基氯苯工業(yè)品量=對硝基氯苯投料量×28000=m 投料對硝基氯苯×28000=39.4×28000 =1103.2kg對硝基氯苯折純量=對硝基氯苯工業(yè)量×規(guī)格=m 對硝基氯苯工業(yè)量×S 規(guī)格=1103.2×98.8% =1089.962kg對硝基氯苯摩爾數(shù)=對硝基氯苯折純量/對硝基氯苯分子量=m 純對硝基氯苯/M 對硝基氯苯分子量=1089.962/0.15756=6918mol對硝基氯苯體積=對硝基氯苯工業(yè)品量/對硝基氯苯密度=m 工業(yè)對硝基氯

29、苯/對硝基氯苯密度=1103.2/1520=0.72579m 3氫氧化鈉工業(yè)品量=氫氧化鈉投料量×28000=m 投料氫氧化鈉×28000=24×28000=672kg氫氧化鈉折純量=氫氧化鈉工業(yè)量×規(guī)格=m 工業(yè)氫氧化鈉×S 氫氧化鈉=672×98%=658.56kg氫氧化鈉摩爾數(shù)=氫氧化鈉折純量/氫氧化鈉分子=658.56/0.04001=16459.9mol 氫氧化鈉體積=氫氧化鈉工業(yè)品量/氫氧化鈉密度=672/2130=0.31549m 3 水工業(yè)品量=水投料量×28000=m 投料水×28000=1260

30、kg 水折純量=水工業(yè)量×規(guī)格=G 工業(yè)水量vS 水=1260×100%=1260kg水摩爾數(shù)=水折純量/水分子量=G 純水/M 純水=1260/0.01801=69961.31mol 水體積=水工業(yè)品量/水密度=G 工業(yè)水/水=1260/1000=.126m 3 TEBAC 工業(yè)品量=TEBAC 投料量×28000=m 投料TEBAC ×28000=4×28000=112kg TEBAC 折純量=TEBAC 工業(yè)量×規(guī)格=m 工業(yè)TEBAC ×S TEBAC =112×99%=110.88kg TEBAC 摩爾數(shù)

31、=TEBAC 折純量/TEBAC 分子=m TEBAC /M TEBAC =110.88/0.22778=486.79mol序號名稱 規(guī)格 分子量 工業(yè)品量折純量 摩爾數(shù) 密度 體積 雜質 1 甲醇0.98 32.04 1707.12 1672.97852215.31 0.7918 2.155 34.104 2 對硝基氯苯0.988 157.56 11103.2 1089.962 6918 1.52 0.845 13.2383 氫氧化鈉 0.99 40.01 672 658.56 16459.92.130.31549 13.44 4 水 1.00 18.01 1260 126069961.31

32、 1.001.26反應 氫氧化鈉溶液甲醇、對硝基苯甲醚、氯化鈉、雜質 甲醇、對硝基氯苯、對硝基苯酚鈉、TEBAC 、氫氧化鈉、水5 TEBAC 0.99 227.78 112 110.88 486.79 1.126 總共4854.3 61.902對硝基苯甲醚摩爾量=對硝基氯苯摩爾量×反應收率=G對硝基氯苯×0.93=6918×0.93=6433.7mol對硝基苯甲醚質量=對硝基苯甲醚摩爾量×對硝基苯甲醚分子量=G對硝基苯甲醚×M 對硝基苯甲醚=6433.7×0.1534=985.26kg氯化鈉摩爾量=對硝基氯苯摩爾量×(主反

33、應收率+副反應收率=G對硝基氯苯×(0.93+0.01=6502.92mol氯化鈉質量=氯化鈉摩爾量×氯化鈉分子量=G氯化鈉×M氯化鈉=6502.92×0.05844=380.03kg對硝基苯酚鈉摩爾量=對硝基氯苯摩爾量×副反應收率=G對硝基氯苯×0.01=6918×0.01=69.18mol對硝基苯酚鈉質量=對硝基苯酚鈉摩爾量×對硝基苯酚鈉分子量=G對硝基苯酚鈉×M 對硝基苯酚鈉=69.18×0.16109=11.144kg水的摩爾量=水的進料摩爾量+對硝基氯苯摩爾量×(主反應收率+

34、副反應收率=G水+G對硝基氯苯×(0.93+0.01=76464.05mol水的質量=水的摩爾量×水的分子量=G水×M水=76464.05×0.01801=1377.12kg雜質的質量=雜質的進料質量+(1-主反應收率-副反應收率×對硝基氯苯摩爾量×對硝基氯苯分子量=68.259+(1-0.93-0.01×G對硝基氯苯×M對硝基氯苯=61.902+(1-0.93-0.01×6918×0.15756=127.302kg甲醇摩爾量=甲醇進料摩爾量-對硝基氯苯摩爾量×主反應收率=G進料甲醇-

35、G對硝基氯苯×主反應收率=52215.31-6918×0.93=45781.6mol甲醇質量=甲醇的摩爾量×甲醇的分子量=G甲醇×M甲醇=45781.6×0.03204=1466.84kkg氫氧化鈉摩爾量=氫氧化鈉進料摩爾量-對硝基氯苯摩爾量×(主反應收率+2×副反應收率=G氫氧化鈉-G對硝基氯苯(0.93+2×0.01=16459.9-6918(0.93+2×0.01=9887.8mol氫氧化鈉質量=氫氧化鈉摩爾量×氫氧化鈉分子量=G氫氧化鈉×M氫氧化鈉=9887.8×0.

36、04001=395.61kg序號名稱分子量質量摩爾量密度體積1 對硝基苯甲醚153.14 985.26 6433.72 氯化鈉58.44 380.03 6502.923 對硝基苯酚鈉161.09 11.144 69.184 水18.01 1377.12 76464.05 15 TEBAC 227.78 110.88 486.796 雜質未知127.302 未知7 甲醇32.04 1466.84 45781.6 0.79188 氫氧化鈉40.01 395.61 9887.8 2.139 總共4854.26.3 甲醇回收甲醇、對硝基苯甲醚、氯化鈉、雜質產物回收甲醇對硝基苯酚鈉、TEBAC、氫氧化鈉

37、、水甲醇、對硝基苯甲醚、氯化鈉、雜質對硝基苯酚鈉、TEBAC、氫氧化鈉、水圖6.3甲醇回收示意圖甲醇回收過程的進料等于反應過程的出料,其中沒有物料變化,各物質的量守恒。出料分為兩部分,一部分為氣相,一部分為液相氣相:回收的甲醇摩爾量=甲醇進料摩爾量×甲醇的回收率=G甲醇×75%=45781.6×75%=34336.2mol回收甲醇的質量=回收甲醇摩爾量×甲醇分子量=G甲醇×M甲醇=34336.2×0.03204=1100.13kg 液相:剩余甲醇摩爾量=進料甲醇摩爾量-回收甲醇摩爾量=G進料甲醇-G出料甲醇=45781.6-34336

38、.2=11555.4mol剩余甲醇的質量=剩余甲醇摩爾量×甲醇分子量=G剩余甲醇×M甲醇=11555.4×0.03204=370.34kg回收的甲醇和水摩爾量=回收甲醇摩爾量/0.85=G回收甲醇/0.85=34336.2/0.85=40395.53mol回收甲醇和水的質量=回收甲醇和水摩爾量×甲醇分子量=G回收甲醇和水×M甲醇=40395.53×0.03204=1294.27kg剩余甲醇體積=370.34/0.7918×1000=0.4677m3含水摩爾量=回收甲醇和水摩爾量-回收甲醇摩爾量=G回收甲醇和水-G甲醇=403

39、95.53-34336.2=6059.33mol含水質量=進料水質量+含水摩爾量×水分子量=m水+G水×M水=1377.12+6059.33×0.01801=1486.25kg回收水的質量=1294.27-1100.13=194.14kg回收水摩爾量=194.14/0.01801=10779.57mol水的質量=水總質量-回收水質量=m水總-m回收水=11438.73-194.14=11244.59kg6.4結晶 圖6.4 結晶流程圖結晶過程的進料量等于回收過程的出料量名稱分子量質量摩爾量對硝基苯甲醚153.14 985.26 6433.7氯化鈉58.44 380

40、.03 6502.92 對硝基苯酚鈉161.09 11.144 69.18水18.01 11244.59 624352.58TEBAC 227.78 110.88 486.79雜質127.302甲醇32.04 370.34 11555.4氫氧化鈉40.01 395.61 9887.8出料:結晶過程對硝基苯甲醚收率98%。分為固相和母液固相對硝基苯甲醚質量=進料對硝基苯甲醚質量×收率=m對硝基苯甲醚×98%=985.26×98%=965.55kg固相對硝基苯甲醚摩爾量=對硝基苯甲醚質量/分子量=m對硝基苯甲醚/M對硝基苯甲醚=965.55/0.15314=6305.

41、02mol母液對硝基苯甲醚質量=對硝基苯甲醚進料質量×(1-收率=m對硝基苯甲醚×(1-98%=985.26×(1-98%=19.71kg母液對硝基苯甲醚摩爾量=母液對硝基苯甲醚質量/分子量=m對硝基苯甲醚/M對硝基苯甲醚=19.71/0.15314=128.71mol名稱分子量質量摩爾量對硝基苯甲醚153.14 固相965.55 固相6305.02液相19.71 液相128.71氯化鈉58.44 380.03 6502.92對硝基苯酚鈉161.09 11.144 69.18水18.01 11244.59 624352.58TEBAC 227.78 110.88

42、486.79雜質127.302甲醇32.04 370.34 11555.4氫氧化鈉40.01 395.61 9887.86.5過濾 圖6.5過濾流程圖進料等于結晶出料出料:出料含濾餅和母液,對于濾餅,規(guī)格為0.99,含水量為20%,則有總濾餅對硝基苯甲醚質量=進料對硝基苯甲醚質量/規(guī)格×(1-20%=m對硝基苯甲醚/0.99×0.8=965.55/0.99×0.8=1219.13kg濾餅含水質量=總濾餅對硝基苯甲醚質量×含水量=m總濾餅對硝基苯甲醚×0.2=243.83kg 濾餅中雜質質量=總濾餅對硝基苯甲醚質量-進料固相對硝基苯甲醚質量-濾餅

43、含水質量=m總濾餅對硝基苯甲醚-m進料對硝基苯甲醚-m濾餅含水=1219.13-965.55-243.83=9.75kg對于母液I除剩余80%水和溶解在溶液中的對硝基苯甲醚外,其他物質的量與進料物料相等母液中的水質量=過濾過程進料水質量-濾餅含水質量=m進料水-m濾餅含水=11244.59-243.83=11000.76kg水的摩爾量=母液中水質量/分子量=m母液水/M水=11000.76/0.01801=610813.99mol表6.5過濾出料物料表名稱分子量質量摩爾量對硝基苯甲醚153.14 1219.13 6433.7氯化鈉58.44 380.03 6502.92對硝基苯酚鈉161.09

44、 11.144 69.18水18.01 濾餅243.83 濾餅13538.59母液I 11000.76 母液I 610813.99 TEBAC 227.78 110.88 486.79雜質9.75甲醇32.04 370.34 11555.4氫氧化鈉40.01 395.61 9887.86.6洗滌 圖6.6 洗滌流程圖進料等于過濾出料表洗滌過程加水量為過濾過程濾餅的2.5倍,即加水質量=濾餅對硝基苯甲醚質量×2.5=m濾餅對硝基苯甲醚×2.5=1219.13×2.5=3047.83kg加水摩爾量=加水質量/水分子量=m加水/M水=3047.83/0.01801=16

45、9229.87mol加水體積=加水質量/水密度=m加水/水=3047.83/1000=3.05m3洗滌收率99%:濾餅對硝基苯甲醚質量=總濾餅對硝基苯甲醚質量×99%=1219.13×99%=1206.94kg對硝基苯甲醚規(guī)格0.99,則此時濾餅含水20%純對硝基苯甲醚質量=濾餅對硝基苯甲醚質量×0.99×80%=m濾餅對硝基苯甲醚×0.99×80%=1206.94×0.99×0.8=955.89kg純對硝基苯甲醚摩爾量=純對硝基苯甲醚質量/對硝基苯甲醚分子量=m純對硝基苯甲醚/M對硝基苯甲醚=955.89/0.1

46、5314=6242.00mol則濾餅中含水20%,即濾餅含水質量=含水濾餅對硝基苯甲醚質量×含水量=m含水濾餅對硝基苯甲醚×0.99×0.2=238.97kg濾餅含水摩爾量=濾餅含水質量/水分子量=m濾餅水/M水=238.97/0.01801=13268.74mol濾餅含雜質質量=(濾餅對硝基苯甲醚質量-濾餅含水質量×(1-0.99=(m濾餅對硝基苯甲醚-m濾餅含水×(1-0.99=9.6797kg母液:剩余1%對硝基苯甲醚和水對硝基苯甲醚質量=濾餅對硝基苯甲醚質量×1%=m濾餅對硝基苯甲醚×0.01=1206.94

47、5;0.01=12.0694kg母液中水的質量=洗滌過程加水質量+(過濾濾餅含水量-洗滌濾餅含水量=m洗滌過程加水+(m過濾濾餅含水-m洗滌濾餅含水=3047.83+(243.83-238.97=3052.69kg水的摩爾量=母液水的質量/分子量=m母液水/M水=3052.69/0.01801=169449.72mol水的體積=母液水的質量/水的密度=m母液水/水=3052.69/1000=3.05269m3表6.6洗滌出料物料表名稱分子量質量摩爾量對硝基苯甲醚153.14 純955.89 6242.00母液12.0694氯化鈉58.44 380.03 6502.92對硝基苯酚鈉161.09

48、11.144 69.18水18.01 濾餅238.97 濾餅13268.74母液I 3052.69 母液I 169449.72 TEBAC 227.78 110.88 486.79雜質9.6797甲醇32.04 370.34 11555.4氫氧化鈉40.01 395.61 9887.86.7干燥 圖6.7 干燥流程圖進料等于洗滌出料表干燥后對硝基苯甲醚總質量=洗滌過程中濾餅對硝基苯甲醚質量×(1-20%=m洗滌過程濾餅對硝基苯甲醚質量×(1-20%=1206.94×0.8=965.55kg收率為99%,則干燥后對硝基苯甲醚質量=干燥后對硝基苯甲醚總質量×

49、收率=m干燥后對硝基苯甲醚×0.99=965.55×0.99=955.89kg干燥后對硝基苯甲醚摩爾量=干燥后對硝基苯甲醚質量/對硝基苯甲醚分子量=m干燥后對硝基苯甲醚/M對硝基苯甲醚=955.89/0.15314=6241.94mol濾餅含雜質質量=干燥后對硝基苯甲醚質量×(1-0.99=m干燥后對硝基苯甲醚×(1-0.99=955.89×0.01=9.56kg表6.6干燥出料物料表名稱分子量質量摩爾量對硝基苯甲醚153.14 955.89 6241.94氯化鈉58.44 380.03 6502.92對硝基苯酚鈉161.09 11.144 6

50、9.18水18.01 濾餅238.97 濾餅13268.74母液I 3052.69 母液I 169449.72 TEBAC 227.78 110.88 486.79雜質9.56甲醇32.04 370.34 11555.4氫氧化鈉40.01 395.61 9887.8第七章 能量衡算7.1 計算依據:以每天投料量為基準,以20為計算基準;甲醇進料溫度:20;堿液進料溫度:65;對硝基苯氯苯進料溫度:20;主反應溫度:70;回流冷凝量:2%/min ;配堿溶解升溫時間:0.5h ;反應時間:2h ;升溫到80時間:0.5h ;保溫回流時間:1h 。熱力學數(shù)據:名稱 熔點 沸點 Cp(KJ/Kg*K

51、 溶化熱 KCal/Kg生成熱KJ/mol 甲醇-97.8 64.7 2.54057 -238.57 對硝基苯甲醚54 274 1.28 -141.42 對硝基氯苯 83.5 242 1.073 31.51 -80.69 氯化鈉 800 1465 66.5574 -411 氫氧化鈉 322 1378 3.273452 -426.8 水1004.183-285.838溫度/25 28 49 60 71 82 比熱/(KcalKg -1-10.835 0.842 0.8480.852 0.853 0.85435% NaOH 溶解熱=-1058 KJ/Kg ;甲醇汽化熱=262.8Kcal/Kg 雜

52、質的比熱以反應物中質量最大的計算,即使用甲醇的比熱。 甲醇汽化熱=262.8kcal/kgHfCH3OH=-238.77KJ/mol ;HfNaCl=-407.398 KJ/mol ; HfNaOH=-469.64 KJ/mol ;HfCO 2=-393.70 KJ/molHfH 2O=-241.942(g=-285.98(l KJ/mol ;Ar -NO 2=54.4 KJ/mol Ar -Cl=-32.2 KJ/mol 反應過程主反應收率:0.93+NO 2Cl CH 3OH NaOHH 2ONaClNO 2 OCH 3+NO 2ClCH 3OH NaOHH 2ONaClNO 2OCH 3

53、70252570r H m7.2 計算過程: n=4×6+4-2=26-Hc=109.07n+k=109.07×26+54.4-32.2=2858.02Hf=6×(-393.70+2×(-285.98=-2934.16Hf=Hf-Hc=-2934.16+2858.02=-76.14KJ圖7.1 .2反應方程式n=4×7+7-2=32-Hc=109.07n+k=109.07×32+81.6+54.4=3626.24Hf=7×(-393.13+7/2×(-285.85=-3752.385Hf=Hf-Hc=-3752.3

54、85+3626.24=-126.145KJ Hr=(-126.145-407.398-285.98-(-76.14-238.77-469.64=-77.133KJ/molH2=Gi CPidT=GiCpi(T2-T1=(985.26/6433.7×1.28+(380.03/6502.92×66.5574+(1377.12/76464.05×55=228.85KJ/molHr=Hr+H2=-77.133+228.85=151.72KJ/mol冷凝 =8430Kcal/kmol查的Hr水=9729Kcal/kmol;Hr甲醇Q=CH3OH相變+H2O相變=n甲醇Hr甲

55、醇+n水Hr水=(1294.27-194.14×8430/32.04+(194.14/18.01×9729=289453.68+104874.41=394328.09kcal每小時Q=394328.09kcal/h=394328.09×1.16279=458520.76WQ=KAtm,取k=600,A=Q/ KAtm=458520.76/600×31.61=20.79m37.3 單耗表:表7.3生產1噸產品需要的原料量序號名稱分子量質量/kg 摩爾量/mol1 甲醇32.04 5.946 181.8792 對硝基氯苯157.56 3.847 24.124

56、3 氫氧化鈉40.01 2.343 57.4004 水18.01 4.394 243.9665 TEBAC 227.78 0.391 1.6986 總共16.921第八章設備選型與設計計算8.1 設計方法與原則反應器的種類很多,按照反應器進出物料的狀況,可以分為間歇式與連續(xù)式兩類。按照物料的流程。則可分為單程與循環(huán)兩大類。從反應器的結構形式來分,可以分成釜式、管式、塔式、同定床、流化床等多種反應器形式,它們適用于不同的化學反應,應根據物系反應機理來選擇6。在設備選型時,要認真地研究工藝的適應性、安全性問題,應根據工豈總的操作范同和操作特性之間的關系,通過對各設備的分析來確定設備的型式。設備使用

57、的材料應考慮工藝流體、流速、溫度、壓力以及流體反應特性和腐蝕特性等各種因素.選擇滿足耐腐蝕性、滿足強度要求以及可加工性的材料。設計時應確保溫度等控制在預定的范圍內。在工藝設計中采用減少進料量、控制某種物料的加熱速度,加大冷卻能力如外循環(huán)冷卻器的方法.或采用多段反應等措施來控制反應。如還不能避免,則應考慮其他的保護措施,如給反應器通入低溫介質,使反應器降溫;向反應器內輸入易揮發(fā)的液體,通過其揮發(fā)來吸收熱量;往反應器內加入阻聚劑來抑制反應速度。當設備內部充滿易燃物質時,要采用正壓操作,以阻止外部空氣滲入設備內等。設備從安全角度講,特別是高壓容器,不但要求有足夠的結構強度,防止爆裂,而且要求密封必須

58、良好,一定要有足夠的嚴密性,防止泄露。因為大量介質的泄露會引起火災或中毒,釀成巨禍。對高壓密封結構的要求,首先是安全可靠。運行過程巾,在溫度和壓力有波動仍要始終保持嚴密不漏。如果由于某種原因容器產生了超壓,那么容器就有可能因過度的塑性變形而遭到破壞,造成惡性事故。為了防止這種異常情況,一般在容器上裝有安全壓力釋放裝置。8.2 設計計算由物料衡算得配堿過程中將需要水的體積為 1.17m3,所以配堿使用的高位槽容量需大于1.17m3。配堿釜需裝入624kg氫氧化鈉,1170kg水。當配成溶液后35%NaOH溶液密度為1380kg/m3;則35%NaOH溶液體積為1.3m3。根據所定裝料系數(shù)=75%;則配堿釜體積=35%NaOH溶液體積/裝料系數(shù)=V35%NaOH/=1.3/75%=1.7333m3;查閱手冊1選定配堿釜為R24-0.7-11 A3F鋼制容器;攪拌器額定功率為1.53KW;轉速10750RPM;封頭為橢圓封頭。參數(shù)如下:公稱容積m3計算容積m3工作