Технология производства нитробензола (стр. 1 из 2)
Министерство Образования и Науки РФ
Казанский Государственный Технологический Университет
Кафедра общей химической технологии
КУРСОВАЯ РАБОТА
по предмету: Технология химических производств
на тему:
Технология производства нитробензола
Казань 2008
Задание
1. Составить и описать технологическую схему производства нитробензола
2. Составить материальный баланс процесса
3. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели
В основу расчета принять следующие реакции
C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O
C6H5NO2+HNO3→C6H4(NO2)2+H2O
Исходные данные:
| Пропускная способность установки по бензолу,т/год: | 1000 |
| Конверсия бензола %Концентрация бензола % масс | 4099 |
| Состав нитрующей смеси % масс1. азотная кислота2. серная кислота3. вода | 2059.6 20.4 |
| Массовое соотношение бензол: нитрирующая смесь | 1:4 |
 Потери бензола % массКоличество денитробензола, % масс, от количества нитробензола | 42 |
Теоретическая часть
Производство 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 кисоте содеожолсь 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 постепенно вводят 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% H2SO4, 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.
Рисунок 1.Типовая схема процесса получения нитросоединений.
| H2SO4 |
| HNO3 |
 |
 |
Нитрирующая смесь 
отработанная Кислый
кислота нитропродукт
 |  | |
 | ||
Исходное Промытая 
вещество и отработ.нитропродукт кислота
На денитрацию
вода  |
 |
 |
раствор
Nа2СО3 Промывные воды
 |
C6H6 
; HNO3; H2SO4; H2O; C6H6 ; HNO3; H2SO4; H2O; C6H5NO2;примесь C6H6; примесь C6H6; C6H4(NO2)2;
Mr(C6H6)=12*6+6=78кг/кмоль;
Mr(HNO3)=1+14+16*3=63кг/кмоль;
Mr(H2SO4)=1*2+32+16*4=98кг/кмоль;
Mr(C6H5NO2)=12*6+5+14+16*2=123кг/кмоль;
Mr(C6H4(NO2)2)=12*6+4+14*2+16*4=168кг/кмоль;
Mr(H2O)=12+16=18кг/кмоль.
| Приход | Расход | |||
| кг/ч | кмоль/ч | кг/ч | кмоль/ч | |
| C6H6 | 113,014 | 1,449 | 65,13+4,521 | 0,835+0,058 |
| HNO3 | 91,324 | 1,45 | 55,818 | 0,886 |
| примесь C6H6 | 1,141 | - | 1,141 | - |
| H2SO4 | 272,146 | 2,777 | 272,146 | 2,777 |
| H2O’ | 93,151 | 5,175 | 93,151 | 5,175 |
| C6H5NO2 | - | - | 67,404 | 0,548 |
| C6H4(NO2)2 | - | - | 1,368 | 0,008 |
| H2O(1) | - | - | 10,008 | 0,556 |
| H2O(2) | - | - | 0,144 | 0,008 |
| Сумма: | Σ1=570,776 | Σ2=570,831 | ||
1. mтехн(C6H6)=1000*1000/365/24=114,155кг/ч;
2. mчист(C6H6)=114,155*0,99=113,014кг/ч;
Vчист(C6H6)=113,014/78=1,449кмоль/ч;
mприм(C6H6)=114,155-113,014=1,141кг/ч.
3. Потери бензола 4% масс.:
mп(C6H6)=113,014*0,04=4,521кг/ч;
Vп(C6H6)=4,521/78=0,058кмоль/ч;
m (C6H6)=113,014-4,521=108,493кг/ч;
V (C6H6)=108,493/78=1,391кмоль/ч.
4. Полученного в целевой реакции нитробензола:
V (C6H5NO2)= Vпр(C6H6), где Vпр(C6H6) –
количество прореагировавшего бензола;
Vпр(C6H6)=1,391*0,4=0,556кмоль/ч;
mпр(C6H6)=0,556*78=43,368кг/ч;
m (C6H5NO2)=0,556*123=68,388кг/ч.
5. Количество денитробензола от количества нитробензола 2% масс.:
m (C6H4(NO2)2)=68,388*0,02=1,368кг/ч;
V (C6H4(NO2)2)=1,368/168=0,008кмоль/ч.
6. Количество прореагировавшего нитробензола:
Vпр(C6H5NO2)= V (C6H4(NO2)2)=0,008 кмоль/ч;
Vост(C6H5NO2)= V- Vпр=0,556-0,08=0,548кмоль/час;