курсовые,контрольные,дипломы,рефераты
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 |
40 99 |
Состав нитрующей смеси % масс 1. азотная кислота 2. серная кислота 3. вода |
20 59.6 20.4 |
Массовое соотношение бензол: нитрирующая смесь | 1:4 |
Потери бензола % масс Количество денитробензола, % масс, от количества нитробензола |
4 2 |
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.
|
|
|
||||||
Нитрирующая смесь
отработанная Кислый
кислота нитропродукт
Исходное Промытая
вещество и отработ.
нитропродукт кислота
На денитрацию
|
вода
раствор
Nа2СО3 Промывные воды
|
На крупных установках нитробензол получают 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 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.
Материальный баланс
C6H6+HNO3→C6H5NO2+H2O
C6H5NO2+HNO3→C6H4(NO2)2+H2O
Схема потоков:
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;
mост(C6H5NO2)=0,548*123=67,404кг/ч.
7. Не прореагировавший бензол:
Vост(C6H6)= V- Vпр=1,391-0,556=0,835кмоль/ч;
mост(C6H6)=0,835*78=65,13кг/ч.
8. Общее количество нитрирующей смеси, поданной в реакцию:
m(смесь)= 4*mтехн(C6H6)=4*114,155=456,62кг/ч.
9. Состав нитрирующей смеси:
mвсего(HNO3)=456,62*0,2=91,324кг/ч;
Vвсего(HNO3)=91,324/63=1,45кмоль/ч;
m(H2SO4)=456,62*0,596=272,146кг/ч;
V(H2SO4)=272,146/98=2,777кмоль/ч;
m(H2O')=456,62*0,204=93,151кг/ч;
V(H2O')=93,151/18=5,175кмоль/ч.
10. Количество прореагировавшей азотной кислоты:
V0(HNO3)= V1 – V2, где V1- прореагировало с образованием целевого продукта – нитробензола, V2 – на побочную реакцию.
V2(HNO3)= Vпр(C6H5NO2)=0,008кмол/ч;
V0(HNO3)=0,556+0,008=0,564кмоль/ч;
11. Не прореагировало азотной кислоты:
Vост(HNO3)= V – V0=1,45-0,564=0,886кмоль/ч;
mост(HNO3)=0,886*63=55,818кг/ч.
12. Количество образовавшейся воды:
V (H2O(1))= V (C6H5NO2)=0,556кмоль/ч;
V (H2O(2))= V (C6H5NO2)=0,008кмоль/ч;
m(H2O(1))=0,556*18=10,008кг/ч;
m(H2O(2))=0,008*18=0,144кг/ч.
Технологические и технико-экономические показатели процесса
1. Пропускная способность установки по всем видам сырья: 570,776кг/ч.
2. Конверсия по бензолу: 40%.
3. Фактический выход нитробензола:
Qф= m(C6H5NO2)=67,404кг/ч;
4. Теоретический выход нитробензола:
Mr(C6H6) - Mr(C6H5NO2)
mтехн(C6H6) - Qт
78 - 123
114,155 - Qт
Qт=114,155*123/78=180,014кг/ч;
5. Выход нитробензола на поданный бензол:
β= Qф/Qт*100%=67,404/180,014*100%=37,44%.
6. Теоретический выход нитробензола на превращенный бензол:
Mr(C6H6) - Mr(C6H5NO2)
mпр(C6H6) - Qт
78 - 123
43,368 - Qт’
Qт’=43,368*123/78=68,388кг/ч;
7. Выход нитробензола на превращенный бензол:
β’= Qф/Qт’*100%=67,404/68,388*100%=98,56%.
8. Расходные коэффициенты по сырью:
теоретические:
по бензолу:
γC6H6т= Mr(C6H6)/ Mr(C6H5NO2)=78/123=0,634кмоль/кмоль;
по азотной кислоте:
γC6H6т= Mr(HNO3)/ Mr(C6H5NO2)=63/123=0,512кмоль/кмоль;
фактические:
по бензолу:
γC6H6ф= mтехн(C6H6)/ m(C6H5NO2)=114,155/67,404=1,694кг/кг;
по азотной кислоте:
γC6H6ф= mтехн(HNO3)/ m(C6H5NO2)=456,62/67,404=6,77кг/кг;
Список литературы
1. Лебедев Н.Н. Химия и технология основного органического и нефтехимического синтеза. Изд. 2-е, пер. М., «Химия», 2005, 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, 2008, 300 с.
Министерство Образования и Науки РФ Казанский Государственный Технологический Университет Кафедра общей химической технологии КУРСОВАЯ РАБОТА по предмету: Технология химических производств на тему:
Технология производства пива
Ультразвуковая сварка
Технология производства спредов и характеристика технологического оборудования
Технология производства сухих дрожжей
Технология производства товарных яиц на птицефабрике
Технология производства уксусной кислоты окислением ацетальдегида кислородом воздуха
Типи передач
Исследование механизма компрессора
Исследование нефтяных скважин при установившихся режимах фильтрации
Исследование операций и Теория систем
Copyright (c) 2024 Stud-Baza.ru Рефераты, контрольные, курсовые, дипломные работы.