一硝基甲苯硝化工段 物料衡算.docx

化工设计物料计算一、设计规模计算 年产量：6500 吨/年 年工作日：300 天 产品（一硝基甲苯）流量：6500100030024=902.78 kg/h 产品纯度：99.5% 车间总产（收）率：90% 生产硝基甲苯的实际量：902.780.90.995=998.07 kg/h 一硝基甲苯的相对分子质量：m=12.017+14.01+162+7=137.08 kg/kmol 一硝基甲苯摩尔流量：n=998.07137.08=7.28 kmol/h 甲苯相对分子质量：m=12.017+8=92.07 kg/kmol 硝酸相对分子质量：m=1+14.01+163=63.02 kg/kmol 硝酸相对分子质量：m=14.01+1+163=63.02 kg/kmol 水相对分子质量：m=1.012+16=18.02 kg/kmol n2o5相对分子质量：m=14.012+165=108.02 kg/kmol 二硝基甲苯相对分子质量：m=12.017+14.012+164+6=182.09 kg/kmol 二硝基甲苯酚相对分子质量：m=12.017+14.012+165+6=198.09 kg/kmol no2相对分子质量：m=14.01+162=46.01 kg/kmol h2相对分子质量：m=2 kg/kmol二、物料进料情况需要纯甲苯的量：7.2892.07=670.27 kg/h 工业甲苯的量：670.270.98=683.95 kg/h（甲苯纯度为98%） 所以，工业甲苯 683.95 kg/h中：甲苯 670.27 kg/h，h2o 13.68 kg/h 硝酸与甲苯体积比为：1.01：1，且硝酸占混酸的27%。 需要硝酸的量：7.281.0163.02=463.20 kg/h 需要混酸的量：463.200.27=1715.56 kg/h 因为混酸中，硫酸占56%，水占17% h2so4 960.71 kg/h 混酸量 1715.56 kg/h hno3 463.20 kg/h h2o 291.65 kg/h三、三个硝化釜釜内情况1.1号硝化釜(1)釜内反映情况主反应（甲苯转化率：84%）： 甲苯转化量：670.270.84=563.03 kg/h hno3消耗量：7.280.8463.02=385.38 kg/h 硝基甲苯生成量：7.280.84137.08=838.27 kg/h h2o的生成量：7.280.8418.02=110.2 kg/h副反应（甲苯转化率：1%，其中反应：=7：3）： hno3消耗量：463.20.01=4.63 kg/h n2o5生成量：(4.6363.02)108.020.5=3.97 kg/h h2o生成量：(4.6363.02)18.020.5=0.66 kg/h 甲苯消耗量：7.280.010.792.07=5.1 kg/h hno3消耗量：7.280.010.763.022=6.42 kg/h 二硝基甲苯生成量：7.280.010.7182.09=9.28 kg/h h2o生成量：7.280.010.718.022=1.84 kg/h甲苯消耗量：7.280.010.392.07=2.01 kg/h hno3消耗量：7.280.010.363.023=4.13 kg/h 二硝基甲苯酚生成量：7.280.010.3198.09=4.33 kg/h h2o生成量：7.280.010.318.022=0.79 kg/h no2生成量：7.280.010.346.01=1.00 kg/h h2生成量：7.280.010.32.00.5=0.02 kg/h（2）釜内剩余情况：甲苯余量：670.27-563.03-4.69-2.01=100.54 kg/h hno3余量：463.2-385.38-4.63-6.42-4.13=62.64 kg/h 硝基甲苯量：838.27 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量(不变)：960.71 kg/h h2o量：291.65+110.20+0.66+1.84+0.79+13.68=418.82 kg/h表1 1号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯670.2798%h2so4960.71hno3463.20h2o305.33合 计2399.51输出甲苯100.54h2so4960.71hno362.64h2o418.82硝基甲苯838.27二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33n2o53.97no21.00h20.02合 计2399.582.2号硝化釜(甲苯转化量为投入1号中总甲苯量的9%)(1)釜内反应情况 甲苯转化量：670.270.09=60.32 kg/h hno3消耗量：(60.3292.07)63.02=41.29 kg/h 硝基甲苯生成量：(60.3292.07)137.08=89.81 kg/h h2o的生成量：(60.3292.07)18.02=11.81 kg/h(2)釜内剩余情况(1号釜进入2号釜)： 甲苯余量：100.54-60.32=40.22 kg/h hno3余量：62.64-41.29=21.35 kg/h 硝基甲苯量：89.81+838.27=928.08 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量：960.71 kg/h h2o量：418.82+11.81=430.63 kg/h表2 2号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输甲苯100.54h2so4960.71hno362.64h2o418.82入硝基甲苯838.27二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2394.59输出甲苯40.22h2so4960.71hno321.35h2o430.63硝基甲苯928.08二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2394.603.3号硝化釜(1)釜内反应情况 甲苯转化量：670.270.03=21.7 kg/h hno3消耗量：(20.1192.07)63.02=13.76 kg/h 硝基甲苯生成量：(20.1192.07)137.08=29.94 kg/h h2o的生成量：(20.1192.07)18.02=3.94 kg/h(2)釜内剩余情况(2号釜进入3号釜) 甲苯余量：40.22-20.11=20.11 kg/h hno3余量：21.35-13.76=7.59 kg/h 硝基甲苯量：928.08+29.24=958.02 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量：960.71 kg/h h2o量：430.63+3.94=434.57 kg/h表3 3号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯100.54h2so4960.71hno362.64h2o418.82硝基甲苯838.27二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2394.59输出甲苯20.11h2so4960.71hno37.59h2o434.57硝基甲苯958.02二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2394.61四、经过硝化分离器后 硝基甲苯收率为：98.5%硝基甲苯量：958.020.985=943.65 kg/h混酸质量：m=1715.56 kg/h 混酸密度：=1670 kg/m3混酸体积：v=m/=1.03 m3/h被有机物带走的h2so4量：960.710.005=4.80 kg/h 废酸中h2so4量：960.71-4.80=955.91 kg/h 废酸（h2so4、hno3、h2o）量为：955.91+7.59+434.57=1398.07 kg/h 废酸中h2so4的质量分数：955.911398.07100%=68.37% 废酸中hno3的质量分数：7.591398.07100%=0.54% 废酸中h2o的质量分数：434.571398.07100%=31.08% h2so4 68.37% 废酸中各组分质量分数 hno3 0.54% h2o 31.08% 废酸的密度近似为68.37%h2so4的密度，并查的68.37%h2so4的密度约为=1.5872 g/cm3=1587.2kg/m3。 混酸体积:循环废酸体积=1:2 循环废酸总质量1.0321587.2=3269.63 kg/h 废酸中h2so4的质量：3269.630.6837=2235.45kg/h 废酸中hno3的质量：3269.630.0054=17.67kg/h 废酸中h2o的质量：3269.630.3108=1016.20kg/h h2so4 2235.45 kg/h 循环废酸总质量3269.32 kg/h hno3 17.67 kg/h h2o 1016.20 kg/h表4 硝化分离器物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯20.11h2so4960.71hno37.59h2o434.57硝基甲苯958.02二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2394.61输出甲苯40.22废酸1398.07硝基甲苯943.65二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计2395.55五、加循环废酸的物料计算1.1号硝化釜釜内剩余情况： 甲苯余量：100.54 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 硝基甲苯量：838.27 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量：960.71+2235.45=3196.16 kg/h hno3余量：62.64+17.67=80.31 kg/h h2o量：418.82+1016.2=1435.02 kg/h表5 加循环废酸1号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯100.54h2so4960.71hno362.64h2o418.82硝基甲苯838.27二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33循环废酸3269.32合 计5663.91输出甲苯100.54h2so43196.16hno380.31h2o1435.02硝基甲苯838.27二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计5663.912.2号硝化釜釜内剩余情况： 甲苯余量：40.22 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 硝基甲苯量：928.08 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量（不变）：960.71+2235.45=3196.16 kg/h hno3余量：21.35+17.67=39.02 kg/h h2o量：430.63+1016.2=1446.83 kg/h表6 加循环废酸2号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯40.22h2so4960.71hno321.35h2o430.63硝基甲苯928.08二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33循环废酸3269.32合 计5663.92输出甲苯40.22h2so43196.16hno339.02h2o1446.83硝基甲苯928.08二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计5663.923.3号硝化釜釜内剩余情况： 甲苯余量：20.11 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 硝基甲苯量：958.02 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h h2so4量（不变）：960.71+2235.45=3196.16 kg/h hno3余量：7.59+17.67=25.26 kg/h h2o量：434.57+1016.2=1450.77 kg/h表7 加循环废酸3号硝化釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯20.11h2so4960.71hno37.59h2o434.57硝基甲苯958.02二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33循环废酸3269.32合 计5663.93输出甲苯20.11h2so43196.16hno325.26h2o1450.77硝基甲苯958.02二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计5663.93经硝化分离器塔顶采出物组成： 甲苯：20.11 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h硝基甲苯量：958.020.985=943.65 kg/h h2so4量：3196.160.005=15.98 kg/h六、提纯除杂工段（塔顶流出物）1、一次水洗釜 有机物比重（密度）为：=1.155 g/cm3=1155kg/m3 有机物体积为：v=9.28+4.33+943.65+20.111155=0.84621m3/h 加入水量与有机物体积比为：1:1 水洗用清水量0.846211000=846.21 kg/h 含酸废水中：h2o量：846.21 kg/h h2so4量：15.980.7=12.1 kg/h（废水带走70%） 硝基甲苯量：943.650.005=4.72 kg/h（废水带走0.5%） 经过一次水洗后，各余量为： 甲苯余量：20.11 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h硝基甲苯量：943.65-4.72=938.93 kg/h h2so4量：15.98-11.19=4.79 kg/h表8 一次水洗釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯20.11h2so415.98h2o846.21硝基甲苯943.65二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33合 计1839.56输出甲苯20.11h2so44.79硝基甲苯938.93二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33废水863.03合 计1840.472、一次碱洗 碱洗用3%naoh，查得=1.032 g/cm3=1032kg/m3 有机物体积为：v=9.28+4.33+938.93+20.111155=0.84212m3/h 所加3%naoh体积与有机物体积比为：1:1 加入naoh量为：0.842121032=869.07 kg/h naoh与h2so4发生中和反应，h2so4共4.79 g完全反应，naoh有剩余。 反应方程式：2naoh+h2so4=na2so4+h2o 消耗naoh量：3.91 kg/h 生成na2so4量：6.94 kg/h 生成h2o量：1.76 kg/h废水中：h2o量：1.76 kg/h na2so4量：6.94 kg/h naoh量：869.07-3.91=865.16 kg/h 硝基甲苯量：938.930.005=4.69 kg/h（废水带走0.5%）经过一次碱洗后，各余量为： 甲苯余量：20.11 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h 二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h硝基甲苯量：938.93-4.69=934.24 kg/h表9 一次碱洗釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯20.11h2so44.79硝基甲苯938.93二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.333%naoh869.07合 计1846.51输出甲苯20.11硝基甲苯934.24二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.33废水878.55合 计1846.513、二次碱洗（脱酚） 碱洗用3%naoh，查得=1.032 g/cm3=1032kg/m3 有机物体积为：v=9.28+4.33+934.24+20.111155=0.8381m3/h 所加3%naoh体积与有机物体积比为：1:1 加入naoh量为：0.83811032=864.92 kg/h 反应方程式为：需反应的二硝基甲苯酚量：4.33 kg/h 消耗naoh量：0.87 kg/h 生成二硝基甲苯酚钠量：4.81 kg/h 生成h2o量：0.39 kg/h废水中：h2o量：0.39 kg/h 二硝基甲苯酚钠量：4.81 kg/h naoh量：864.92-0.87=864.05 kg/h 硝基甲苯量：934.240.005=4.67 kg/h（废水带走0.5%）经过二次碱洗后，各余量为： 甲苯余量：20.11 kg/h 二硝基甲苯量：9.28 kg/h硝基甲苯量：934.24-4.67=929.57 kg/h表10 二次碱洗釜物料平衡表名称工业品质量kg/h纯度%纯品量kg/h密度kg/m3体积m3备注输入甲苯20.11硝基甲苯934.24二硝基甲苯9.28二硝基甲苯酚4.333%naoh864.92合 计1832.88输出甲苯20.11硝基甲苯929.57二硝基甲苯9.28废水873.92合 计1832.884、二次水洗 有机物体积为：v=9.28+926.57+20.111155=0.8277m3/h 加入水量与有机物体积比为：1:1 水洗用清水量0.82771000=827.70 kg/h 废水中：h2o量：827.70 kg/h