对硝基苯甲醚的工艺设计

1、化工开发设计任务书题目:年产_286.767_吨对硝基苯甲醚部分工艺设计学生姓名_祁婕_班级08107341学号0810731219专业_应用化学指导教师_叶斌_一、任务和目的对硝基苯甲醚是一种重要的中间体,主要用于生产染料、农药和医药工业中。对硝基苯甲醚的工艺设计的目的,主要是以专业基础课的学习为基础,针对要求的化工项目,设计合理的工艺流程,选择相应的工艺设备等。解决化工产品生产车间设计实际问题的能力,掌握化工工艺流程设计、物料恒算、设备选型、车间工艺布置设计等的基本方法和步骤;从技术上的可行性与合理性两个方面树立正确的设计思想。通过本课程设计,提高运用计算机设计绘图(AutoCAD的能力。

2、二、基本内容和要求学习工艺设计的基本原理、方法和应遵循的原则。能依据给出的设计要求和关键参数,能设计提出合理的工艺流程。并用计算机画出带有工艺控制点的工艺流程图。写出工艺操作过程及过程分析、控制要点。学习查阅主要的工艺设计数据参考书,正确地进行工艺过程的物料衡算和热量衡算并进行设备的选型和设计计算。完成设计说明书的编写并提交打印件。三、时间安排1.设计时间为3周,即2011-10-24-2011-11-11。2.第一周进行课程设计动员、下达课程设计任务书;查阅资料、确定生产工艺;物料衡算;开始能量计算。3.第二周继续查阅资料;能量计算;结合工程设备选型;绘制工艺流程图。4.第三周结合工程实际收

3、集所需资料及检索相关规范标准规范,以及计算的内容编写设计说明书;装订并交设计报告。摘要本设计书设计了以对硝基氯苯、甲醇和氢氧化钠为原料,用苄基三乙基氯化铵作相转移催化剂,在常压下合成对硝基苯甲醚的工艺路线。设计书中对比了不同的原料配比、不同的碱浓度、不同类的催化剂对产品质量和产率的影响,选择了最优的方案进行工业化放大,论证了工业放大的可行性。设计重点主要在:全流程物料衡算,热量衡算,设备设计与选型,流程设计及车间布置设计。对全流程的热量进行了衡算,确定了反应设备所需要的传热面积,又对全流程进行了物料衡算,结合所需传热面积,确定了反应器的参数。本设计书根据设计要求和关键参数,设计了合理的工艺流程

4、,绘制了工艺流程图。本设计书还给出了原料定额表、排出物料综合表、原料消耗综合表,并根据产品及原料的物化性质,给出了常用的安全的产品包装、储藏、运输方式和安全注意事项。关键词:对硝基氯苯,相转移催化,对硝基苯甲醚,设计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目录设计简介 (1第一章设计依据及工艺路线 (21.1 产品的生产和应用 (21.2 设计依据与原则 (2第二章设计方案论证 (32.1 原料路线的选择 (32.2 生产方法的可行 (32.3 生产规模的确定 (3第三章产品方案 (43.1 产品名称与性质 (43.2 性状及理化性质 (43.3 产品的质量规格 (43.4 产品的生产制度 (43.5 包装与储藏 (4第四章生产方法与主要工艺流程 (54.1 生产方法 (54.2 主要流程 (5第五章生产工艺控制和中间体质量标准 (65.1 生产工艺控制

10、 (65.2 中间体质量标准 (6第六章物料衡算 (76.1 配碱过程 (76.2 反应过程 (86.4结晶过程 (106.5 过滤过程 (116.6 洗涤过程 (126.7干燥过程 (13第七章能量衡算 (157.1 计算依据 (157.2 计算过程 (157.3 单号表 (17第八章工艺设备选型与设计计算 (188.1 设计方法与原则 (188.2 设计计算 (18第九章车间布置设计 (229.1 车间划分依据 (229.2 车间的布置设计 (229.3 设备间的距离 (229.4 安全和防腐要求 (22第十章劳动组织和安全生产 (2310.1 安全生产 (23第十一章“三废”及综合处理

11、(2411.1 废水的排放及处理 (2411.2 废渣的排放及处理 (2411.3 废气的排放及处理 (25结束语 (26心得体会 (27参考文献 (28附录设备一览表 (29附录物料流程框图 (30设计简介对硝基苯甲醚又称对硝基茴香醚(Pnitro anisole,是染料的重要中间体对氨基苯甲醚的重要前期化合物.对硝基苯甲醚的产量与质量直接影响着对氨基苯甲醚的产量与质量,因此长期以来不少学者对其合成进行了不少探讨。对硝基苯甲醚主要用于制取枣红色基GP、蓝色盐VB、色酚AS等染料,是重要的染料中间体。目前,国内生产对硝基苯甲醚的方法是以对硝基氯苯、甲醇和氢氧化钠为原料,在0.3MPa的压力下进

12、行甲氧基化反应,再经减压蒸馏得对硝基苯甲醚1。反应需在压力釜中进行,时间长,副产物多,甲醇用量大,转化率及收率均低。针对上述工艺缺点,本设计采用相转移催化法合成PNA,相转移催化法不需要特殊的仪器设备,也不需要价格昂贵的无水溶剂或非质子溶剂,且反应条件温和、操作简单、副反应少,以克服现行工艺中反应条件要求苛刻,水解副产物多,废水量大等缺点,创造更多的社会、经济和环境效益。本次实践对硝基苯甲醚的工艺设计的目的,主要是以专业基础课的学习为基础,针对要求的化工项目,设计合理的工艺流程,选择相应的工艺设备等。解决化工产品生产车间设计实际问题的能力,掌握化工工艺流程设计、物料恒算、设备选型、车间工艺布置

13、设计等的基本方法和步骤;从技术上的可行性与合理性两个方面树立正确的设计思想。第一章设计依据及工艺路线1.1 产品的生产和应用对硝基苯甲醚(PNA,是十分重要的化工原料,用于制备多种染料、医药、食品添加剂。在染料工业中可用作染料中间体,制备色酚ASOL、大红色酚B、直接湖蓝6B、活性深蓝KD7G等;有机工业中用于制造氨基苯甲醚、联大茴香醚等;医药上用作合成愈创木酚等;印染工业用于制造洁净剂Ls等。其合成路线主要有以下3种:对硝基苯酚与氯甲烷反应法、对硝基氯苯与甲醇钠反应法和苯甲醚硝化法。对硝基苯酚与氯甲烷反应法和苯甲醚硝化法合成路线长,分离过程复杂,而且原料供应紧张,不适宜工业化生产1。目前,我

14、国多采用对硝基氯苯(PCNB法。在大量甲醇存在下与固体NaOH 在加压釜中反应约10 13h合成PNA。但该工艺存在着甲醇消耗量大,反应时间长,反应收率低,副产物生成量大,环境污染严重等问题。1.2 设计依据与原则对硝基苯甲醚可用于合成蓝色盐VB、枣红色基GP、色酚AS等染料和医药产品等,是重要的染料和医药中间体。它的质量优、劣取决于对硝基苯甲醚的质量。对硝基苯甲醚的制备主要有以下几种方法:对硝基氯苯加压下甲氧基化、对硝基氯苯常压下甲氧基化、利用相转移催化剂对对硝基氯苯进行甲氧基化。由于前两种方法操作较繁琐,产品产量和质量不高,而相转移催化法不需要特殊的仪器设备,也不需要价格昂贵的无水溶剂或非

15、质子溶剂,且反应条件温和、操作简单、副反应少,近年来,相转移催化法制取醚类化合物,已有很多文献报导。醚类合成的相转移催化剂,多采用季铵盐、季磷盐、冠醚以及线状聚氧乙烯化合物。但季铵盐的乳化作用明显,给产物的分离、纯化会带来一定的困难;冠醚类价格昂贵,且有毒性,应用亦受到一定限制。因此成为近年来的研究热点2。相转移催化反应的基本原理,是利用催化剂的分子结构中既有可溶于水相,又可溶于有机相的官能团。对于亲和取代反应,在少量水存在时,催化剂可先与水相中的亲核试剂反应形成离子对,使原来不溶于有机相的亲核试剂易入有机相中参与反应。第二章设计方案论证2.1 原料路线的选择对硝基苯甲醚是合成医药,有机染料和

16、颜料等重要原料,历来的合成路线主要有3种:对硝基苯酚与氯甲烷反应法、苯甲醚硝化法和对硝基氯苯和甲醇钠反应法。前两种方法因为合成路线长,分离过程复杂,且原料供应紧张,不适宜工业化生产,目前我国都采用对硝基氯苯法,在大量甲醇存在下和固体氢氧化钠在加压釜中反应约10h-13h合成PNA。但该工艺存在着甲醇消耗量大,反应时间长,反应收率低,副产物生产量大,环境污染严重等问题。根据上述工艺缺点,采用相转移催化法合成PNA,以克服现行工艺中反应条件苛刻,水解副产物多,废水量大等缺点,所以采用相转移催化法能创造更多的社会、经济和环境的效益3。通过对不同工艺路线的研究和对比,确定了以对硝基氯苯、甲醇和氢氧化钠

17、为原料,用苄基三乙基氯化铵作相转移催化剂,在常压下合成对硝基苯甲醚的工艺路线。2.2 生产方法的可行本工艺应用对硝基氯苯与甲醇反应,以TEBAC为相转移催化剂制得对硝基苯甲醚。反应如下:ClC6H4NO2+CH3OH+NaOH+TEBACNO2C6H4OCH3反应温度80,反应时问10h的条件下成了对硝基甲醚。对硝基氯苯的转化率为96.71%,对硝基苯甲醚的收率87.42%,纯度为99%。此工艺操作简单,副反应少,季铵盐的催化效果好。季铵盐作为催化剂虽然不太稳定,但却是相转移催化剂中研究的最早、应用较广的一类相转移催化剂。同时,随着氢氧化钠用量增加,转化率增高。因此本反应选则了35%的NaOH

18、溶液。本工艺反应条件温和,在常压下,反应时间短,转化率和收率均高,是一条可行的新的工艺路线和方法。本反应需要进行2次结晶,借此保证产品的纯度。2.3 生产规模的确定工业化日产量:868.77kg平均工作日:300天工业化年产量:260.63吨/年第三章产品方案3.1 产品名称与性质名称:对硝基苯甲醚中文别名:4-硝基苯甲醚,对硝基茴香醚, 对硝基苯甲醚, 对甲氧基硝基苯英文别名:4-Nitroanisole,p-Nitroanisole, p-Methoxynitrobenzene, p-Nitrophenyl methyl ether, 1-Methoxy-4-nitrobenzene分子式

19、:C7H7NO3性质:黄色梭柱体结晶。3.2 性状及理化性质分子量:153.14 沸点:274熔点:54溶解性:易溶于醇、醚和沸石油醚,微溶于冷石油醚,水中溶解度约为7 %。密度:相对密度(水=11.20 稳定性:稳定危险标记:14(有毒品 主要用途:用作有机合成中间体43.3产品的质量规格产品PNA的收率大于95%(按对硝基氯苯计算,经气相色谱分析,产品纯度>99.0%对硝基氯苯工业品(>99%,甲醇(AR氢氧化钠(AR3.4 产品的生产制度工业化日产量:868.77kg平均工作日:300天工业化年产量:260.63t/Y3.5 包装与储藏危险货物编号:61697UN编号:273

20、0包装类别:O53包装方法:液态:小开口钢桶;螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐外普通木箱;螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶(罐外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱。固态:塑料袋或二层牛皮纸袋外全开口或中开口钢桶;螺纹口玻璃瓶、铁盖压口玻璃瓶、塑料瓶或金属桶(罐外普通木箱;螺纹口玻璃瓶、塑料瓶或镀锡薄钢板桶(罐外满底板花格箱、纤维板箱或胶合板箱5。储存:密封阴凉保存第四章 生产方法与主要工艺流程4.1 生产方法使用间歇式反应,在常压下用氢氧化钠,甲醇与对硝基氯苯反应,TEBAC 为相转移催化剂,制取对硝基苯甲醚。4.2 主要流程:图4.2 主要流程示意图配碱 反应 回收、结晶洗涤

21、过滤重结晶洗涤过滤重结晶洗涤过滤 氢氧化钠 甲醇、对硝基氯苯、TEBAC干燥产品混合反应氢氧化钠水35%氢氧化钠溶液反应35%氢氧化钠溶液产物甲醇、对硝基氯苯、TEBAC洗涤、过滤粗结晶结晶产物回收甲醇母液结晶第五章生产工艺控制和中间体质量标准5.1 生产工艺控制影响此反应的主要因素有:氢氧化钠的浓度、配料比、催化剂的用量和种类、反应时间、反应温度等。当碱浓度增加,转化率及收率均提高,但成本也有所提高。当催化剂的用量<1%时,催化效量不好,用量达6%(摩尔数时催化效果较理想,由于催化剂交换量一般为3mmol/g,所以加入量约10 %(重量。随着反应时间的延长,转化率上升,刚开始时转化率转

22、快,随着反应进行,转化率趋于平缓。配碱过程中控制35%氢氧化钠的温度,温度控制在65。反应过程温度控制在70,甲醇回流过程温度控制在80,离心分离过程注意结晶的颗粒度,速度不能太快也不能太慢,能控制晶体颗粒度小一些。5.2 中间体质量标准序号名称规格分子量1 甲醇0.98 32.042 对硝基氯苯0.988 157.563 氢氧化钠0.98 40.014 水 1.00 18.015 TEBAC 0.99 227.78各步反应的收率:配碱主反应回收结晶过滤洗涤干燥100% 96.78% 98% 98% 99%实验产品含水量5%实际得到产品量=产量×(1-5%=G实际得到产品×

23、(1-5%=37.4×(1-5%=35.53g 对硝基氯苯投入摩尔量=对硝基氯苯投入质量×规格/对硝基氯苯分子量=G对硝基氯苯×0.988/M对硝基氯苯=39.4×0.988/157.56=0.2471mol对硝基苯甲醚理论产量=对硝基氯苯投入摩尔量×对硝基苯甲醚分子量=G投入对硝基氯苯×M对硝基苯甲醚=0.2471×153.14=37.84g折纯对硝基苯甲醚量=实际得到产品量×规格=G实际得到产品×0.99=35.53×0.99=35.1747g总收率=折纯对硝基苯甲醚量/对硝基苯甲醚理论=3

24、5.174/37.84=0.9296=92.96%总收率=各部收率乘积=Y配碱收率×Y硝化反应收率×Y回收甲醇冷却纯品收率×Y过滤洗涤收率×Y干燥收率主反应收率=92.96%/(100%×98%×99%×99%=96.78%第六章 物料衡算6.1配碱过程氢氧化钠工业量=氢氧化钠×28000=G 投料氢氧化钠×28000=672kg氢氧化钠折纯量=氢氧化钠工业量×规格=G 工业氢氧化钠×S 氢氧化钠=672×98%=658.56kg氢氧化钠摩尔数=氢氧化钠折纯量/氢氧化钠分子量

25、=G 纯氢氧化钠/M 氢氧化钠=658.56/M 氢氧化钠=658.56/0.04001kg/mol=16459.9mol氢氧化钠体积=氢氧化钠工业品量/氢氧化钠密度=G 纯工业氢氧化钠/氢氧化钠=672/2130=0.31549m3水工业量=水投料量×28000=G 投料水×28000=45g×28000=1260kg 水折纯量=水工业量×规格=G 工业水量×S 水=1260×100%=1260kg水摩尔数=水折纯量/水分子量=G 纯水/M 纯水=1260/0.01801=69961.13mol 水体积=水工业品量/水密度=G 工业

26、水/水=1260/1000=1.26m 3名称 规格 分子量 工业量/kg组分 折纯量 摩尔数密度g/cm 3 体积/m 3 氢氧化钠 0.98 40.01 672NaOH 658.56 658.56 16459.9 2.13 0.31549杂质 13.44 水1.00 18.01 1260 水 12601260 69961.13 1 1.26 总计19321918.56 86421.031.575氢氧化钠溶液质量=水的质量+氢氧化钠工业量=G 水+G 纯氢=1260+672=1932kg 杂质的质量=工业氢氧化钠带入的杂质量+水中杂质的量=G 工业氢氧化钠带入的杂质+G 水中杂质=672&#

27、215;名称质量/kg 组分密度g/cm 3 体积/m 3 35%氢氧化钠 1932kg NaOH 658.56 1.38 1.3 H2O 1260 杂质 13.44kg混合反应水氢氧化钠溶液氢氧化钠6.2反应过程图6.2 反应过程示意图甲醇工业品量=甲醇投料量×28000=m 投料甲醇×28000=60.968×28000=1707.12kg 甲醇折纯量=甲醇工业量×规格=1707.12×98%=1672.978kg甲醇摩尔数=甲醇折纯量/甲醇分子量=m 纯甲醇/M 甲醇=1672.978/0.03204 =52215.31mol甲醇体积=甲

28、醇工业品量/甲醇密度=m 工业甲醇/甲醇=1707.12/791.8=2.157m 3对硝基氯苯工业品量=对硝基氯苯投料量×28000=m 投料对硝基氯苯×28000=39.4×28000 =1103.2kg对硝基氯苯折纯量=对硝基氯苯工业量×规格=m 对硝基氯苯工业量×S 规格=1103.2×98.8% =1089.962kg对硝基氯苯摩尔数=对硝基氯苯折纯量/对硝基氯苯分子量=m 纯对硝基氯苯/M 对硝基氯苯分子量=1089.962/0.15756=6918mol对硝基氯苯体积=对硝基氯苯工业品量/对硝基氯苯密度=m 工业对硝基氯

29、苯/对硝基氯苯密度=1103.2/1520=0.72579m 3氢氧化钠工业品量=氢氧化钠投料量×28000=m 投料氢氧化钠×28000=24×28000=672kg氢氧化钠折纯量=氢氧化钠工业量×规格=m 工业氢氧化钠×S 氢氧化钠=672×98%=658.56kg氢氧化钠摩尔数=氢氧化钠折纯量/氢氧化钠分子=658.56/0.04001=16459.9mol 氢氧化钠体积=氢氧化钠工业品量/氢氧化钠密度=672/2130=0.31549m 3 水工业品量=水投料量×28000=m 投料水×28000=1260

30、kg 水折纯量=水工业量×规格=G 工业水量vS 水=1260×100%=1260kg水摩尔数=水折纯量/水分子量=G 纯水/M 纯水=1260/0.01801=69961.31mol 水体积=水工业品量/水密度=G 工业水/水=1260/1000=.126m 3 TEBAC 工业品量=TEBAC 投料量×28000=m 投料TEBAC ×28000=4×28000=112kg TEBAC 折纯量=TEBAC 工业量×规格=m 工业TEBAC ×S TEBAC =112×99%=110.88kg TEBAC 摩尔数

31、=TEBAC 折纯量/TEBAC 分子=m TEBAC /M TEBAC =110.88/0.22778=486.79mol序号名称 规格 分子量 工业品量折纯量 摩尔数 密度 体积 杂质 1 甲醇0.98 32.04 1707.12 1672.97852215.31 0.7918 2.155 34.104 2 对硝基氯苯0.988 157.56 11103.2 1089.962 6918 1.52 0.845 13.2383 氢氧化钠 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反应 氢氧化钠溶液甲醇、对硝基苯甲醚、氯化钠、杂质 甲醇、对硝基氯苯、对硝基苯酚钠、TEBAC 、氢氧化钠、水5 TEBAC 0.99 227.78 112 110.88 486.79 1.126 总共4854.3 61.902对硝基苯甲醚摩尔量=对硝基氯苯摩尔量×反应收率=G对硝基氯苯×0.93=6918×0.93=6433.7mol对硝基苯甲醚质量=对硝基苯甲醚摩尔量×对硝基苯甲醚分子量=G对硝基苯甲醚×M 对硝基苯甲醚=6433.7×0.1534=985.26kg氯化钠摩尔量=对硝基氯苯摩尔量×(主反

33、应收率+副反应收率=G对硝基氯苯×(0.93+0.01=6502.92mol氯化钠质量=氯化钠摩尔量×氯化钠分子量=G氯化钠×M氯化钠=6502.92×0.05844=380.03kg对硝基苯酚钠摩尔量=对硝基氯苯摩尔量×副反应收率=G对硝基氯苯×0.01=6918×0.01=69.18mol对硝基苯酚钠质量=对硝基苯酚钠摩尔量×对硝基苯酚钠分子量=G对硝基苯酚钠×M 对硝基苯酚钠=69.18×0.16109=11.144kg水的摩尔量=水的进料摩尔量+对硝基氯苯摩尔量×(主反应收率+

34、副反应收率=G水+G对硝基氯苯×(0.93+0.01=76464.05mol水的质量=水的摩尔量×水的分子量=G水×M水=76464.05×0.01801=1377.12kg杂质的质量=杂质的进料质量+(1-主反应收率-副反应收率×对硝基氯苯摩尔量×对硝基氯苯分子量=68.259+(1-0.93-0.01×G对硝基氯苯×M对硝基氯苯=61.902+(1-0.93-0.01×6918×0.15756=127.302kg甲醇摩尔量=甲醇进料摩尔量-对硝基氯苯摩尔量×主反应收率=G进料甲醇-

35、G对硝基氯苯×主反应收率=52215.31-6918×0.93=45781.6mol甲醇质量=甲醇的摩尔量×甲醇的分子量=G甲醇×M甲醇=45781.6×0.03204=1466.84kkg氢氧化钠摩尔量=氢氧化钠进料摩尔量-对硝基氯苯摩尔量×(主反应收率+2×副反应收率=G氢氧化钠-G对硝基氯苯(0.93+2×0.01=16459.9-6918(0.93+2×0.01=9887.8mol氢氧化钠质量=氢氧化钠摩尔量×氢氧化钠分子量=G氢氧化钠×M氢氧化钠=9887.8×0.

36、04001=395.61kg序号名称分子量质量摩尔量密度体积1 对硝基苯甲醚153.14 985.26 6433.72 氯化钠58.44 380.03 6502.923 对硝基苯酚钠161.09 11.144 69.184 水18.01 1377.12 76464.05 15 TEBAC 227.78 110.88 486.796 杂质未知127.302 未知7 甲醇32.04 1466.84 45781.6 0.79188 氢氧化钠40.01 395.61 9887.8 2.139 总共4854.26.3 甲醇回收甲醇、对硝基苯甲醚、氯化钠、杂质产物回收甲醇对硝基苯酚钠、TEBAC、氢氧化钠

37、、水甲醇、对硝基苯甲醚、氯化钠、杂质对硝基苯酚钠、TEBAC、氢氧化钠、水图6.3甲醇回收示意图甲醇回收过程的进料等于反应过程的出料,其中没有物料变化,各物质的量守恒。出料分为两部分,一部分为气相,一部分为液相气相:回收的甲醇摩尔量=甲醇进料摩尔量×甲醇的回收率=G甲醇×75%=45781.6×75%=34336.2mol回收甲醇的质量=回收甲醇摩尔量×甲醇分子量=G甲醇×M甲醇=34336.2×0.03204=1100.13kg 液相:剩余甲醇摩尔量=进料甲醇摩尔量-回收甲醇摩尔量=G进料甲醇-G出料甲醇=45781.6-34336

38、.2=11555.4mol剩余甲醇的质量=剩余甲醇摩尔量×甲醇分子量=G剩余甲醇×M甲醇=11555.4×0.03204=370.34kg回收的甲醇和水摩尔量=回收甲醇摩尔量/0.85=G回收甲醇/0.85=34336.2/0.85=40395.53mol回收甲醇和水的质量=回收甲醇和水摩尔量×甲醇分子量=G回收甲醇和水×M甲醇=40395.53×0.03204=1294.27kg剩余甲醇体积=370.34/0.7918×1000=0.4677m3含水摩尔量=回收甲醇和水摩尔量-回收甲醇摩尔量=G回收甲醇和水-G甲醇=403

39、95.53-34336.2=6059.33mol含水质量=进料水质量+含水摩尔量×水分子量=m水+G水×M水=1377.12+6059.33×0.01801=1486.25kg回收水的质量=1294.27-1100.13=194.14kg回收水摩尔量=194.14/0.01801=10779.57mol水的质量=水总质量-回收水质量=m水总-m回收水=11438.73-194.14=11244.59kg6.4结晶 图6.4 结晶流程图结晶过程的进料量等于回收过程的出料量名称分子量质量摩尔量对硝基苯甲醚153.14 985.26 6433.7氯化钠58.44 380

40、.03 6502.92 对硝基苯酚钠161.09 11.144 69.18水18.01 11244.59 624352.58TEBAC 227.78 110.88 486.79杂质127.302甲醇32.04 370.34 11555.4氢氧化钠40.01 395.61 9887.8出料:结晶过程对硝基苯甲醚收率98%。分为固相和母液固相对硝基苯甲醚质量=进料对硝基苯甲醚质量×收率=m对硝基苯甲醚×98%=985.26×98%=965.55kg固相对硝基苯甲醚摩尔量=对硝基苯甲醚质量/分子量=m对硝基苯甲醚/M对硝基苯甲醚=965.55/0.15314=6305.

41、02mol母液对硝基苯甲醚质量=对硝基苯甲醚进料质量×(1-收率=m对硝基苯甲醚×(1-98%=985.26×(1-98%=19.71kg母液对硝基苯甲醚摩尔量=母液对硝基苯甲醚质量/分子量=m对硝基苯甲醚/M对硝基苯甲醚=19.71/0.15314=128.71mol名称分子量质量摩尔量对硝基苯甲醚153.14 固相965.55 固相6305.02液相19.71 液相128.71氯化钠58.44 380.03 6502.92对硝基苯酚钠161.09 11.144 69.18水18.01 11244.59 624352.58TEBAC 227.78 110.88

42、486.79杂质127.302甲醇32.04 370.34 11555.4氢氧化钠40.01 395.61 9887.86.5过滤 图6.5过滤流程图进料等于结晶出料出料:出料含滤饼和母液,对于滤饼,规格为0.99,含水量为20%,则有总滤饼对硝基苯甲醚质量=进料对硝基苯甲醚质量/规格×(1-20%=m对硝基苯甲醚/0.99×0.8=965.55/0.99×0.8=1219.13kg滤饼含水质量=总滤饼对硝基苯甲醚质量×含水量=m总滤饼对硝基苯甲醚×0.2=243.83kg 滤饼中杂质质量=总滤饼对硝基苯甲醚质量-进料固相对硝基苯甲醚质量-滤饼

43、含水质量=m总滤饼对硝基苯甲醚-m进料对硝基苯甲醚-m滤饼含水=1219.13-965.55-243.83=9.75kg对于母液I除剩余80%水和溶解在溶液中的对硝基苯甲醚外,其他物质的量与进料物料相等母液中的水质量=过滤过程进料水质量-滤饼含水质量=m进料水-m滤饼含水=11244.59-243.83=11000.76kg水的摩尔量=母液中水质量/分子量=m母液水/M水=11000.76/0.01801=610813.99mol表6.5过滤出料物料表名称分子量质量摩尔量对硝基苯甲醚153.14 1219.13 6433.7氯化钠58.44 380.03 6502.92对硝基苯酚钠161.09

44、 11.144 69.18水18.01 滤饼243.83 滤饼13538.59母液I 11000.76 母液I 610813.99 TEBAC 227.78 110.88 486.79杂质9.75甲醇32.04 370.34 11555.4氢氧化钠40.01 395.61 9887.86.6洗涤 图6.6 洗涤流程图进料等于过滤出料表洗涤过程加水量为过滤过程滤饼的2.5倍,即加水质量=滤饼对硝基苯甲醚质量×2.5=m滤饼对硝基苯甲醚×2.5=1219.13×2.5=3047.83kg加水摩尔量=加水质量/水分子量=m加水/M水=3047.83/0.01801=16

45、9229.87mol加水体积=加水质量/水密度=m加水/水=3047.83/1000=3.05m3洗涤收率99%:滤饼对硝基苯甲醚质量=总滤饼对硝基苯甲醚质量×99%=1219.13×99%=1206.94kg对硝基苯甲醚规格0.99,则此时滤饼含水20%纯对硝基苯甲醚质量=滤饼对硝基苯甲醚质量×0.99×80%=m滤饼对硝基苯甲醚×0.99×80%=1206.94×0.99×0.8=955.89kg纯对硝基苯甲醚摩尔量=纯对硝基苯甲醚质量/对硝基苯甲醚分子量=m纯对硝基苯甲醚/M对硝基苯甲醚=955.89/0.1

46、5314=6242.00mol则滤饼中含水20%,即滤饼含水质量=含水滤饼对硝基苯甲醚质量×含水量=m含水滤饼对硝基苯甲醚×0.99×0.2=238.97kg滤饼含水摩尔量=滤饼含水质量/水分子量=m滤饼水/M水=238.97/0.01801=13268.74mol滤饼含杂质质量=(滤饼对硝基苯甲醚质量-滤饼含水质量×(1-0.99=(m滤饼对硝基苯甲醚-m滤饼含水×(1-0.99=9.6797kg母液:剩余1%对硝基苯甲醚和水对硝基苯甲醚质量=滤饼对硝基苯甲醚质量×1%=m滤饼对硝基苯甲醚×0.01=1206.94

47、5;0.01=12.0694kg母液中水的质量=洗涤过程加水质量+(过滤滤饼含水量-洗涤滤饼含水量=m洗涤过程加水+(m过滤滤饼含水-m洗涤滤饼含水=3047.83+(243.83-238.97=3052.69kg水的摩尔量=母液水的质量/分子量=m母液水/M水=3052.69/0.01801=169449.72mol水的体积=母液水的质量/水的密度=m母液水/水=3052.69/1000=3.05269m3表6.6洗涤出料物料表名称分子量质量摩尔量对硝基苯甲醚153.14 纯955.89 6242.00母液12.0694氯化钠58.44 380.03 6502.92对硝基苯酚钠161.09

48、11.144 69.18水18.01 滤饼238.97 滤饼13268.74母液I 3052.69 母液I 169449.72 TEBAC 227.78 110.88 486.79杂质9.6797甲醇32.04 370.34 11555.4氢氧化钠40.01 395.61 9887.86.7干燥 图6.7 干燥流程图进料等于洗涤出料表干燥后对硝基苯甲醚总质量=洗涤过程中滤饼对硝基苯甲醚质量×(1-20%=m洗涤过程滤饼对硝基苯甲醚质量×(1-20%=1206.94×0.8=965.55kg收率为99%,则干燥后对硝基苯甲醚质量=干燥后对硝基苯甲醚总质量×

49、收率=m干燥后对硝基苯甲醚×0.99=965.55×0.99=955.89kg干燥后对硝基苯甲醚摩尔量=干燥后对硝基苯甲醚质量/对硝基苯甲醚分子量=m干燥后对硝基苯甲醚/M对硝基苯甲醚=955.89/0.15314=6241.94mol滤饼含杂质质量=干燥后对硝基苯甲醚质量×(1-0.99=m干燥后对硝基苯甲醚×(1-0.99=955.89×0.01=9.56kg表6.6干燥出料物料表名称分子量质量摩尔量对硝基苯甲醚153.14 955.89 6241.94氯化钠58.44 380.03 6502.92对硝基苯酚钠161.09 11.144 6

50、9.18水18.01 滤饼238.97 滤饼13268.74母液I 3052.69 母液I 169449.72 TEBAC 227.78 110.88 486.79杂质9.56甲醇32.04 370.34 11555.4氢氧化钠40.01 395.61 9887.8第七章 能量衡算7.1 计算依据:以每天投料量为基准,以20为计算基准;甲醇进料温度:20;碱液进料温度:65;对硝基苯氯苯进料温度:20;主反应温度:70;回流冷凝量:2%/min ;配碱溶解升温时间:0.5h ;反应时间:2h ;升温到80时间:0.5h ;保温回流时间:1h 。热力学数据:名称 熔点 沸点 Cp(KJ/Kg*K

51、 溶化热 KCal/Kg生成热KJ/mol 甲醇-97.8 64.7 2.54057 -238.57 对硝基苯甲醚54 274 1.28 -141.42 对硝基氯苯 83.5 242 1.073 31.51 -80.69 氯化钠 800 1465 66.5574 -411 氢氧化钠 322 1378 3.273452 -426.8 水1004.183-285.838温度/25 28 49 60 71 82 比热/(KcalKg -1-10.835 0.842 0.8480.852 0.853 0.85435% NaOH 溶解热=-1058 KJ/Kg ;甲醇汽化热=262.8Kcal/Kg 杂

52、质的比热以反应物中质量最大的计算,即使用甲醇的比热。 甲醇汽化热=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 反应过程主反应收率:0.93+NO 2Cl CH 3OH NaOHH 2ONaClNO 2 OCH 3+NO 2ClCH 3OH NaOHH 2ONaClNO 2OCH 3

53、70252570r H m7.2 计算过程: 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图7.1 .2反应方程式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相变+H2O相变=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每小时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 单耗表:表7.3生产1吨产品需要的原料量序号名称分子量质量/kg 摩尔量/mol1 甲醇32.04 5.946 181.8792 对硝基氯苯157.56 3.847 24.124

56、3 氢氧化钠40.01 2.343 57.4004 水18.01 4.394 243.9665 TEBAC 227.78 0.391 1.6986 总共16.921第八章设备选型与设计计算8.1 设计方法与原则反应器的种类很多,按照反应器进出物料的状况,可以分为间歇式与连续式两类。按照物料的流程。则可分为单程与循环两大类。从反应器的结构形式来分,可以分成釜式、管式、塔式、同定床、流化床等多种反应器形式,它们适用于不同的化学反应,应根据物系反应机理来选择6。在设备选型时,要认真地研究工艺的适应性、安全性问题,应根据工岂总的操作范同和操作特性之间的关系,通过对各设备的分析来确定设备的型式。设备使用

57、的材料应考虑工艺流体、流速、温度、压力以及流体反应特性和腐蚀特性等各种因素.选择满足耐腐蚀性、满足强度要求以及可加工性的材料。设计时应确保温度等控制在预定的范围内。在工艺设计中采用减少进料量、控制某种物料的加热速度,加大冷却能力如外循环冷却器的方法.或采用多段反应等措施来控制反应。如还不能避免,则应考虑其他的保护措施,如给反应器通入低温介质,使反应器降温;向反应器内输入易挥发的液体,通过其挥发来吸收热量;往反应器内加入阻聚剂来抑制反应速度。当设备内部充满易燃物质时,要采用正压操作,以阻止外部空气渗入设备内等。设备从安全角度讲,特别是高压容器,不但要求有足够的结构强度,防止爆裂,而且要求密封必须

58、良好,一定要有足够的严密性,防止泄露。因为大量介质的泄露会引起火灾或中毒,酿成巨祸。对高压密封结构的要求,首先是安全可靠。运行过程巾,在温度和压力有波动仍要始终保持严密不漏。如果由于某种原因容器产生了超压,那么容器就有可能因过度的塑性变形而遭到破坏,造成恶性事故。为了防止这种异常情况,一般在容器上装有安全压力释放装置。8.2 设计计算由物料衡算得配碱过程中将需要水的体积为 1.17m3,所以配碱使用的高位槽容量需大于1.17m3。配碱釜需装入624kg氢氧化钠,1170kg水。当配成溶液后35%NaOH溶液密度为1380kg/m3;则35%NaOH溶液体积为1.3m3。根据所定装料系数=75%;则配碱釜体积=35%NaOH溶液体积/装料系数=V35%NaOH/=1.3/75%=1.7333m3;查阅手册1选定配碱釜为R24-0.7-11 A3F钢制容器;搅拌器额定功率为1.53KW;转速10750RPM;封头为椭圆封头。参数如下:公称容积m3计算容积m3工作