Thiết kế dây chuyền sản xuất ninobenzen

Đồ án Thiết kế dây chuyền sản xuất Ninobenzen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com GIỚI THIỆU CHUNG Các sản phẩm hố học nói chung, đặc biệt sản phẩm ngành công nghệ tổng hợp hữu hố dầu nói riêng, đóng vai trị quan trọng đời sống phát triển kinh tế quốc dân Việc sản xuất chất hữu xuất từ lâu, dựa chế biến nguyên liệu động vật hay thực vật việc tách chất có giá trị (đường, dầu béo) hay sản phẩm phân giải chúng (xà phòng, cồn…) Tổng hợp hữu để thu chất phức tạp từ chất đơn giản đời từ kỷ 19 nên sở sản phẩm đồng hành có chứa hợp chất thơm cốc hoá than Vào kỷ 20 dầu mỏ khí thiên nhiên ngày đóng vai trò quan trọng nguồn nguyên liệu hưũ nhờ việc khai thác vận chuyển chế biến chúng rẻ than đá Nền công nghệ tổng hợp hữu chủ yếu dựa vào dạng nguyên liệu nên qua nhiều q trình chế biến hố học khác tạo nên hợp chất hữu trung guan Ninobenzen sản phẩm trung gian đó, phát năm 1834 nhà bác học Mischerlich lần thu Ninobenzen từ nhựa than đá với khói axitnitric Từ năm 1847 trở đi, Ninobenzen đưa vào sản xuất sử dụng có quy mô lớn Ninobenzen sản phẩm trung gian quan trọng ứng dụng đa dạng Ninobenzen, dininobenzen, chất xúc tiến ưu hóa cao su sản xuất thuốc nhuộm Ngồi ninibenzen cịn dùng làm dung mơi, dùng lọc để tinh chế dầu mỏ số ứng dụng quan trọng để sản xuất thuốc nổ dùng y học Đến nay, ninobenzen sản xuất theo phương pháp nino hố benzen, với quy mơ lớn hồn thiện phương diện kỹ thuật Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ninobenzen benzen kỹ thuật (C6H 6) Tác nhân nino hố có nhiều ãit HNO 3, muối NaNO3, NH4NO3… chủ yếu sử dụng tác nhân nino hoá hỗn hợp axit HNO 3, H2SO4, ngồi cịn sử dụng Na2CO3 H 2O Do đa dạng ứng dụng quan trọng ninobenzen benzen, axit ninic, axit sulfuric, natricacbon nguyên liệu nhập ngoại nên việc thiết kế dây chuyền sản xuất ninobenzen cần thiết Có tạo nhiều sản phẩm ứng dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ngành công nghiệp đưa nước ta tiên tiến đến cơng nghiệp hố học tiên tiến đại Chương I TÍNH CHẤT NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM I TÍNH CHẤT CỦA NGUN LIỆU A Tính chất Benzen Benzen có cơng thức hố học C6H hydrocacbon thơm trạng thái lỏng dễ bay hơi, khơng màu, dễ cháy, có mùi đặc trưng Benzen sử dụng làm nguyên liệu tổng hợp ninobenzen Năm 1825, Faraday người tìm benzen Benzen tách từ chất lỏng ngưng tụ cách nén khí dầu mỏ Năm 1845 A.W.Hofman thu benzen từ dầu nhẹ nhựa than Cấu tạo vòng Benzen Theo thuyết điện tử đại vòng benzen có cấu tạo phẳng sáu nguyên tử cacbon nằm sáu đỉnh lục giác Sáu nguyên tử cacbon vịng benzen trạng tháu lai hố sản phẩm Như cacbon có điện tử lai hố tạo liên kết , có liên kết C-H hai liên kết C-C điện tử P chưa lai hoá, điện tử P xen phủ hợp với tạo thành vịng khép kín Vì vịng benzen bền với chất ơxy hố, khó tham gia phản ứng cộng - Chiều dài liên kết C-C 1,4A0 - Chiều dài liên kết C-H 1,08A0 - Các góc hố trị C-C-C = C-C- = 120 Phân tử benzen hồn tồn cânHđối, mơmen lưỡng cực không Sáu điện tử nguyên tử cacbon vịng benzen khơng phải mơi tác dụng tương hỗ với tạo liên kết  riêng rẽ mà điện tử P tác dụng với điện tử P cacbon bên cạnh tạo nên san điện tử toàn nhân benzen - Các thông số vật lý Benzen LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com + Điểm sơi nóng chảy : 5,533 0C + Điểm sôi : 80,10C + Tỷ trọng 250C : 0,8737 g/ml + Áp suất 26,0750C : 100mmHg + Chỉ số khúc xạ n 25 D : 1,49792 + Độ nhớt 200C : 0,6468 cP + Sức căng bề mặt 250C : 28,18 dgn/cm + Nhiệt độ tới hạn : 289,450C + Áp suất tới hạn : 48,6 atm + Tỷ trọng tới hạn : 0,3 g/ml + Nhiệt độ chớp cháy cốc kín : -11,10C + Nhiệt độ bốc cháy khơng khí : 1,8  8% thể tích + Nhiệt lượng nóng chảy : 2,351 Kcal/mol + Nhiệt hố 80 – 1000C : 8,09 Kcal/mol + Nhiệt cháy đẳng áp 250C : 9,999 Kcal/mol + Độ hoà tan H2O 25 0C : 0,05g/100g H2O + Độ hoà tan H2O Benzen : 0,05g/100g C6H - Nhiệt độ sôi số octan benzen hợp chất có nguồn gốc từ benzen: Nhiệt độ sôi (OC) Chỉ số Octan (RCN) Benzen 80,1 98 Cyclo Hexan 81,4 83 Toluen 110,6 120 Etylbenzen 136,1 107 O-xylen 144,4 120 M-xylen 139,1 115 P-xylen 138,4 116 Cumen 152,4 113 Hợp chất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Tính chất hố học Benzen - Phản ứng cộng hợp + Phản ứng khử: CH Ni200 – 300 0C H 2C CH P = 300 atm H 2C CH + 3H CH Xyclo hexan Tác dụng với Clo: Cl CH h Cl-CH CH-Cl Cl-CH CHCl + 3Cl2 CH2 Cl Haxan-xyclo hexan - Phản ứng ơxy hố: + Sử dụng ơxy khơng khí: 500 0C + O CH- C O2 V2O CH- C O + 2CO + H2O CH2 Anhydric maleic - Phản ứng electrofyl (phản ứng *** điện tử + Phản ứng halogen hố: FeX3 + X2 X + HX Trong X là: Br; Cl + Phản ứng nino hoá: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com NO H2SO4 HNO3 + +H2O 55  60 C + Phản ứng alkyl hoá: AlCl3 + RCl R + HCl + Phản ứng sufo hoá: SO 2H + H2SO4 H2O O + Phản ứng ơxy hố: C-R + R – C - Cl + HCl O B Tính chất axit nitric Axit nitric axit mạnh, tự nhiên tồn dạng muối nitrat Axit nitric sử dụng làm tác nhân nino hoá để sản xuất nino benzen Tính chất vật lý Axit nitric Axit nitric có cơng thức phân tử HNO3, tan lẫn với H2O tất tỷ lệ Axit nitric nguyên chất khan sôi nhiệt độ từ 85  870C Axit nitric tinh khiết chất lỏng khơng màu có mùi dễ gây bỏng nặng có tác dụng phá huỷ da, giấy, vải,… sử dụng cần phải cẩn thận - Thông số vật lý HNO3 + Điểm kết tính : -41,590C LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com : 82,6  0,20C + Điểm sôi + Tỷ trọng chất lỏng: 0C 1549,2 Kg/m3 200C 1512,8 Kg/m3 400C 1476,4 Kg/m3 + Chỉ số khúc xạ n 25 D 1,397 + Độ nhớt động học 0C 1,092 mPa.s 200C 0,746 mPa.s 400C 0,617 mPa.s 0C 0,04356 N/m 200C 0,04115 N/m 400C 0,03776 N/m + Sức căng bề mặt + Độ dẫn nhiệt 200C: 0,343 Wm-1K -1 + Entanpi chuẩn tạo thành: Chất lỏng : 2,7474 J/g Khí : 2,1258 J/g + Nhiệt hố 200C: 626,3 J/g + Nhiệt dung riêng: 0C 1,7601 Jg-1K-1 200C 1,7481 Jg-1K-1 Axit nitric dễ bị phân huỷ theo nhiệt độ biểu diễn phản ứng: 4HNO3  2H2O + 4NO2 + O2 Sự phân huỷ Axit nitric làm cho tính chất vật lý khó xác định độ cao độ khoảng 500C phương pháp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tiến hành được, vượt q 500C gián tiếp tính tốn nhiệt động học tiến hành đo với thời gian đặc biệt ngắn Tính chất hố học Axit nitric Axit nitric trạng thái có cấu tạo hình vẽ đây: Hình vẽ Góc HON Góc = 1020 ONO có giá trị 116 0C, 1140C, 130 0C Độ dài liên kết: dH-O = 0,96A0 dO-N = 1,41A0 dN-O = 1,21A0 Do cấu trúc khơng đối xứng nên phân tử HNO có momen lượng cực lớn Axit nitric tính ơxy hố mạnh - Tác dụng với kim loại: hồ tan hầu hết kim loại (trừ Pt, Au…), riêng kim loại kiềm thổ tạo khí hydro, cịn kim loại khác tạo khí NH 2NO 3, N2, NO, NO2, N 2O Nhưng sản phẩm phản ứng phụ thuộc vào nồng độ axit chất kim loại HNO 3đ + Kim loại  muối + NO2 + H2O Ví dụ: Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O HNO đặc nguội khơng hồ tan Fe, Al, Cr tạo lớp màng bảo vệ HNO 3l + Kim loại trung bình yếu  muối + NO2 Ví dụ: Fe + 4HNO3l  Fe(NO3)3 + NO + 4H2O 3Cu + 8HNO3l  3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Axit HNO3 loãng cộng kim loại hoạt động Mg, Al, Zn… tuỳ theo mức độ lỗng dung dịch axit mà tạo thành sản phẩm Với số ơxy hố thấp nitơ như: N2O, N2, NH 4NO hỗn hợp sản phẩm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ví dụ: hồ tan kẽm vào dung dịch HNO lỗng xảy phản ứng sau: 3Zn + 8HNO3l = 3Zn(NO3)2 + 2NO + 4H2O 4Zn + 10HNO3l = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O 5Zn + 12HNO3l = 5Zn(NO3)2 + N2 + 6H2O 4Zn + 10HNO3 loãng = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O - Tác dụng với phi kim Axit HNO3 ơxy hố số phi kim C, S, P đưa phi kim lên số ơxy hố dương cực đại Còn thân HNO3 bị khử đến NO2 axit đặc đến NO axit lỗng Ví dụ: C + 4HNO 3đ t CO2 + 4NO2 + 2H2O S + 6HNO3đ t H 2SO4 + 6NO2 + 2H2O 3P + 5HNO3 + 2H2O t 3H3PO4 + 2NO 2 - Tác dụng với hợp chất Hỗn hợp gồm thể tích HNO3 đặc 3-4 thể tích HCl đặc gọi nước cường toan có tính ơxy hố mạnh, hồ tan vàng platin Au + HNO3 + 3HCl = AuCl3 + NO2 + 2H2O AuCl3 + HCl = H[AuCl4] Axit Cloroaruic 3Pt + 4HNO3 + 12HCl = 3PtCl4 + 4NO + 8H2O PtCl4 + 2HCl = H2[PtCl6] Axxit Cloroplatinic C Tính chất axit sulfiric Axit sulfuric sử dụng q trình nitro hố đóng vai trị chất xúc tác, tác nhân hút H 2O, đồng thời tạo điều kiện sử dụng axit nitric triệt để Tính chất vật lý axit sulfuric LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Axit sulfuric có cơng thức H2SO có khối lượng phân tử 98,08 H2SO4 chất lỏng nặng, không màu, hút nước mạnh nên dùng làm khơng chất khí Ngồi H2SO4 có tồn dạng tinh thể hình thoi - Dưới số thơng số vật lý H2SO + Tỷ trọng d = 1,834g/m3 + Nhiệt độ sôi: 3300C Axit sulfuric tan vô tận nước toả nhiều nhiệt cần thận trọng hoà tan H2SO4 dung dịch nước tăng theo nồng độ Tính chất hố học - Axit H2SO4 loãng axit mạnh, hai lần axit phân ly hoàn toàn dung dịch H 2O H 2SO4  H+ + HSO-4 HSO4-  H+ + SO2-4 Axit H2SO4 loãng tác dụng với kim loại có 0 < tạo thành muối, giải phóng H2, Axit H2SO lỗng khơng hồ tan Pb VD: Fe + H2SO = FeSO4 +H 2 - Axit sulfuric đặc đun nóng chất ơxy hố mạnh Axit sulfuric đặc nóng hồ tan hầu hết kim loại khơng giải phóng H2, sản phẩm phản ứng phụ thuộc vào chất kim loại (vai trị ơxy hố ino SO2-4) + H2SO4 + kim loại trung bình yếu t muối + SO2 + H 2O Ví dụ: 2Fe + 6H 2SO4 + Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H 2O Cu + 2H2SO4 + CuSO4 + SO 2 + 2H2O + H2SO 4đ + Kim loại hoạt động sản phẩm khử SO2, S hay H 2S Ví dụ: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com C6H6 + CH3COONO2 C6H5NO2 + CH3COOH Vận tốc phản ứng chính: V = K.[C6H6] [HNO 3] [(CH3CO)2O] Vận tốc phản ứng phụ thuộc vào nồng độ axit nồng độ anhydric axetic tiến hành phản ứng cho vừa đủ lượng axit HNO3 không axit tạo kết hợp với HNO tạo thành hợp chất phức cho cấu tử (HNO3 CH 3COOH) làm ảnh hưởng đến vận tốc phản ứng Phương pháp nitro hoá cách nhóm sulfo, amino, diazo nhóm NO2 Giả sử từ hợp chất Diazonitrat C6H 5N = N-O-NO2 + NaNO2  C6H 5N = N-O-NO + NaNO3 (Diazonitrat) (Diazonitrit) Phương pháp dùng công nghiệp thuốc nhuộm để điều chế  nitronaptalin để điều chế phịng thí nghiệm paradinitrobenzen tinh khiết từ para-nitro anilin Phương pháp nitro hoá oxit nitơ Phương pháp nghiên cứu để đưa vào sản xuất từ năm 1850 – 1915 Nitro hoá axit nitơ kỹ thuật ưu việt khơng cần qua giai đoạn điều chế HNO Như ta biết sản xuất HNO3 từ axit nitơ vấn đề phức tạp thiết bị kỹ thuật Vì dùng oxit nitơ q trình nitro hố vấn đề kinh tế Phản ứng giữ benzen oxit nitơ N2O sau: NO2 + 3HNO2 + 3N2O4 NO2 NO2 Khi tác dụng benzen với N2O4 người thường thêm tác nhân phụ trợ vào AlCl3 FeCl3 Khi có mặt clorit benzen tác dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com mãnh liệt với N 2O4 tạo thành phức chất Đối với C6H6 thành phần cuối là: AlCl3 3C6H 3N2O4 FeCl3 2C6H6 2N2O Trong nước tách khỏi hợp chất đồng thời gốc hữu C6H6N2O4 tách HNO2 tạo thành nitrobenzen Khi đun nóng AlCl3 với N2O hợp chất thơm điều kiện khơng có nước phản ứng xảy theo phương trình: 2AlCl3 3C6H6 3N2O4  3C6H6NO2 + 3NOCl + Al2Cl3(OH)3 Titôp cho tác dụng xảy bão hoà bậc AlCl3 + Giảm bớt q trình oxy hố HNO3 đến mức tối thiểu + Có thể dùng lại axit làm việc + Có thể nitro hố nhiệt độ cao so với phương pháp dùng HNO + Axit H2SO giúp cho trình tạo ion NO2+ nhanh tăng vận tốc phản ứng + Hiệu suất đạt tương đối cao, đến 98% lại không cần axit HNO3 tinh khiết Ngồi H 2SO4 cịn dùng tác nhân khác hút nước BF3, P2O5 Phản ứng xảy theo phương trình : C6H6 + HNO + BF3  C6H5NO2 + BF3.H2O Phản ứng giải thích chế : NO 2+ + HO-BF3 HNO + BF3 C6H + NO 2+ chậm + H nhanh NO2 + H+ NO2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Qua phương pháp sản xuất nitro benzen ta thấy phương pháp sản xuất nitro benzen sử dụng hỗn hợp HNO3 H2SO4 có ưu điểm bật Từ ưu điểm, sử dụng lại axit dã làm việc, hiệu xuất trình cao thiết bị chế tạo đơn giản nên giá thành sản phẩm thấp Vì vậy, đồ án em thiết kế dây chuyền sản xuất nitro benzen phương pháp sử dụng hỗn hợp axit HNO H2SO4 để nitro hoá benzen Hỗn hợp nitro hố có thành phần : 34% HNO3; 54,5% H2SO 4; 11,5% H 2O Hỗn hợp nitro hố điều chế từ hỗn hợp melanzo có thành phần : 89%HNO3; 7,5% H2SO4 nồng độ 96%; 3,5% H2O Phương pháp sản xuất nitro benzen sử dụng tác nhân nitro hoá hỗn hợp axit HNO3 + H2SO4 thơng dụng nhất, phương pháp Michelich tìm năm 1843 đến năm 1847 áp dụng vào cơng nghiệp Q trình sản xuất nitro benzen theo phương pháp trải qua số giai đoạn sau: * Chuẩn bị hỗn hợp axit * Nitro hoá benzen * Tách sản phẩm * Nitro benzen axit dư * Rửa sản phẩm trung hoà sản phẩm * Lắng axit dùng * Cách ly nitro benzen axit dùng benzen a) Thiết bị nitro hoá : Các thiết bị nitro hoá chế tạo gang thép chịu axit hay thép không gỉ, có lắp thêm máy khuấy Thiết bị nitro hố có vỏ bọc ngồi để làm lạnh H 2O muối cần đun nóng nước Để tăng bề mặt truyền nhiệt người ta đặt thêm ống xoắn lịng thiết bị Ngồi để tăng cường độ khuấy trộn người ta đặt ống rỗng hình trụ thiết bị Khi nitro hố axit nitric lỗng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com tiến hành thiết bị sành hay thiết bị tráng men thép pha kim loại quý Khi cho nước làm lạnh qua ống xoắn thiết bị phải dùng bơm chân không, mà không dùng bơm nén nước qua ống xoắn Lý để dùng bơm chân khơng đề phịng trường hợp ống xoắn bị hở, nước vào khối phản ứng Thể tích thiết bị nitro hoá giới hạn từ 50 lit đến 3,5 m3 tuỳ theo suất ta chọn cho thích hợp Ưu điểm thiết bị khuấy làm lạnh tốt, đảm bảo hiệu suất phản ứng Những thiết bị tránh nhiệt cục tháo hoàn toàn sản phẩm Sau cấu tạo thiết bị nitro hoá LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com N¦íc N¦íc KHÝ GHI CHó th©n áo 4.ống xoắn máy k huấy ống nguyên liệu vào ố ng cho s¶n phÈm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 1: Cấu tạo thiết bị nitro hoá làm việc gián đoạn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nguyên liệu benzen hỗn hợp nitro hoá vào NƯớc hỗn hợp axit quay trở lại nƯớc KHí nén sản phẩm nitro ra nƯớc nhiệt GHI CHú ống xoắn ruột gà khuếch tán đối lƯu cánh khuấy m¸y khy Hình 2: Cấu tạo thiết bị nitro hoá làm việc liên tục LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com b) Chuẩn bị hỗn hợp nitro hố : Trước tiến hành q trình nitro hố ta phải tiến hành chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá Hỗn hợp nitro hoá điều chế phương pháp pha trộn lượng HNO3 H 2SO3 theo tính tốn Trong chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá, tuỳ theo phạm vi sản xuất lớn hay nhỏ mà sử dụng sơ đồ khác Có hai sơ đồ chuẩn bị hỗn hợp nitro hố thơng dụng nay, sơ đồ phạm vi sản xuất với suất lớn (hình 3), sơ đồ phạm vi sản xuất với suất không lớn (hình 4) Trong sản xuất thường tiến hành chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá theo sơ đồ sau: Trộn axit H2SO đậm đặc, axit nitric hay hỗn hợp Melanzơ nước axit làm việc từ xá thùng chưa (1) đưa lên thùng lường (2) nhờ khơng khí nén Sau từ thung lường axit H 2SO4 đặc, axit HNO hay hỗn hợp Melanzơ nước axit làm việc đưa vào thiết bị trộn (4) theo tỉ lệ tính tốn Do q trình trộn hỗn hợp axit trình toả nhiệt nên thiết bị trộn phải có máy khuấy có vỏ làm lạnh liên tục để đảm bảo đồng phân phối nhiệt độ tốt tồn hỗn hợp Q trình trộn toả nhiệt mạnh nên dùng nước để làm lạnh Sau giờ, trình trộn kết thúc, hỗn hợp nitro hoá chảy vào thùng chứa (3) đưa vào q trình nitro hố nhờ khơng khí nén LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình : Sơ đồ chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá phạm vi sản xuất không lớn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com không khí nén hỗn hợp melanzơ HNO3 3.Thiết bị trộn Thùng c hứa hỗn hợp nitro hoá Thùng lƯờng thùng chứa axit GHI CHó H2sO kh«ng khÝ nÐn axi t đ làm việc NƯớc H2 o H2o hỗn hợp nitro hoá không khí nén i với sơ đồ chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá phạm vi sản xuất với suất lớn muốn chế tạo hỗn hợp nitro hoá người ta ứng dụng bơm tun bƠm tuần hoàn thiết bị làm lạnh Thùng chứa hỗn hợp Nitro hoá BƠm thùng chứa axit thùng lƯờng GHI CHú H2so4 NƯớc hỗn hợp melanzƠ NƯớc axit đ lam việc hỗn hợp nitro hoá hon nhiều bậc, dùng bơm ly tâm chịu axit để bơm axit qua thùng chứa qua thiết bị làm lạnh trung gian Hình : Sơ đồ chuẩn bị hỗn hợp nitro hoá phạm vi sản xuất với suất lớn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com c) Quá trình sản xuất hợp chất nitro : Quá trình sản xuất hợp chất nitro tiến hành theo sơ đồ chung sau: Nguyên liệu ban đầu tham phản ứng nitro hoá với hỗn hợp axit Sau đưa vào thùng lắng Axit dùng nằm lớp (hoà tan 0,5  3%) Sản phẩm nitro lớp sản phẩm nitro lỏng chứa H 2SO4 axit HNO3 dạng hoà tan nhũ tương Dùng nguyên liệu đầu để tách ly sản phẩm nitro tan khỏi axit dùng Sau tách ly axit dùng vào thùng chứa, từ phần axit quay trở lại chế tạo hỗn hợp axit, phần lại chuyển đến trình khử đặc Kết hồn lại phần axit chưa phản ứng hầu hết axit H 2SO4 Sản phẩm nitro hoá axit đem rửa nước dung dịch Na2CO3 sau chưng cất nước ta thu sản phẩm nitro hoá nguyên chất Chương IV CÁC DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT NITRO BENZEN - SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NITRO BENZEN THEO KATTAR : Phản ứng nitro tiến hành 10 phút Nhiệt phản ứng dùng để đun nóng khối phản ứng Kết thúc q trình nitro hố nitro benzen lấy axit dùng nồng độ 72% cho chảy xuống thùng chứa đựng đun nóng (8) hút chân khơng đưa lên thiết bị bốc có áp suất 35 mmHg, nước với nitro benzen tách khỏi axit sulfuric ngưng tụ lại thiết bị ngưng (10) Trong thiết bị bốc axit H2O ngưng lại từ 72 - 75% H2SO4 chảy xuống thùng cao vị (7) chảy vào thiết bị nitro hoá (1), (2), (3), (4) Trong thiết bị nitro hoá xảy bốn q trình : trộn axit, nitro hố, lắng phân riêng - SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NITRO BENZEN THEO PHƯƠNG PHÁP LIÊN TỤC : Sơ đồ tiến hành sau : Cho benzen vào thiết bị nitro hoá (1) sau mở máy khuấy, đun nóng benzen đến 40 - 45 0C cho hỗn hợp nitro hoá vào Điều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com chỉnh tốc độ cho tác nhân khống chế nhiệt độ khối phản ứng 400C (dùng nước làm lạnh) Khi cho hết hỗn hợp nitro hoá vào thiết bị theo tỷ lệ ta ngưng làm lạnh máy khuấy vào làm việc nâng dần nhiệt độ lên 50  55 0C Duy trì nhiệt độ khoảng 1h, sau khối phản ứng đưa sang thiết bị nitri hố hồn tồn (2) nhờ khí nén thiết bị khơng có phận làm lạnh ống xoắn ruột gà, có cánh khuấy phản ứng xảy coi hồn tồn Sau khối phản ứng làm lạnh thiết bị ống xoắn (3), đến nhiệt độ thường nước lạnh ống, khối phản ứng ống Tiếp theo khối phản ứng vào thiết bị lắng (4) Do trạng thái riêng khác (P C6H5NO = 1,2 g/cm3, axit làm việc = 1,6 g/cm3) nên thùng lắng có phân chia thành hai lớp Lớp nitro benzen đưa vào liên tục thiết bị trung hoà (6) thiết bị rửa (7) Hai thiết bị có dạng tháp đệm làm việc theo nguyên tắc chiều liên tục nitro benzen tiếp xúc với dung dịch Na2CO3 lỗng có nồng độ 6% thiết bị (6), sau hỗn hợp đưa vào thiết bị phân ly (8) Ở thiết bị phân ly (8) lớp dung dịch sau trung hồ đưa ngồi, cịn lớp nitro benzen bơm vào tiếp xúc với nước thiết bị (7) Tiếp theo hỗn hợp nước nitro benzen vào thiết bị phân ly (8), nước tách thu nitro benzen kỹ thuật có nồng độ 99% Cịn lớp thiết bị lắng (4) axit làm việc chứa 70  72% H2SO4 sản phẩm oxy hoá oxit nitơ đưa vào thùng chứa số (5) đưa sử dụng lại Qua so sánh sơ đồ có nhiều ưu điểm suất thiết bị lớn, an toàn tốt, hiệu suất thu nitro benzen cao (nitro benzen có nồng độ 99%) Sơ đồ dễ khí hố tự động hố, tình trạng sản xuất ổn định - SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NITRO BENZEN LIÊN TỤC HAI BẬC : Sơ đồ tiến hành sau : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cho benzen lẫn nitro benzen hỗn hợp axit chứa 25% HNO3 (theo trọng lượng) vào thiết bị (1) nitro hoá tiến hành từ  10 phút nhiệt độ từ 46  97,50C Sau chảy sang thiết bị phân ly (2) chảy vào thiết bị nitro tác dụng liên tục bậc (5) đồng thời cho benzen nguyên chất vào trộn lẫn với lớp axit Nhũ hố benzen axit dùng từ thiết bị (5) chảy xuống thiết bị phân ly (6) phân ly thành hai lớp, lớp hỗn hợp benzen nitro benzen bơm lên thiết bị nitro hoá tác dụng liên tục (1), lớp axit dùng đem cô đặc tái sinh hỗn hợp axit Trong thiết bị (5) khơng sử dụng hồn tồn axit nitric dư mà cịn có nhiệm vụ tách ly nitro benzen khỏi axit dùng Hiệu suất nitro benzen đạt 99%so với lý thuyết - SƠ ĐỒ SẢN XUẤT NITRO BENZEN CỦA NGA : Ở Nga 20 năm sản xuất nitro benzen phương pháp liên tục theo sơ đồ Quá trình tiến hành sau : Benzen hỗn hợp axit axit dùng cho thiết bị nitro hoá (1) Người ta tự điều chỉnh tự động lượng benzen hỗn hợp thiết bị nitro hoá Sau khối phản ứng từ thiết bị nitro hố (1) bơm sang thiết bị làm lạnh kiểu xoắn ốc (6) (7) Ở thiết bị làm lạnh (6) tiến hành nitro hố nốt nghĩa chuyển hố hồn tồn axit nitric chứa axit dùng Còn thiết bị (7) khối phản ứng làm lạnh đến 300C đưa lên thiết bị phân ly (8) chia thành hai lớp nitro benzen axit dùng Nitro benzen tiếp tục đem rửa trung hồ cịn axit dùng quay lại thiêt bị nitro hoá làm 16% 15% chứa axit làm việcvà 1% chứa benzen tách ly axit làm việc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Q n : Nhiệt thay đổi nồng độ (kcal) a/ Nhiệt phản ứng : Q p = Qb = 1000 x qp Mb Trong : G b : Khối lượng benzen phản ứng hết (Kg) G b = 669,658 x 0,988 x 1,893 = 1252,449 (Kg) Mb : Phân tử lượng benzen Mb = 78 qp : Nhiệt phản ứng tính cho mol qp = q(C6H 6NO2) - q(C6H6) + q(H 2O) - q(HNO 3) q(H2O) : Nhiệt sinh nước (kcal/gmol) q(H2O) = 69 (kcal/gmol) q(HNO 3) : Nhiệt sinh axit Nitric (kcal/gmol) q(HNO 3) = 41,6 (kcal/gmol) Tính nhiệt sinh Nitrobenzen q(C6H6NO2) */ Nhiệt sinh chất tính theo cơng thức : q0 =  nqa - qch Trong : n : Số nguyên tử loại qa : Nhiệt cháy nguyên tử gam nguyên tố (kcal/gmol) qC = 94,38 q0 = qH = 34,19 qN = Ta có : x 94,38 + x 34,19 + x + x = 737,23 (kcal/gmol) qch : Nhiệt cháy hợp chất : qch (C6H6NO2) = 56,05n +   Trong : n : Số điện tử chuyển dịch Trong Nitrobenzen có : LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com cacbon chuyển dịch điện tử LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... ứng dụng quan trọng ninobenzen benzen, axit ninic, axit sulfuric, natricacbon nguyên liệu nhập ngoại nên việc thiết kế dây chuyền sản xuất ninobenzen cần thiết Có tạo nhiều sản phẩm ứng dụng LUAN... quan trọng để sản xuất thuốc nổ dùng y học Đến nay, ninobenzen sản xuất theo phương pháp nino hố benzen, với quy mơ lớn hoàn thiện phương diện kỹ thuật Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ninobenzen. .. làm việc, hiệu xuất trình cao thiết bị chế tạo đơn giản nên giá thành sản phẩm thấp Vì vậy, đồ án em thiết kế dây chuyền sản xuất nitro benzen phương pháp sử dụng hỗn hợp axit HNO H2SO4 để nitro