硝化反应
硝化反应详解
硝化反应详解
硝化反应是指由氨氮转化为硝态氮的化学反应。
在自然界中，硝化反应通常由硝化细菌完成。
硝化反应主要分为两个步骤：氨氧化和亚硝化。
1. 氨氧化：氨氧化是硝化反应的第一步，也是最关键的一步。
在这一步中，氨氧化细菌将氨氧化为亚硝酸。
这个过程涉及到两种细菌：氨氧化细菌（如亚硝化杆菌）和亚硝化细菌（如亚硝酸杆菌）。
第一阶段：NH3 + O2 --> NH2OH（氨气氧化为羟胺）
第二阶段：NH2OH + O2 --> HNO2 + H2O（羟胺氧化为亚硝酸）
2. 亚硝化：亚硝化是硝化反应的第二步，也是氨氧化细菌所产生的亚硝酸被亚硝化细菌进一步氧化的过程。
在这个过程中，亚硝酸被氧化为硝酸。
NO2- + O2 --> NO3-（亚硝酸被氧化为硝酸）
总的反应方程式为：NH3 + 2O2 --> NO3- + H2O
硝化反应是一个需要氧气参与的反应，因此只在充氧条件下才能进行。
此外，硝化反应是一种缓慢的反应，通常需要一定的时间才能完成。
硝化反应
(4)溶解氧 氧是生物硝化作用中的电子受体，其浓度太低将不利于硝化反应的进行。一般，在活性污泥法曝气池中进行硝化，溶解氧应保持在2～3mg/L以上；
(5)BOD负荷 硝化菌是一类自养型菌，而BOD氧化菌是异养型菌。若BOD5负荷过高，会使生长速率较高的异养型菌迅速繁殖，从而佼白养型的硝化菌得不到优势，结果降低了硝化速率。所以为要充分进行硝化，BOD5负荷应维持在0.3kg(BOD5)/kg(SS).d以下。
硝化：在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。 反应过程如下：
亚硝酸盐菌：
向左转|向右转
接着亚硝两个反应式都是释放能量的过程，氨氮转化为硝态氮并不是去除氮而是减少它的需氧量。上诉两式合起来写成：
向左转|向右转
综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：
向左转|向右转
上式可知：(1)在硝化过程中，1g氨氮转化为硝酸盐氮时需氧4.57g；(2)硝化过程中释放出H+，将消耗废水中的碱度，每氧化lg氨氮，将消耗碱度(以CaCO3计) 7.lg。
影响硝化过程的主要因素有：
(1)pH值 当pH值为8.0～8.4时(20℃)，硝化作用速度最快。由于硝化过程中pH将下降，当废水碱度不足时，即需投加石灰，维持pH值在7.5以上；
硝化反应
第四章 硝 化向有机化合物分子中引入硝基(-NO 2)的反应称为硝化反应。
硝化反应是有机化学工业中十分重要的单元反应之一。
硝化产品具有十分广泛的用途，不仅在染料、制药等民用行业上占有重要的地位，而且在国防工业中也占有重要的地位。
另外，可利用硝基的强极性，使芳环上其它取代基活化从而更容易发生化学反应。
第一节 硝化反应一、硝化试剂硝化剂是指在反应中能提供硝基(-NO 2)的化学物质。
常见的硝化试剂有不同浓度的硝酸、硝酸与硫酸的混合物、硝酸盐和硫酸、五氧化二氮以及硝酸和乙酸的混合物等。
混酸是最常用的硝化试剂。
一般认为硝化剂是以NO 2+(硝酰正离子)形式参与反应的。
1．硝酸 纯硝酸、发烟硝酸及浓硝酸很少离解，主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子间质子的转移而离解成NO 2+。
由上式可知，水分的存在不利于NO 2+的形成。
因此，单用硝酸作硝化剂，会因硝化反应过程中产生的水而使硝酸浓度不断下降，硝化反应速度不断降低。
故一般很少采用单一的硝酸用硝化剂，除非是硝化反应活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃。
2．混酸 混酸是硝酸与硫酸的混合物。
混酸是应用最广泛的硝化剂。
在混酸中，硫酸起酸的作用，硝酸则作为一个碱而起作用。
因此，硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。
混酸中所含硫酸的浓度不同，其NO 2+含量也不同。
表3-1 混酸中HNO 3转化成NO 2+的百分率HNO 3+HNO3H 2NO 3++NO 3-H 2NO 3+O H 2+NO 2+H 2SO 4+HNO 3HSO 4-+H 2NO 3+H 2SO 4+H 2NO 3+H 3O ++NO2++HSO 4-硫酸中水的存在对生成NO2+不利，因加入水后增加了HSO4-及H3O+离子的浓度，这两种离子均会抑制NO2+的生成。
3．硝酸与醋酐硝酸与醋酐组成的硝化体系硝化能力较强，可在低温下进行硝化反应，适用于易被氧化和被混酸分解的硝化反应。
该硝化剂中醋酐是溶剂，对有机物有良好的溶解性。
硝化反应和反硝化反应
一、硝化反应在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。
硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4++1.5O2NO2-+H2O+2H+NO2-+0.5O2NO3-硝化反应总方程式：NH3+1.86O2+1.98HCO3-0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3-需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。
当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b.PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.0-7.5，硝化菌7.0-8.5。
最适合PH为8.0-8.4。
碱度维持在70mg/L以上。
碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d.污泥龄：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。
为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。
对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。
因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。
总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
(3)硝化反应
实验表明：硫酸浓度在90%左右时，硝化反应速率常数 有最大值，因为浓度再大时， NO2+逐渐被硫酸分子包围， 形成了溶剂壳的缘故。
6
➢非均相硝化动力学 被硝化物与硝化剂介质互不相溶的液相硝化反应，称为非
均相硝化反应。例如，苯或甲苯等的混酸硝化就是典型的非均 相硝化反应。
一般用理论量的亚硝酸钠，在水介质中、在过量的盐酸或 硫酸存在下，在0℃左右进行。
35
Cl
Cl
OH HAc, NaNO2, Cu2+
ON NO Cu
O
Cl
36
37
38
（4）亲电反应，反应的质点为硝鎓离子NO2＋ ➢工业硝化方法
（1）稀硝酸硝化
是一种弱的硝化剂，用于易硝化的芳环化合物，如：酚类、 芳胺类等。
（2）浓硝酸硝化
目前只用于少数化合物的制备，由于反应中有水生成，需过 量很多倍的酸，如：蒽醌的硝化。
2
（3）浓硫酸介质中的均相硝化 被硝化物或硝化产物是固态（反应温度下），被硝化物常
优点如下：(1)硝化能力强，反应速度快，生产能力高；(2) 硝酸用量可接近理论量，硝化后废酸可设法回收利用；(3)硫 酸的热容量大，可使硝化反应比较平稳地进行；(4)通常可以 采用普通碳钢、不锈钢或铸铁设备作硝化器。
15
3.4.1 混酸的硝化能力 对于每个具体反应都要求有适当的硝化能力，太强，反应
物单体 （2）利用硝基的强吸电性使亲核置换活化
（3）利用硝基的强极性而赋予有机物新的功能
1
NN
NH2染料-黄色
H3C O2N
NO 2
O2N
NN
硝化反应详解
硝化反应详解1 、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基〔－NO2〕的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。
芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子〔nitronium ion，NO2〕中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。
在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。
必须要在更剧烈的反应条件〔例如：高温〕或是更强的硝化剂下进行。
常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。
脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮〔N2O5〕Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2 、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。
而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。
3 、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。
根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小的硝化过程大多采用间歇操作。
产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
硝化方法主要有以下几种：〔1〕稀硝酸硝化一般用于含有强的第一类定位基的芳香族化合物的硝化，反应在不锈钢或搪瓷设备中进行，硝酸约过量10~65%。
硝化反应资料
五、有机溶剂中硝化
使用有机溶剂（乙酸、乙酐、二氯甲 烷、二氯乙烷等），形成均相硝化反 应
优点：
（1）避免使用大量硫酸作溶剂，从而减少废液量 （2）均相反应以及溶剂的稀释效应时反应易于控 制 （3）使用不同的溶剂，可以改变硝基异构体的比 例 缺点：溶剂价格
硝化反应影响因素
被硝化物的性质 硝化剂 反应介质 温度 搅拌 相比和硝酸比 加料方式 硝化副反应
H2SO4,强质子酸 H2O，乙酸
RO
OR
硝化能力强 起碱的作用
硝化能力弱 起酸的作用
二、浓硝酸硝化
O
O
一般用于芳香族的硝化，反应中有水生成，HNO3 浓度降低，导致反应速度变慢，且氧化反应增多， 所以要用过量很多的硝酸
三、浓硫酸介质中的均相硝化
被硝化物或硝化产物固态 被硝化物溶解于大量的浓硫酸中，然后加 入硫酸和硝酸的混合物进行硝化。 优点：需要使用过量很少的硝酸，一般产 率较高，所以应用范围较广。
硝化反应
概述
一、定义 Ar-H + HO-NO2 →Ar-NO2 + H2O
硝化反应是最普遍，最早的有机反应之一
1834年
二、硝化的目的
（1）制备氨基（-NH2）化合物―― 一些染料、药物、聚合物单体 （2）利用硝基的强吸电性使亲核置换活化 （3）利用硝基的强极性而赋予有机物新的功能
芳环亲核置换
a, 加深染料的颜色 （黄色）
三、硝化反应的特点
a,反应不可逆 b,反应速率快，放热量大 c, 互溶性差，硝基化合物在反应体系中的溶解度小－－搅拌特别重要 d,亲电反应，反应的质点为硝鎓离子NO2＋
硝化剂及其硝化活泼质点
硝化剂
硝化反应详解
硝化反应详解The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020硝化反应详解1 、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基（－NO2）的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。
芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子（nitronium ion，NO2）中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。
在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。
必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。
常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。
脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮（N2O5）Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2 、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。
而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。
3 、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。
根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小的硝化过程大多采用间歇操作。
产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
第5章 硝化反应
硝酸酯
硝化 NH
N NO 2 + H 2O
硝胺
芳香族化合物的亲电性硝化是本章的重点，考虑到亚硝化反
应与硝化反应相似，也在本章中介绍。
2. 引入硝基的目的
将硝基转化为其它基团（-NH2） 提高亲核置换反应活性
Cl + 2Na OH
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
Cl
+ 2 Na OH
指混酸与被硝化 物的质量比。
解：以 1kmol 萘为计算基准：由酸油 比 6.5,
G 混酸 128 6.5 832 (kg )
G HNO 3 2 63 1.20 151 .2(kg )
D .V .S .
G H 2SO4
3
G H 2O 2 18
G H 2SO 4 3 G H 2O 108 (1)
10% NaOH 160℃,0.6MPa
NO 2 Cl
NO 2 + 2Na OH
10% NaOH 100℃,常压
NO 2
ONa + NaCl + H2O
ONa
+ Na Cl + H2O
NO 2 ONa NO 2 + NaCl + H2O
NO 2
满足产品性能要求
NO 2
CH 3
O 3N
NO 3
NO 3
6、气相硝化法
工业实例： 苯与NO2在80～190℃通过分子筛处理可转化为硝基苯。
5.2 硝化反应历程
一、硝化剂的X -活N O 泼2质点X -+ N O 2 +
能够生成硝基正离子(NO2+）的试剂
二、硝化反应历程
硝化反应详解
硝化反应详解1 、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基（－NO2）的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。
芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子（nitronium ion，NO2）中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。
在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。
必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。
常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。
脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮（N2O5）Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2 、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。
而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。
3 、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。
根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小的硝化过程大多采用间歇操作。
产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
硝化方法主要有以下几种：（1）稀硝酸硝化一般用于含有强的第一类定位基的芳香族化合物的硝化，反应在不锈钢或搪瓷设备中进行，硝酸约过量10~65%。
硝化反应详解
硝化反应详解 Prepared on 22 November 2020硝化反应详解1、简介硝化反应，硝化是向有机化合物分子中引入硝基（－NO2）的过程，硝基就是硝酸失去一个羟基形成的一价的基团。
芳香族化合物硝化的反应机理为：硝酸的－OH基被质子化，接着被脱水剂脱去一分子的水形成硝酰正离子（nitroniumion，NO2）中间体，最后和苯环行亲电芳香取代反应，并脱去一分子的氢离子。
在此种的硝化反应中芳香环的电子密度会决定硝化的反应速率，当芳香环的电子密度越高，反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体，所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后的硝化反应。
必须要在更剧烈的反应条件（例如：高温）或是更强的硝化剂下进行。
常用的硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸和浓硫酸的混酸或是脱水剂配合硝化剂。
脱水剂：浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂：硝酸、五氧化二氮（N2O5）Ar─H+HNO3→Ar─NO2+H2O2、反应机理硝化反应的机理主要分为两种，对于脂肪族化合物的硝化一般是通过自由基历程来实现的，其具体反映比较复杂，在不同体系中均有所不同，很难有可以总结的共性，故这里不予列举。
而对于芳香族化合物来说，其反应历程基本相同，是典型的亲电取代反应。
3、主要方法硝化过程在液相中进行，通常采用釜式反应器。
根据硝化剂和介质的不同，可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜的反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小的硝化过程大多采用间歇操作。
产量大的硝化过程可连续操作，采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器的优点是传热面积大，搅拌良好，生产能力大，副产的多硝基物和硝基酚少。
硝化方法主要有：稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。
硝化方法主要有以下几种：（1）稀硝酸硝化一般用于含有强的第一类定位基的芳香族化合物的硝化，反应在不锈钢或搪瓷设备中进行，硝酸约过量10~65%。
硝化的机理
硝化的机理
硝化反应是一种向有机化合物分子中引入硝基（NO2）的过程。
硝化反应主要分为脂肪族化合物的硝化和芳香族化合物的硝化反应。
对于芳香族化合物来说，硝化反应是典型的亲电取代反应。
具体反应机理如下：
1. 硝酸脱去一分子OH-，生成一分子硝酰正离子NO2+。
2. NO2+首先与芳烃相互作用，发生亲电进攻苯环上的一个C原子，生成I-络合物。
3. 然后，I-络合物转变成g-络合物取代C上的一个H。
4. 最后，g-络合物取代的C原子脱质子变成硝化产物。
硝化反应的影响因素包括反应温度、NO2的浓度、硝化剂离解的难易程度等。
不同的温度和NO2浓度会影响取代产物的种类和反应速度。
而硝化剂离解的难易程度取决于分子中吸电子能力，吸电子能力越大，形成NO2的倾向浓度就越高。
硝化反应和反硝化反应
一、硝化反应在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。
硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4++1.5O2 NO2-+H2O+2H+NO2-+0.5O2NO3-硝化反应总方程式：NH3+1.86O2+1.98HCO3- 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3- 需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。
当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b.PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.0-7.5，硝化菌7.0-8.5。
最适合PH为8.0-8.4。
碱度维持在70mg/L以上。
碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d.污泥龄：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。
为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。
对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。
因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。
总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
硝化反应详解
硝化反应详解1 、简介硝化反应,硝化就是向有机化合物分子中引入硝基(—NＯ2)得过程,硝基就就是硝酸失去一个羟基形成得一价得基团。
芳香族化合物硝化得反应机理为:硝酸得－OH基被质子化,接着被脱水剂脱去一分子得水形成硝酰正离子(nｉｔronium iｏｎ,NO2)中间体,最后与苯环行亲电芳香取代反应,并脱去一分子得氢离子。
在此种得硝化反应中芳香环得电子密度会决定硝化得反应速率,当芳香环得电子密度越高,反应速率就越快。
由于硝基本身为一个亲电体,所以当进行一次硝化之后往往会因为芳香环电子密度下降而抑制第二次以后得硝化反应、必须要在更剧烈得反应条件(例如:高温)或就是更强得硝化剂下进行、常用得硝化剂主要有浓硝酸、发烟硝酸、浓硝酸与浓硫酸得混酸或就是脱水剂配合硝化剂、脱水剂:浓硫酸、冰醋酸、乙酐、五氧化二磷硝化剂:硝酸、五氧化二氮(N２O5)Ar─Ｈ+ＨNO３→Ar─NO2+Ｈ2O２、反应机理硝化反应得机理主要分为两种,对于脂肪族化合物得硝化一般就是通过自由基历程来实现得,其具体反映比较复杂,在不同体系中均有所不同,很难有可以总结得共性,故这里不予列举。
而对于芳香族化合物来说,其反应历程基本相同,就是典型得亲电取代反应。
３、主要方法硝化过程在液相中进行,通常采用釜式反应器。
根据硝化剂与介质得不同,可采用搪瓷釜、钢釜、铸铁釜或不锈钢釜。
用混酸硝化时为了尽快地移去反应热以保持适宜得反应温度,除利用夹套冷却外,还在釜内安装冷却蛇管。
产量小得硝化过程大多采用间歇操作。
产量大得硝化过程可连续操作,采用釜式连续硝化反应器或环型连续硝化反应器,实行多台串联完成硝化反应。
环型连续硝化反应器得优点就是传热面积大,搅拌良好,生产能力大,副产得多硝基物与硝基酚少。
硝化方法主要有:稀硝酸硝化、浓硝酸硝化、在浓硫酸中用硝酸硝化、在有机溶剂中用硝酸硝化与非均相混酸硝化等。
硝化方法主要有以下几种:(1)稀硝酸硝化一般用于含有强得第一类定位基得芳香族化合物得硝化,反应在不锈钢或搪瓷设备中进行,硝酸约过量1０~6５%。
硝化反应和反硝化反应
一、硝化反应在好氧条件下，通过亚硝酸盐菌和硝酸盐菌的作用，将氨氮氧化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的过程，称为生物硝化作用。
硝化反应包括亚硝化和硝化两个步骤:NH4++1.5O2 NO2-+H2O+2H+NO2-+0.5O2NO3-硝化反应总方程式：NH3+1.86O2+1.98HCO3- 0.02C5H7NO2+1.04H2O+0.98NO3--+1.88H2CO3若不考虑硝化过程硝化菌的增殖，其反应式可简化为NH4++2O2 NO3-+H2O+2H+从以上反应可知:1)1gNH4+-N氧化为NO3- 需要消耗2*50/14=7.14g碱（以CaCO3计)2)将1gNH4+-N氧化为NO2--N需要3.43gO2,氧化1gNO2--N需要1.14gO2，所以氧化1gNH4+-N需要4.57gO2。
硝化细菌所需的环境条件主要包括以下几方面：a.DO：DO应保持在2-3mg/L。
当溶解氧的浓度低于0.5mg/L时，硝化反应过程将受到限制。
b.PH和碱度：PH7.0-8.0，其中亚硝化菌6.0-7.5，硝化菌7.0-8.5。
最适合PH为8.0-8.4。
碱度维持在70mg/L以上。
碱度不够时，应补充碱c.温度：亚硝酸菌最佳生长温度为35℃，硝酸菌的最佳生长温度为35～42℃。
15℃以下时，硝化反应速度急剧下降；5℃时完全停止。
d.污泥龄：硝化菌的增殖速度很小，其最大比生长速率为 0.3～0.5d-1(温度20℃，pH8.0～8.4)。
为了维持池内一定量的硝化菌群，污泥停留时间必须大于硝化菌的最小世代时间。
对于实际应用中，活性污泥法脱氮，污泥龄一般11～23d。
e.污泥负荷：负荷不应过高，负荷宜0.05-0.15kgBOD/(kgMLSS·d)。
因为硝化菌是自养菌，有机物浓度高，将使异养菌成为优势菌种。
总氮负荷应≤0.35kgTN/(m3硝化段·d)，当负荷>0.43kg/(m3硝化段·d)时，硝化效率急剧下降。
硝化反应知识点总结
硝化反应知识点总结硝化反应是氨氮类物质氧化成硝酸盐的过程，通常分为两步：第一步是氨氧化反应，由氨氧化细菌催化，将氨氮氧化成亚硝酸盐；第二步是亚硝酸盐氧化反应，由亚硝酸氧化细菌或古菌催化，将亚硝酸盐进一步氧化成硝酸盐。
硝化反应的第一步是由氨氧化细菌催化的氨氧化反应。
氨氧化细菌是一类以氨为能源的细菌，它们将氨氮氧化成亚硝酸盐。
氨氧化酵素是这一过程中的关键催化剂，它在细菌细胞内催化氨氮和氧气的反应，生成亚硝酸盐和水。
这一步骤在自然界中主要发生在土壤或水体中，也可在工业废水处理过程中应用。
硝化反应的第二步是由亚硝酸氧化细菌或古菌催化的亚硝酸盐氧化反应。
亚硝酸氧化细菌或古菌是一类以亚硝酸盐为能源的微生物，它们将亚硝酸盐氧化成硝酸盐。
这一过程同样涉及到特定的酶催化作用，使亚硝酸盐被氧化成硝酸盐。
硝酸盐是植物生长和生态系统中的重要氮源之一，因此硝化反应对生态平衡和植物生长有着重要的影响。
硝化反应在自然界中起着重要的作用。
它能促进氮的循环，为植物提供生长所需的氮源，同时也能将氨氮和亚硝酸盐转化成较为稳定的硝酸盐，减少对环境的污染。
此外，硝化反应还可以改善土壤和水体的质量，维持生态系统的平衡。
在人类活动中，硝化反应也具有重要的应用价值。
在农业生产中，硝化反应有利于提高农作物的产量和质量，能够通过肥料中的氨氮转化为植物可吸收的硝酸盐，促进植物生长。
此外，在工业废水处理和城市污水处理领域，硝化反应也是一种重要的方法，可将废水中的氨氮和亚硝酸盐转化为硝酸盐，从而减少对水体的污染。
总之，硝化反应是一种重要的生物化学反应，对生态平衡和环境保护具有重要意义。
通过硝化反应能够将氨氮和亚硝酸盐转化为硝酸盐，为植物提供氮源，同时减少对土壤和水体的污染。
在农业生产和废水处理等领域都有重要的应用价值，是生物技术和环境保护领域的研究热点之一。
硝化反应(精品)
硝化反应硝化反应(1)硝化及硝化产物在有机化合物分子中引人硝基(一NO2)取代氢原子而生成硝基化合物的反应，称为硝化反应。
常用的硝化剂是浓硝酸或混合酸(浓硝酸和浓硫酸的混合物)。
如下的硝化过程是染料、炸药及某些药物生产的重要反应过程。
硝化过程中硝酸的浓度对反应温度有很大的影响。
硝化反应是强烈放热的反应，因此硝化需在降温条件下进行。
对于难硝化的物质以及制备多硝基物时，常用硝酸盐代替硝酸。
先将被硝化的物质溶于浓硫酸中，然后在搅拌下将某种硝酸盐( KNO3、NaNO3、NH,NO3)渐渐加人浓酸溶液中。
除此之外，氧化氮也可以做硝化剂。
硝基化合物-般都具有爆炸危险性，特别是多硝基化合物，受热、摩擦或撞击都可能引起爆炸。
所用的原料甲苯、苯酚等都是易燃易爆物质。
硝化剂浓硫酸和浓硝酸所配制的混合酸具有强烈的氧化性和腐蚀性。
(2)混酸制备安全硝化多采用混酸，混酸中硫酸量与水量的比例应当计算(在进行浓硫酸稀释时，不可将水注人酸中，因为水的比重比浓硫酸轻，上层的水被溶解放出的热加热沸腾，引起四处飞溅，造成事故)，混酸中硝酸量不应少于理论需要量,实际上稍稍过量1%~10%。
在制备混酸时，可用压缩空气进行搅拌，也可机械搅拌或用循环泵。
用压缩空气不如机械搅拌好，有时会带人水或油类，并且酸易被夹带出去，造成损失。
酸类混合中，放出大量热，温度可达到909C或更高。
在这个温度下，硝酸部分分解为二氧化氮和水，假若有部分硝基物生成，高温下可能引起爆炸。
所以必须进行冷却。
机械搅拌和循环搅拌可以起到一定的冷却作用。
由于制备好的混酸具有强烈的氧化性能，因此应防止和其他易燃物接触，避免因强烈氧化而引起自燃。
(3)硝化器搅拌式反应器是常用的硝化设备。
这种设备由锅体(或釜体)、搅拌器、传动装置、夹套和蛇管组成。
-般是间歇操作。
物料由.上部加入锅内，在搅拌条件下迅越地混合并进行硝化反应。
如果需要加热，可在夹套或蛇管内通入蒸汽;如果需要冷却，可通冷却水或冷冻剂。
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第四章 硝 化向有机化合物分子中引入硝基(-NO 2)的反应称为硝化反应。
硝化反应是有机化学工业中十分重要的单元反应之一。
硝化产品具有十分广泛的用途，不仅在染料、制药等民用行业上占有重要的地位，而且在国防工业中也占有重要的地位。
另外，可利用硝基的强极性，使芳环上其它取代基活化从而更容易发生化学反应。
第一节 硝化反应一、硝化试剂硝化剂是指在反应中能提供硝基(-NO 2)的化学物质。
常见的硝化试剂有不同浓度的硝酸、硝酸与硫酸的混合物、硝酸盐和硫酸、五氧化二氮以及硝酸和乙酸的混合物等。
混酸是最常用的硝化试剂。
一般认为硝化剂是以NO 2+(硝酰正离子)形式参与反应的。
1． 硝酸 纯硝酸、发烟硝酸及浓硝酸很少离解，主要以分子状态存在，仅有少部分硝酸经分子间质子的转移而离解成NO 2+。
由上式可知，水分的存在不利于NO 2+的形成。
因此，单用硝酸作硝化剂，会因硝化反应过程中产生的水而使硝酸浓度不断下降，硝化反应速度不断降低。
故一般很少采用单一的硝酸用硝化剂，除非是硝化反应活性较高的酚、酚醚、芳胺及稠环芳烃。
2．混酸 混酸是硝酸与硫酸的混合物。
混酸是应用最广泛的硝化剂。
在混酸中，硫酸起酸的作用，硝酸则作为一个碱而起作用。
因此，硫酸的加入可以大大提高硝酸的硝化能力。
混酸中所含硫酸的浓度不同，其NO 2+含量也不同。
表3-1 混酸中HNO 3转化成NO 2+的百分率HNO 3+HNO3H 2NO 3++NO 3-H 2NO 3+O H 2+NO 2+H 2SO 4+HNO 3HSO 4-+H 2NO 3+H 2SO 4+H 2NO 3+H 3O ++NO2++HSO 4-混酸中硝酸含量，% 5 10 15 40 80 100 硝酸转变为NO 2+的转化率，% 1001008028．8 9．81硫酸中水的存在对生成NO 2+不利，因加入水后增加了HSO 4-及H 3O +离子的浓度，这两种离子均会抑制NO 2+的生成。
3． 硝酸与醋酐硝酸与醋酐组成的硝化体系硝化能力较强，可在低温下进行硝化反应，适用于易被氧化和被混酸分解的硝化反应。
该硝化剂中醋酐是溶剂，对有机物有良好的溶解性。
因此，一些容易被混酸破坏的有机物可在此硝化剂中顺利地硝化。
是仅次于硝酸和混酸的重要硝化剂。
二、硝化反应历程芳环上的硝化是典型的亲电取代反应。
通常认为NO 2+(硝酰正离子)是硝化反应的亲电活泼质点，硝化反应速度与NO 2+的浓度成正比。
以苯的混酸硝化为例：NO 2+首先与芳烃相互作用，发生亲电进攻，生成-络合物，然后转变成-络合物，最后脱质子变成硝化产物。
三、影响硝化反应的因素 1． 被硝化物的结构被硝化物的性质对硝化反应速率、产物组成、硝化方法的选择都有很大的影响。
芳+NO 2+NO 2++HNO 2-OH 2NO 2环上有供电子基时，硝化反应速度加快，硝化产物中常以邻、对位产物为主；当芳环上有吸电子基时，则硝化反应速度降低，产物中常常以间位异构体为主。
当芳环上有强吸电子基(-NO2，-N+(CH3)3等)时，则硝化反应几乎不进行。
带有含氧的吸电子基团(如-NO2，-CHO,-SO3H,-COOH等)的芳烃进行硝化时，主要生成间位异构体，同时硝化产物中邻位的异构体要远比对位异构体多。
萘环中的位比位活泼，因此在进行萘的硝化时，主要得到的是-硝基萘。
2．硝化试剂不同的硝化对象，往往需要采用不同的硝化试剂。
相同的硝化对象，采用不同的硝化方法，则常常得到不同的产物组成。
如乙酰苯胺在采用不同的硝化剂硝化时，所得到的产物组成相差很大，见表3-2。
表3-2 不同硝化剂硝化乙酰苯胺所得产物组成硝化剂温度/C 邻位/%间位/%对位/%邻位/对位混酸2090%HNO3-20-80%HNO3-20-HNO3在醋酐中20以混酸为例，它的组成直接影响硝化的能力。
一般硫酸的含量越多，硝化能力越强。
对于难硝化的物质，采用纯三氧化硫与硝酸的混合物作硝化试剂可提高反应速率，使废酸量大幅度下降，并能改变异构体组成的比例。
改变硝化试剂的组分可改变活性质点存在的形式。
如混酸中加部分磷酸，NO 2+与PO 43-发生溶剂化，降低了亲电质点进攻邻位的可能性，从而增加了对位体的收率。
3． 温度硝化反应是一强放热反应。
温度对硝化反应是十分重要的，有机物硝化时一般都有一最佳的反应温度，改变反应温度不仅影响到反应速率和产物的组成，而且直接涉及到反应的安全。
对于芳胺、N-酰基芳胺、酚类和酚醚等容易被氧化的化合物，硝化温度必须低一些(-10C 90C)；对于含有硝基或磺酸基等比较稳定的化合物硝化温度就需要高一些(30C 120C)。
硝化反应速率随着反应温度的升高而加快，一般温度每升高10C ，硝化反应速率增高为原来的三倍。
应该指出的是，虽然升高温度可以加速反应，然而这一措施不能轻易采用。
由于硝化反应是一强放热反应，反应温度控制不当，会引起多硝化、氧化等副反应，甚至会出现危险。
硝化温度能改变产物的组成。
下表列出甲苯硝化时温度对产品组成的影响。
表3-3 甲苯硝化时温度对产品组成的影响反应温度/C 邻位/%间位/%对位/%-30 0 30 604． 搅拌稀H 2SO 4+HNO 3H 2S 2O 7+HNO 3SO 3HSO 3HSO 3HSO 3HSO 3HNO 2NO 2SO 3H由于大多数硝化反应是非均相反应，即反应物分成有机相和酸相两个物相，它们的比重往往相差比较大。
为了保证反应能顺利进行，提高传热效率，必须要加强搅拌。
良好的搅拌一方面可以提高反应速度，增加硝化反应的转化率；另一方面可以消除局部过热，提高设备的中冷却面的传热效率，使反应能平稳地进行。
应该注意的是，在硝化反应中停止搅拌或导致搅拌失效将是十分危险的，因为这时两相很快分层，大量活泼的硝化剂在酸相中积累，一旦搅拌再次开动，就会突然发生激烈反应，在瞬间放出大量的热，使温度失去控制，而导致发生事故。
5．相比和硝酸比相比也称为酸油比，是指混酸与被硝化物的重量比。
增加相比能增大被硝化物在酸相中的溶解度，有利于加速硝化反应。
但相比过大，将使设备的生产能力下降。
硝酸比是指硝酸和被硝化物的物质的量的比。
理论上这两者应当是符合化学计量的，但实际生产中硝酸的用量往往高于理论量。
采有混酸作硝化剂时，对于易硝化的物质，硝酸比为；对于难硝化的物质，硝酸比为。
第二节混酸硝化过程混酸是最常用的有效硝化剂，其优点为：1．混酸硝化能力强，反应速度快，副反应少，生产能力大；2．硝酸用量接近于理论量，硝酸几乎可全部被利用；3．硫酸的热容大，能使反应温度得到有效控制；4．浓硫酸能溶解多数有机物，增加了有机物与硝酸的接触，使硝化反应容易进行；5． 混酸对铁腐蚀性很小，因此硝化反应可采用碳钢或铸铁作反应器。
混酸硝化过程有连续和间歇两种方式。
连续法具有小设备、大生产、效率高及便于自动控制等优点；间歇法则具有较大的灵活性和适应性，适于小批量、多品种的生产。
一、混酸的硝化能力与配制 1．硝化能力合理选择混酸组成对硝化过程的顺利进行十分重要，工业上常用硫酸脱水值和废酸的计算浓度表示混酸的硝化能力。
(1)硫酸的脱水值(也称脱水值) 指硝化终了时，废酸中硫酸和水的计算质量之比，通常用符号 Value of Sulfuric Acid )表示。
若混酸中的硫酸和硝酸质量百分数分别用S 和N 表示，表示硝酸比，则：值大，表示混酸的硝化能力强，适用于难硝化的物质的硝化；相反，值小，表示混酸的硝化能力弱，适用于易硝化的物质的硝化。
(2)废酸的计算浓度 是指硝化终了时废酸中的硫酸浓度，用符号 of Nitrating Activity)表示。
当值一定时，给出一个硝酸的浓度N ，则有对应的硫酸浓度S 。
这说明满足相同废酸浓度的混酸组成是多种多样的，但并非所有的混酸组成都有实际应用意义。
为了保证硝化过程的顺利进行，对于每一个具体产品都应通过科学实验，寻找适宜的值(或值)和适宜的酸油比。
2． 配酸当用几种不同的原料配制混酸时，可根据物料平衡原理建立联合方程式，求出各种原料酸的用量。
例1．欲配制含硫酸72%，硝酸26%，水2%(均为质量分数)的混酸6500kg ，需要D.V.S=废 酸中 硫酸的质量废 酸中水的质量F.N.A=140S140-N20%发烟硫酸、85%废酸以及含88%硝酸8%硫酸的中间酸各为多少解：先设发烟硫酸、废酸和中间酸用量分别为x，y，zkg。
三种酸的总物料平衡：x+y+z=6500硫酸的物料平衡：(0.8+2098/80)x++=6500硝酸的物料平衡：=6500联合求解得x=3250kg，y=，z=例2．萘二硝化时的工艺条件是，硝酸比=，酸油比，计算所采用的混酸组成。
解：以1000摩尔的萘为计算基准，萘的千摩尔质量为128kg/kmol。
设混酸的质量为G混，已知酸油比为，则：G混=128=832kgG硝酸=263=∵G硫酸/(G水+218)=3∴G硫酸=3G水+108G混=832= G硫酸+ G硝酸+ G水联合求解得:H2SO4%= G硫酸100%/ G混=%HNO3%= G硝酸100%/ G混=%H2O%= G水100%/ G混=%配酸有连续和间歇两种方式，连续法的生产能力大，适于大吨位的生产；间歇法的生产能力较低，适用于小批量多品种的生产。
为了减少硝酸的挥发和分解，应使配酸温度控制在40C以下。
比较安全的配酸方法是在有效的混合和冷却条件下，将浓硫酸先缓慢，后渐快的加酸方式加入硝酸。
配制的混酸必须经过检验分析，若不合格，则需补加相应的酸，调整组成直至合格。
二、硝化操作硝化过程有间歇和连续两种方式。
由于生产方式和被硝化物的性质不同，一般有三种加料顺序，即正加法、反加法和并加法。
1．正加法是将混酸逐渐加入到被硝化物中，其优点是反应比较温和，可避免多硝化，缺点是反应速度较慢，这种方法适用于被硝化物容易硝化的过程。
2．反加法是将被硝化物逐渐加到混酸中，其优点是反应速度快，这种加料方式适于制备多硝基化合物，或硝化产物难于进一步硝化的过程。
3．并加法并加法是将被硝化物和混酸按一定比例同时流入反应锅中，这种加料方式常用在连续硝化中。
实际上，硝化操作方式的选择不仅决定于硝化反应的难易，还决定于被硝化物的物理性质和硝化产物的结构等因素。
间歇过程的硝化锅通常是用铸铁或钢板制成的，连续硝化设备则常采用不锈钢材质。
由于浓度低于68%的硫酸，对铁具有强烈的腐蚀作用，因此要求硝化后废酸的浓度应不低于68%70%。
硝化反应中常用的搅拌器有浆式、推进式及涡轮式三种。
生产上常常采用多锅串联的办法来实现生产的连续化，但大部分的硝化反应是在第一台反应锅(主锅)中完成的，小部分没有的转化的被硝化物，则在其余的锅内(副锅或成熟锅)继续完成反应。
硝化后的物料是混合物，必须要将硝化产物与废酸进行分离。