一硝基氯苯生产车间工段设计

2HNO3 ((( N2O5 + H2O
氧化反应：
Cl
Cl
H2SO4
+ HNO3
OH
+ H2O
NO2
（硝基酚）
1.3 已知条件
生产规模：年产 1.4 万吨中性一硝基氯苯 产品质量：一硝基氯苯纯度 99%（包括邻、间、对位异构体混合物） 车间总收率：95% 年生产时间：330 天 建厂地点：南京
原料：工业氯苯纯度 99.2%，含有机杂质 0.8%； 浓硫酸纯度 98%；浓硝酸（发烟硝酸）纯度 98%； 液碱纯度 40%（NaOH 水溶液）
沸点：131.6℃
熔点：-55℃ 灼点：27.4℃ 自燃点：637.7℃ 爆炸极限：1.8-9.6%（空气中） 溶解性：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿和苯 2.硫酸 规格：GB534-2002 98%浓硫酸 一等品 外观：无色透明油状液体
比重：1.82-1.84 kg / L
沸点：270℃ 冰点：10.4℃ 爆炸极限：4-75%（空气中） 溶解性：能与水混溶并放出大量热 腐蚀性：强，接触人体会造成严重灼伤 3.硝酸 规格：GB/T337.1-2002 98%浓硝酸 外观：淡黄色透明液体
氯苯转化率：萃取锅 1% 1#硝化锅 79% 2#硝化锅 16% 3#硝化锅 3.4%
副反应：硝酸分解量为 3%，假定只有硝酸分解，在 1#硝化锅中进行。 硝酸比为氯苯：硝酸 = 1：1.05（摩尔比） 硝化用混酸组成：硫酸 51%、硝酸 44%、水 5%。 循环废酸量：循环废酸的体积是酸性氯苯体积的 2 倍。 酸性氯苯组成： 氯苯 95%、酸 1%（其中含水 0.3%，硫酸 0.7%），其余为有机杂质和一硝基氯苯。 假定硝化分离时，有机层所夹带的硫酸为有机层质量的 0.8%，并假定此部分酸 都进入碱洗中和。 在萃取锅中一硝基氯苯的萃取率为 100%。 有机物一次水洗、碱洗、二次水洗时，水或碱水用量与有机物体积比为 1:1。 碱洗时用 1%的稀氢氧化钠水溶液。 在一次水洗、碱洗、二次水洗的分离器中分别损失 0.5%的一硝基氯苯。 配混酸、配稀碱水为间歇操作。配混酸时混酸温度不超过 35℃。所有贮罐至少 贮存 1 天的用料量，最多为 1 周，氯苯贮罐为 2 天以上。 硝化反应、水洗、碱洗、萃取及其分离操作均为连续操作。 一硝基氯苯比重为 1.368-1.375 g/cm3，比热为 0.394 kcal/(kg(℃) 工业氯苯比重为 1.104 g/cm3，比热为 0.412 kcal/(kg(℃) 混酸比重为 1.74 g/cm3，比热为 0.41 kcal/(kg(℃) 废酸比重为 1.654 g/cm3，比热为 0.46 kcal/(kg(℃) 98%硝酸比重为 1.5008 g/cm3，比热为 0.455 kcal/(kg(℃) 98%硫酸比重为 1.836 g/cm3，比热为 0.347 kcal/(kg(℃) 40%液碱（NaOH 水溶液）比重为 1.4308 g/cm3 1#硝化锅流出的物料比热为 0.4505 kcal/(kg(℃) 硝化锅夹套传热系数为 150-200 kcal/(m2(h(℃)（用水冷却） 硝化锅的蛇管传热系数为 500-700 kcal/(m2(h(℃)（用水冷却） 氯苯与硝酸反应的标准化学反应热为 41.9 kcal/mol（放热）
硫酸供应：南京格灵化工有限公司。 硝酸供应：南京超洋石油科技有限责任公司。 工业 NaOH 供应：南京桥润精细化工有限公司。
2.5 厂址的水文、地质和气象资料
南京属北亚热带湿润气候，四季分明，雨水充沛。常年平均降雨 117 天，平 均降雨量 1106.5 毫米，相对湿度 76%，无霜期 237 天。每年 6 月下旬到 7 月上 旬为梅雨季节。江苏南京的年平均气温为 17.3℃。最高气温可达 40℃。南京市 是低山、岗地、河谷平原、滨湖平原和沿江洲地等地形单元构成的地貌综合体。 境内山峦起伏，江河交错，构成良好的自然地理环境。
目前，我国的硝基氯苯工业化生产主要采用氯化苯混酸连续硝化合成，也有 从国外引进的绝热硝化合成工艺，由于绝热硝化技术能耗低、污染少等优点，是 未来发展的趋势。此外，异构体调比技术科按照市场需求调节产品的比例，从而 提高经济效益，但依然只停留在实验室阶段，要应用于工业化还需进一步研究实 践。
2.3 年工作日的确定
2.2 产品的发展史
我国硝基氯苯于五十年代首先由吉化公司染料厂生产，其后陆续有多家新厂 投产。2008 年全球硝基氯苯生产能力约为 820 kt / a ，我国生产能力占全球的 70.7%左右。我国已经成为全球硝基氯苯的主要生产国。截止 2009 年 12 月底， 我国硝基氯苯总生产能力达到 580 kt / a ，全年装置平均开工率 65%。作为传统的 大宗化学品，硝基氯苯产业同样面临着产能过剩的命运。
同时生成少量间位异构体
主反应：
Cl
H2SO4
+ HNO3
Cl
+ H2O
NO2
副反应：
Cl
Cl
H2SO4
+ HNO3
NO2
Cl
Cl
H2SO4
+ HNO3
OH
+ H2O
NO2
+ H2O
NO2
2HNO3 → N2O5 + H 2O
一硝基氯苯的水洗中和及分离。先用水洗掉硝化分离后有机相夹带的大部分 废酸，再用碱水中和剩余酸和酚，碱性的有机相再水洗成中性或弱碱性的消化液。
硝基氯苯主要指对硝基氯苯和邻硝基氯苯，均为重要的基础石油化工有机 原料，广泛应用于染料、橡胶助剂、香料、农药、医药等领域。如橡胶防老剂 4010NA 和 4020 系列，杀菌剂多菌灵、除草醚、托布津、甲基托布津，药品扑热 息痛、氟哌酸、非那西丁，大红染料，香兰素等。以邻、对硝基氯苯为原料生产 的 3,3-二氯联苯胺、邻氯苯胺和氟氯苯胺是重要中间体。
连续法具有设备体积小、生产能力大、效率高、易于实现自动化控制、工人 劳动强度低等诸多优点，故选用连续法进行生产。
3.3 生产的基本原理
HNO3 在浓硫酸中电离出 NO2+
H 2SO4 ⇔ H + + HSO4− H + + HNO3 ⇔ H 2O + NO2+
NO2+ 对氯苯进行亲电进攻，生成过度络合物，过度络合物释放质子：
60
20
65-70
20
65-70
20
65-70
90
65-70
90
65-70
90
65-70
90
装料系数 ϕ
0.75 0.75 0.75 0.80 0.90 0.90 0.80 0.80 0.80 0.85 0.85 0.85 0.9
1.4 初步设计要求
见设计说明书要求。
第二章 绪论
2.1 产品的意义和用途
年工作日为 330 天，大修 30 天，扩大生产附加量 5 天。
2.4 水、电、气及原料的供应
厂内设有自来水站及蒸汽锅炉，电经变电室分配到各车间配电室，再由配电 室分配给各工段。此外，厂内需设备用电源及应急柴油发电机。
原材料供应商就近选择: 水：厂址位于长江下游，水力资源丰富。 电：南京秦源热电有限公司。厂区内部自行建设小型供电电网， 作暂时供电，防止停电等突发状况。 气：南京港化燃气有限公司。 氯苯供应：南京科正化工有限公司。
第三章 工艺设计部分
3.1 产品技术说明
产品名称：一硝基氯化苯（包括邻硝基氯苯和对硝基氯苯）
物理化学性质见下表
表2 产品物化性质表
物质名 称
外观
密度 熔点 沸点 （g/ml） （℃） （℃）
溶解性
闪点
毒性
（℃） （mg/kg）
邻硝基 黄色针状结
不溶于水，溶于醇、
1.305 32.5 245.5
110
H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H 2O
3.4 原料规格与主要物化数据
1.氯化苯 执行标准：GB2404-2006 一等品 外观：无色或微带黄色的透明液体 水分质量分数＜0.1% 酸度质量分数（以 H2SO4 计）≤0.001% 氯苯的质量分数≥99.5% 低沸物的质量分数≤0.15% 高沸物的质量分数≤0.35% 比重：1.105 kg / L （25℃）
288
氯苯
晶
醚和苯
不溶于水，微溶于
对硝基 淡黄色至黄
1.520
83
242 冷乙醇，易溶于沸 127
420
氯苯
色晶体
乙醇、乙醚
3.2 生产方法选择
氯苯的硝化有多种方法，如混酸硝化、绝热硝化、浓硝酸硝化、硝酸和脱硫 剂消化法。绝热硝化法是目前工业化的各种方法中最先进的，但由于涉及专利、 技术保密等原因，本设计不选用此法。混酸硝化是目前最成熟的工艺，也是使用 最多的路线，混酸硝化具有工艺成熟、安全可靠、产率较高的优点，故本设计采 用混酸硝化法。
3.5 原料配比的确定
1.硝酸比 理论硝酸比为 1，但实际生产中往往使用过量的硝酸，以使较贵的氯苯充分
反映，但如果硝酸过量太多，会增加副产物，影响产品质量，同时加重了后处理 的负担，因此，根据经验一般选硝酸比Φ=1.05. 2.循环废酸与酸性氯苯的体积比
循环废酸的主要作用是一下四个方面： （1）稀释作用 缓和硝化的转化深度 （2）吸收作用 由硝化副反应中产生的气体 NO2 、 N2O5 易被 H2SO4 吸收 （3）增大相比 使酸相、油相两相充分接触，有效地抑制副产物产生 （4）减少了物料的停留时间，降低主硝化锅的转化率，减少副反应 综合考虑并参考文献及实际生产数据，可选循环废酸与酸性氯苯体积比为 2:1。 3.水洗中水的用量及碱洗中碱的用量 水量要求并不严格，但水量太少无法洗净，水量太大又会增能耗，从实际考 虑，可选比体比为 1:1。 碱量可完全中和有机物中酸及酚略有剩余即可。