苯硝化反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)

1、苯峭化反應(yīng)器放大議計(jì)倪菊美(中國石化集團(tuán)南京化工廠設(shè)計(jì)所，210038)摘要:簡要介紹了50kLa稍基苯裝置用混酸作峭化劑的苯梢化反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)特點(diǎn)，以及苯峭化反應(yīng)器放大設(shè)計(jì)主要工藝參數(shù)的確定，及實(shí)現(xiàn)這些工藝條件必須采取的技術(shù)措施和控制手段，并對(duì)設(shè)計(jì)中存在的問題進(jìn)行分析并提出改進(jìn)建議關(guān)鍵詞:苯硝化反應(yīng)器混酸硝化劑1前言50kta硝基苯裝置采用一定濃度的硫酸和硝酸配制的混酸和苯為原料，在一定溫度下反應(yīng)生成硝基苯。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模較大，屬國內(nèi)

2、首創(chuàng)。硝化反應(yīng)器是硝基苯生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)許多資料介紹其型式有環(huán)式串聯(lián)硝化器、鍋式串聯(lián)硝化器、管式或泵式循環(huán)硝化器等，但它們各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)差別不大，且有的尚沒有工業(yè)化。被大多數(shù)廠家采用的多鍋串聯(lián)，其優(yōu)點(diǎn)眾所周知，它尤適于不便使用塔設(shè)備的液一液非均相組分間反應(yīng)它可以減少反應(yīng)原料短路的機(jī)會(huì)，在不同鍋內(nèi)可控制不同的反應(yīng)溫度及被硝化物或硝酸的轉(zhuǎn)化率，從而減少多硝化物等副產(chǎn)物的生成，有利于改善產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)能力〔4〕。缺點(diǎn)是如此大規(guī)模的生

3、產(chǎn)裝置不僅會(huì)產(chǎn)生大量待濃縮的廢硫酸和含酚類及硝基物廢水，且要求硝化設(shè)備具有足夠的冷卻面積，安全性差。因此要對(duì)苯硝化反應(yīng)器進(jìn)行經(jīng)濟(jì)可行的放大設(shè)計(jì)。2混酸做硝化劑的反應(yīng)機(jī)理苯硝化反應(yīng)生成硝基苯的主化學(xué)反應(yīng)式為根據(jù)動(dòng)力學(xué)研究的結(jié)果，硝硫混酸能夠電離生成硝基陽離子No:和硫酸氫離子Hs認(rèn)一，水則與硫酸生成場。反應(yīng)中所生成的水與過量的硫酸作用，發(fā)生下列反應(yīng):HZS仇姚O一玩O十HS仇故硝酸與硫酸的反應(yīng)總式如下:ZHZS仇1」卜03一H3OZHS仇

4、一N仇當(dāng)混酸與苯進(jìn)行硝化反應(yīng)時(shí)，N仇取代了苯環(huán)上的氫而生成硝基化合物C6氏N仇一C6氏N仇H該反應(yīng)具有以下特點(diǎn):(l)反應(yīng)不可逆。(2)反應(yīng)速度快，且大量放熱。反應(yīng)的同時(shí)，混酸中的硫酸被反應(yīng)生成的水稀釋，還將產(chǎn)生稀釋熱，稀釋熱約為反應(yīng)熱的7%一ro%，苯的硝化反應(yīng)熱為142kJmol如此大的熱量若不及時(shí)移除，必然會(huì)使反應(yīng)溫度迅速上升，引起副反應(yīng)及硝酸大量分解，將導(dǎo)致嚴(yán)重后果，甚至發(fā)生爆炸事故。因此要保持反應(yīng)在適宜的溫度下進(jìn)行，并要及時(shí)中

5、D為葉輪直徑，D。為鍋體直徑巧oo~，即D二375一soolmn，取刀=500~，因鍋內(nèi)靜液高度大于葉輪中心線上ZD，故設(shè)兩層葉輪軸.攪拌葉輪轉(zhuǎn)速放大設(shè)計(jì)是保持葉片端部切向速度二nd不變，即。l刀1=nZnZ，n、刀，分別為16kta石肖基苯裝置】號(hào)硝化鍋攪拌器轉(zhuǎn)速300r而n、軸徑o.3n，，得n:=150洲min，參考Zokta對(duì)鄰硝3.7襯的1號(hào)硝化鍋設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定1號(hào)硝化鍋攪拌器轉(zhuǎn)速為310川min2號(hào)一4號(hào)硝化鍋轉(zhuǎn)速適當(dāng)放

6、大為25min。(3)驅(qū)動(dòng)攪拌器的電機(jī)功率放大。若電動(dòng)機(jī)容量小，則達(dá)不到所要求的攪拌效果，甚至使電機(jī)燒壞若容量過大，則使投資費(fèi)用和操作成本增高困。電動(dòng)機(jī)額定功率是根據(jù)預(yù)定操作條件下所需最大攪拌功率確定。攪拌功率計(jì)算較復(fù)雜，_目.理論計(jì)算值往往偏小。本設(shè)計(jì)先采用模擬放大法，算得軸功率值只需2.4kw，顯然該值偏小改用經(jīng)驗(yàn)估算法，以每襯鍋體容積需消耗功率11.2kw計(jì)，考慮攪拌器軸承密封件的機(jī)械摩擦、減速箱中的摩擦損失及電機(jī)中電流損失等，放

7、大1Zkw取整，所需功率為7.skw電機(jī)仍采用結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)的三角帶式，電機(jī)要求防爆。(4)由于設(shè)定l號(hào)硝化鍋鍋體高徑比1.2，整體看來呈瘦長型，為防攪拌軸過長可能導(dǎo)致攪拌軸穩(wěn)定性不好，改常用橢圓形鍋蓋為平蓋。為防止反應(yīng)過程中因攪拌中斷可能造成散熱不良或局部濃度過高而使反應(yīng)異常激烈，發(fā)生危險(xiǎn)，在控制室增設(shè)攪拌停報(bào)警裝置為便于攪拌器檢修，尚須考慮鍋體所在樓層層高，以保障能用電動(dòng)葫蘆把攪拌軸從鍋中吊出的空間高度。4存在問題分析及改進(jìn)建診

8、(1)l號(hào)硝化鍋有時(shí)超溫5℃左右(設(shè)定報(bào)警溫度為60℃)[’〕，尤其是炎熱的夏天經(jīng)分析認(rèn)為原因之一是全廠水壓低導(dǎo)致冷卻水之二是冷卻水溫偏高，影響換熱效果。解決辦法之一在保證達(dá)到現(xiàn)中控指標(biāo)前提下，按季節(jié)變化適當(dāng)提高1號(hào)硝化鍋反應(yīng)溫度5一10℃，這種辦法簡便易行辦法之二改用冷凍淡水為冷卻劑辦法之三改用安全性好的絕熱硝化新工藝但辦法二、三均需另外增加投資，且絕熱硝化尚未完全工業(yè)化。辦法之四，加大廢酸循環(huán)量，由于硫酸比熱大，能吸收硝化反應(yīng)中放出