化工设计一硝基甲苯开题报告

天津大学本科生化工设计（大型作业）开题报告课题名称年产9000吨一硝基甲苯生产车间硝化工段设计

系名称化工系专业名称化学工程与工艺

学生姓名石兆钰指导教师

一、选题来源及意义

硝甲苯是生产多种精细化工品的生产中间体，工业用途广泛，由硝基甲苯、邻硝基甲苯、间硝基甲苯三种同分异构体混合组成（简称混硝），经过分离的三种纯品都是重要的有机化工合成原材料，其中，对硝基甲苯的含量为36%、邻硝基甲苯的含量为60%、间硝基甲苯的含量为4%，纯品具有低毒、代用品少的特点，广泛用于染料、颜料、塑料、医药、纤维以及助剂中间体等有机合成工业；近年伴随着国际、国内化学工业的不断发展，三种异构体的市场需求量增长强劲。

二、国内外发展现状

甲苯硝化反应是有机合成中一类重要的反应，一硝基甲苯主要用于生产对甲苯胺，3-氯-4-硝基甲苯，二硝基甲苯等，也用作染料中间体及农药，医药，塑料和合成纤维助剂的中间体。近年来，硝基甲苯的下游用途不断地被进一步开发，其应用前景十分被看好，导致国际市场硝基甲苯的供应日益紧张。

目前我国一硝基甲苯的产量足以左右欧洲市场行情，导致了欧洲一些中间体生产企业日渐萎缩和停产，中间体生产重心逐渐向亚洲转移，使我国的开发，生产销售出现了良好的机遇。

国内一硝基甲苯的主要生产企业有：江苏淮河化工有限公司（国营9395厂），国营375厂，四川红光化工厂(国营565厂)、湖北东方化工厂(国营525厂)、吉化公司染料厂、湘潭有机化工厂、广东茂名有机化工厂等，总生产能力超过20万吨。一硝基甲苯作为医药、农药、染料、香料的中间体，应用广泛。在国际市场上，我国一硝基甲苯及其衍生物的价格比欧洲同类产品平均低30％，具有极强的竞争力。目前，我国一硝基甲苯及其衍生物产品的产量，足以左右欧洲市场行情，也导致了欧洲一些历史悠久的中间体生产企业日趋萎缩。据统计，近10年中，西

欧被迫关闭2家硝基甲苯生产厂，5年前，2，6一二氯甲苯还有1～2家企业在生产，现在已不再生产，而间氯甲苯从5年前4家厂生产减少到只有2家，间二氯苯、N一烷基苯胺也减少了多家生产厂。美国一些大公司如联合公司、氰胺公司先后退出中间体生产舞台，美国市场上的铜酞菁、2B酸等70％来自中国及东南亚国家，国内几乎不生产。随着西欧中间体生产企业相继停产，中间体的生产重心逐渐移向亚洲(主要是中国和印度)，使我国硝基甲苯及其衍生物的开发、生产、销售出现了良好的发展机遇。

国外主流技术为绝热硝化工艺，绝热硝化工艺是国外20世纪70年代发展起来一种新型硝化技术，该工艺突破了硝化反应必须在低温下恒温操作的传统观念，取消了冷却装置，节省了大量用以移除反应热的冷却水，充分利用混合热和反应热来提高反应速度，因而物料停留时间段，副反应少，并且反应后的稀酸浓缩可以循环使用，因此绝热硝化被认为清洁的有前景的硝化技术。

三、研究目标

本次设计硝甲苯的生产方式采用连续化生产，绝热混酸硝化方法，这种方法节约能源但腐蚀性大，混酸组成为H2SO456%,HNO327%,H2O17%。

硝基苯生产工艺主要有四个工序:配混酸工序、硝化工序、后处理工序、分离工序。

生产关键流程简述：在该绝热硝化工艺中，循环硫酸用泵从硫酸泵罐中抽出，同加入的硝酸混合成含有硝酸、硫酸和水的混合酸液。混合酸加入到带搅拌的串联的反应器中。甲苯进入反应器同混合酸进行反应，为保证硝酸完全转化，甲苯进料量一般大于理论量的10%。反应后从酸相中分离出来的粗硝基甲苯，经过热交换器进入洗涤器，经过洗涤除去无机酸和有机酸，并萃取回收未反应的甲苯，回收甲苯再循环到过程中重新使用。然后硝化后的硝基甲苯进入精馏结晶工序进行分离提纯。

近年来国内外研究者正在原有硝基甲苯绝热硝化基础上研究完全绝热的硝化新工艺，据报道采用该技术对硝基甲苯进行硝化得到硝化产物质量分数约为邻硝基甲苯40%；对硝基甲苯59.5%；间硝基甲苯0.5%；其中邻硝基甲苯比传统的硝化得到邻位比例高出6%,起到了调节异构体比例的作用。不过目前该技术尚处于实验室阶段，而且增加了固体催化剂的应用，导致生产成本的增加，不过该技术不仅清洁环保，而且可以在一定程度上解决困扰硝基甲苯生产界多年的异构体调节难题。

四、研究内容

1、在查阅文献的基础上，进行原料及技术路线选择

2、进行工艺流程设计

3、对生产中各个设备进行物料计算

4、对一号硝化釜和配酸过程进行热量计

5、进行工艺设备的计算和选择

6、绘制工艺流程图

7、绘制车间平面布置图

8、撰写设计说明书

五、研究方法和手段

综上所述，本设计以甲苯为原料，混酸为硝化介质，采用常压等温、环型硝化器、三釜串联连续硝化工艺。

一硝基甲苯合成工艺主要包括，硝化、萃取、水洗、碱洗、精制五个操作单元。因时间有限，本设计仅设计硝化工段生产装置，不包括产品精制。

产品纯度：一硝基甲苯纯度99.5%，0.5%为水

车间总产率：90%

原料：

甲苯：纯度98%，其余为水

浓硫酸：98%

浓硝酸：98%

甲苯转换率：1#硝化釜84%

2#硝化釜9%

3#硝化釜3%

建厂地点：锦州经济开发区西海国际工业园区

六、进度安排

2012.10.08-2012.10.14 查阅资料、生产方式与方法、写开题报告

2012.10.15-2012.10.21 绘制方框图

2012.10.22-2012.11.04 物料计算

2012.11.05-2012.11.11 热量计算

2012.11.12-2012.11.25 设备计算选择

2012.11.26-2012.12.17 绘制流程草图

七、方案可行性分析

锦州是中国环渤海经济圈的重要开放城市，地处辽宁省西南部，是我国重要工业城市之一，工业基础雄厚。六十年代曾以“新兴工业城市”著称。经济开发区位于渤海之滨锦州湾畔，是京津唐经济区与东北经济区、环渤海经济区的结点，交通网络四通八达，地理位置优越，是连接东北与华北的重要交通枢纽，是辽宁省“五点一线”重点发展区域之一。锦州湾海新区规划开发面积161.06平方公里，集港口物流、产业发展、行政商住、滨海旅游四大功能于一体。

1.交通优势：

公路：开发区距北京450公里、沈阳220公里、秦皇岛180公里、盘锦95公里、葫芦岛36公里、阜新118公里、朝阳171公里，均有高速公路相连，同时，还有102等多条国道相通。从开发区驱车4小时可到北京，2小时到达沈阳、秦皇岛。

铁路：锦州南站坐落区内，正在建设中的我国第一条快速客运双线电气化铁路——秦沈客运专线穿区而过，沈阳-北京电气化高速铁路已经完成铺轨，并有沈山、锦承、锦赤、沟海、大郑等8条铁路干线在此交汇。12.4公里长的高天地方铁路与京哈铁路大动脉相连并直通锦州港码头。锦州火车站作为东北的重要枢纽，连连接关内及东北各地。

港口：锦州港是中国渤海西北部400公里海岸线唯一全面对外开放的国际商港，是辽宁省重点发展的北方区域性枢纽港。目前已建成19 个泊位，集装箱装卸能力300 万TEU 。年吞吐量5000 万吨，集装箱装卸量超过60 万TEU ，其中油品化工品最大泊位7 个，从25 万吨到5000 吨各个级别的泊位俱全，原油最大泊位为25 万吨，化工品最大泊位为 5 万吨。铁路、高速公路、海港、航空港与地下石油管道构成五位一体的立体交通体系。

2.资源优势

锦州物华天宝，地产丰饶，素有“海上锦州”的美誉。锦州市拥有海岸线总长97.7公里。锦州还是辽宁省主要产盐区之一。矿产资源有石油、天然气、煤炭、石灰石、膨润土、萤石、花岗岩等。全地区目前已发现矿种有48个，已开发利

用22个。膨润土储量为亚洲第一。

八、参考文献

[1] 黄璐，王保国主编. 《化工设计》.北京：化工工业出版社，2012，6.

[2] 董云.一硝基甲苯生产过程中的污染治理技术[J].化工环保,1999,19(3):172-175.

[3] 王理珍，刘国平.《化工科技市场》2004.第08期.

[4] 孙雪玲. 《化学工业与工程技术》2007年第S1期.

[5] 孟庆茹，刘振明.《化工文摘》2004年第06期.

[6] 马建军，司海娟，杨磊，李贵贤等. 《化工进展》2008年06期.

[8] 董云. 《化工环保》1999年03期.

[9] 姚蒙正. 《精细石油化工》1993年06期.

[10] 张春光，于武盛.《农业科技与装备》2008.第04期.

选题是否合适：是□否□

课题能否实现：能□不能□

指导教师（签字）年月日选题是否合适：是□否□

课题能否实现：能□不能□

审题小组组长（签字）年月日