连续硝化反应工艺生产流程介绍及图示
硝化ppt课件
绝热硝化优点： (1)反应温度高，硝化速度快; (2)硝酸反应完全，副产物少； (3)混酸含水量高，酸浓度低，酸量大，安全性好； (4)利用反应热浓缩废酸并循环利用，无需加热、冷 却，能耗低； (5)设备密封，原料消耗少； (6)废水和污染少。
存在的问题：对设备要求高(密封、防腐)
练习题
1、名词解释：相比，硝酸比
3.2.1 被硝化物的性质
n 苯系
表2 取代基对
硝化反应速度的影响
R
OH OCH3 H
CN
NO2
v相N对+(CH31)0300 2× 105
1
10-4 6× 10-8
10-7
当苯环上存在给电子取代基时，一硝化的相对速度较大；当 苯环上存在吸电子取代基时，一硝化的相对速度较小。
n 当苯环上存在给电子取代基时，就较容易被硝化，硝化 速度较快，硝基的位置主要位于取代基的邻位或对位。
环上移走一个质子， HSO4－接受质子； c 反应过程中生成水，浓硫酸可以除去生成的水。
混酸硝化法——是最常用的有效硝化法 ➢ 硝化能力强；反应速率快；产率高； ➢ 氧化能力降低，不易产生氧化的副反应； ➢ 硝酸利用率高； ➢ 混酸对铸铁的腐蚀性很小，因而可使用铸铁设备。
3. 硝酸与乙酸酐的混合硝化剂
第3章 硝化
(Nitration)
n 硝化概述 n 硝化反应影响因素 n 混酸硝化 n 硝化实例
3.1 硝化概述
n 定义 n 硝化的目的 n 硝化反应的特点 n 硝化试剂及性质 n 硝化方法
3.1.1 定义
向有机物分子的碳原子上引入硝基，生成 C-NO2键的反应叫做硝化。
ArH ＋ HNO3
ArNO2 ＋ H2O
磺酸基被取代：
硝化ppt课件
CH3
CH3Байду номын сангаас
乙酐-乙酸中硝化 O2N
NO2
OCH3 C(CH3)3
5-30度
OCH3 C(CH3)3
葵子麝香，为避免氧化、置换硝化及磺化副反应
(AcO)2O, CH3CCl3
O CH=CHCOOH -18--10℃
O2N O CH=CHCOOH
呋喃环和烯双键对强酸不稳定
CH2OCH3 CN
CH2 CH2
6
3. 混酸硝化
130-135℃ 125℃ 115 ℃
75-85℃
粗硝基苯，6%未反应苯 65%硫酸
绝热硝化工艺：
（1）混酸：HNO35～8％， H2SO458～68%， H2O＞25％;
（2）苯过量5～10％；
（3）硝化温度：132～
68%硫酸
136℃；
（4）无冷却；
图 苯的绝热硝化流程示意图
（5）利用反应热闪蒸废酸。
生产实例：
1、
OCH3 NHCOCH3
混酸硝化 浓H2SO4 5-10℃
OCH3 NO2
NHCOCH3
O
2、
O
混酸硝化 80.5%H2SO4 40℃
旧法发烟硝酸法，缺点
3、
发烟硫酸 低温
O NO2
O
副产
NO2
O
O
SO3H
硝化
SO3H
SO3H
发烟硫酸中
SO3H
NO2
O SO3Na NO2 除去
O
11
动力学研究：硝化反应速率与被硝化物浓度和亚硝酸的浓
度成正比。 OH
OH
OH
+ NO+
第5章 硝化反应 PPT课件
2020/5/9
27
例题解析
答案：100%HNO3用量=1.07kmol=67.41kg 98%发烟硝酸用量=67.41/0.98=68.79kg 所用硝酸中含H2O=68.79-67.41=1.38kg
混酸中含:H2SO4 HNO3 H2O
25.78 × 98%= 25.26 kg 67.41 kg
2020/5/9
6
硝酸-水-硫酸相图
2、混酸（硝酸与硫酸的混合物）
早在1846年穆斯普拉特(Muspratts)首先使用混酸作为硝化剂。 硫酸和硝酸相混合时，硫酸起酸的作用，硝酸起碱的作用， 其平衡反应式为：
H2SO4 + HNO3 H2+NO3
H2O + H2SO4
HSO4- + H2+NO3
H2O + NO2+ H3O+ + HSO4-
C ONO2 + H2O
硝酸酯
硝化 NH
N NO2 + H2O
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2化02反0/5应/9 相似，也在本章中介绍。
3
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 + 2NaOH
10% NaOH 350-400℃,20-30MPa
6、硝酸盐与硫酸
硝酸盐和硫酸作用产生硝酸与硫酸盐。实际上它是无水硝酸与
硫酸的混酸： MNO3十H2SO4＝ HNO3十MHSO4 M为金属。常用的硝酸盐是硝酸钠、硝酸钾，硝酸盐与硫酸
的配比通常是 (0.1～0.4):1(质量比)左右。按这种配比，硝酸盐
几乎全部生成NO2+离子．所以最适用于如苯甲酸、对氯苯甲酸 等难硝化芳烃的硝化。
(优化版)3-硝化反应.ppt
T（CH2SO4 恒定）
E
CH2SO4 (T恒定)
T＆CH2SO4
温度、硫酸浓度对反应体系能量的关系
CH2SO4
等能量线
T
相同能量下的浓度-率的变化
优化硝化反应的目标
1、抑制副反应，获得较高收率； 2、消耗较少的硫酸，产生较少的废酸； 3、减少操作过程的能耗； 4、工艺简单、易行。
工艺过程：将硝化废酸（硫酸浓度约 77%）加入硝化釜中，投入 熔化的对硝基甲苯，搅拌，使釜温降至 55℃左右。分两批加入混 酸（ 31.75% 硝酸和 64.85%硫酸），第一批加料温度为 52~56℃，
第二批加料温度由 54℃逐渐升到 70℃，约6~7h加料结束，在75℃
继续反应近 3h。反应完成后，搅拌下加冷水稀释，静置冷却。上 层反应物全部凝固后，放出废酸（一部分套用）。再将反应物加
缺
方法三：相转移催化（phase transfer catalysis）
用极性小的有机溶剂溶解有机物；用水溶解无机盐，两种溶 液形成两相。
水相中加入季铵盐（ R4N+X- ）。季铵盐中的烃基要适当选择， 使它们的正离子具有较大的体积。
季铵盐中的正离子与无机盐中的负离子生成离子对 :R4N+Nu- ， 它们能溶于有机溶剂，就可把负离子Nu-从水相转移到有机相。 有机相中，溶剂的极性小，溶剂分子与负离子间的作用很小。 由于正离子的体积大，离子对中正离子（ R4N+ ）与负离子（ Nu- ） 之间的距离也大，相互作用相对减小。负离子可看作是裸露的， 它们的反应活性大，与有机物反应的速度很快。 反应后由有机物中脱离下来的负离子可以由季铵离子带回水 相。季铵盐用量在反应物的5 mol%以下，它们的作用是在之间转 移负离子，因此叫做相转移催化剂。在相转移条件下进行的反应 称为相转移催化反应。
硝化反应综述PPT课件
1.3硝酸
10
硝酸具有两性的特征，它既是酸又是碱。硝酸 对强质子酸和硫酸等起碱的作用，对水、乙酸 则起酸的作用。当硝酸起碱的作用时，硝化能 力就增强；反之，如果起酸的作用时，硝化能 力就减弱。
例如：在硝酸和硫酸混合时，由于硫酸的供质 子能力比硝酸强，从而可以提高硝酸离解为硝 酰正离子NO2+
混酸中，硫酸浓度越高，越有利于生成硝酰正 离子NO2+
2.1混酸
28
混酸硝化的特点：
（1）硝化能力强，反应速度快，生产能力高； （2）硝酸用量接近理论量，硝化废酸可回收利用； （3）硝化反应可以平稳地进行； （4）浓硫酸能溶解多数有机物，增加了有机物与硝酸
的相互接触，使硝化反应易于进行； （5）可采用普通碳钢、不锈钢或铸铁设备。
2.2混酸的硝化能力
1.6有机硝酸酯
16
用有机硝酸酯硝化时，可以使反应在完全无水 的介质中进行。
这种硝化反应可分别在碱性介质中或酸性介质 中进行。
因此，在碱性介质或酸性介质中通常用硝酸乙 酯作硝化剂进行硝化。
1.7氮的氧化物
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氮的氧化物除了N2O以外都可以作为硝化剂， 如三氧化二氮(N3O2)，四氧化二氮(N2O4)及 五氧化二氮(N2O5)。
混酸Ⅱ 49.0 46.9 4.1 73.7 2.80 141 69.1 96.0
混酸Ⅲ 59.0 27.9 13.1
237 139.8 192.0
2.3混酸的配置
34
选择混酸的原则
（1）使反应容易进行，副反应少； （2）原料酸易得； （3）生产能力适宜。
配酸工艺及要求
（1）使用耐酸设备； （2）有良好搅拌； （3）需要冷却设备；一般要求控制温度在40℃以
5第五章硝化反应精品PPT课件
氧化副反应主要是在芳环上引入羟基
C H 3
C H 3
O H
混 酸 硝 化
N O 2 +
N O 2
ห้องสมุดไป่ตู้
43
采用加入适量尿素的措施，将二氧化氮破坏掉，抑制氧化 副反应的发生。
44
5.3.4 废酸处理
45
5.3.5 硝化反应器
间歇过程的硝化锅通常是用铸铁、钢板或不锈钢制成的， 有时也用搪瓷锅。
连续硝化设备则常用不锈钢或钢板制成。 浓度低于68%的硫酸对钢材具有强烈的腐蚀作用，因此
15
5 2.2 反应历程 硝化是亲电取代反应，首先NO2+进攻芳环生成л
络合物，然后转变为б络合物，最后脱质子生成硝 基化合物。
π-络合物 σ-络合物
16
17
➢ -NO2是强吸电基，引入一个后，不易再多硝化。 ➢ 蒽醌例外：两个苯环相互影响不大，一硝化时常有
一定量的二硝化产物。
O
一 硝 化 (磺 化 )
O NO2(SO3H)
(SO3H) O2N
+
O NO2
O
O
O
85％-90％
18
5.3 混酸硝化
➢ 适用范围：反应温度下，反应物、产物为液态，不 溶于废酸，可用分层法分离。 苯、甲苯、二甲苯、氯苯、二氯苯、萘等的一硝化。 硝基苯、硝基甲苯、硝基氯苯再硝化。
➢ 优点： （1）硝化能力强，速度快，硝酸用量少 （2）混酸中HNO3氧化性低，氧化副反应少 （3）H2SO4用量不多，产物易分离，废酸可循环
3
➢ 脂肪族化合物-NO2：脂肪族硝化产物 ➢ 芳环-NO2：芳环硝化产物 ➢ 杂环-NO2：杂环硝化产物
脂肪族的硝化产物品种少，主要用作炸药、 火箭燃料、溶剂等，而且制备方法特殊。
一硝基氯苯生产车间硝化工段工艺初步设计
一硝基氯苯生产车间硝化工段工艺初步设计目录第一章设计任务书 (1)1.1 工艺流程示意图 (1)1.2 反应方程式 (2)1.3 已知条件 (3)第二章绪论 (5)2.1 产品的意义和用途 (5)2.2 产品的发展史 (5)2.3 年工作日的确定 (6)2.4 水、电、气及原料的供应 (6)2.5 厂址的水文、地质和气象资料 (6)2.6 设计依据及技术资料 (6)第三章工艺设计部分 (7)3.1 产品技术说明 (7)3.2 生产方法选择 (7)3.3 生产的基本原理 (7)3.4 原料规格与主要物化数据 (8)3.5 原料配比的确定 (9)3.6 工艺流程示意图 (9)3.7 流程叙述及控制条件 (11)3.8 物料衡算 (13)3.8.1 氯苯用量 (13)3.8.2 萃取锅计算 (13)3.8.3 1#硝化锅 (13)3.8.4 2#硝化锅 (14)3.8.5 3#硝化锅 (15)3.8.6 硝化分离 (15)3.8.7 萃取分离 (16)3.8.8 复算 (16)3.8.9 混酸配制 (17)3.8.10 一次水洗分离 (17)3.8.11 碱洗及碱洗分离 (18)3.8.12 二次水洗分离 (18)3.8.13 物料衡算表 (19)3.9 热量衡算 (24)3.9.1 配酸过程热量衡算 (24)3.9.2 1#硝化锅热量衡算 (25)3.10 设备计算和选型 (27)3.10.1 配酸锅 (27)3.10.2 1#硝化锅 (27)3.10.3 2#硝化锅 (28)3.10.4 3#硝化锅 (28)3.10.5 硝化分离器 (29)3.10.6 萃取锅 (30)3.10.7 萃取分离器 (30)3.10.8 一次水洗锅 (31)3.10.9 一次水洗分离器 (31)3.10.10 碱洗锅 (32)3.10.11 碱洗分离器 (33)3.10.12 二次水洗锅 (33)3.10.13 二次水洗分离器 (34)3.10.14 补集器 (35)3.10.15 贮罐 (35)3.11 设备一览表 (37)3.12 原料消耗定额表 (39)第四章三废治理 (40)4.1 三废的产生和数量 (40)4.2 三废的治理措施 (40)第五章安全技术与防火 (41)5.1 物料的危险特性 (41)5.2 防火、防爆、防腐蚀的要求和措施 (42)5.3 安全防火规则 (42)第六章建筑部分 (44)6.1 建筑特点 (44)6.2 防火、防毒、防腐蚀的考虑 (44)6.3 设备布置说明 (45)第七章参考文献 (46)附录 (47)附录1 工艺流程图（PFD） (47)附录2 设备平面布置图 (47)第一章设计任务书1.1 工艺流程示意图图1 工艺流程示意图1.2 反应方程式1、主反应（一硝基氯苯：邻、间、对位三种异构体混合）2、副反应二硝化：（二硝基物）硝酸分解： 2HNO 3 −−→ N 2O 5 + H 2O氧化反应：（硝基酚）Cl +HNO 3H SO NO 2H 2O +Cl Cl +HNO 3H 2SO 4NO 2H 2O +Cl NO 2Cl +HNO 3H 2SO 4NO 2H 2O +Cl OH1.3 已知条件生产规模：年产1.2万吨一硝基氯苯产品质量：一硝基氯化苯纯度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：甘肃兰州原料：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）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。
连续硝化工艺简介(微通道反应器)
连续硝化工艺简介(微通道反应器)一、硝化反应的定义硝化反应是向有机化合物分子中引入硝基(-NOJ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。
二、工艺危险特点(1)反应速度快，放热量大。
大多数硝化反应是在非均相中进行的，反应组分的不均匀分布容易引起局部过热导致危险。
尤其在硝化反应开始阶段，停止搅拌或由于搅拌叶片脱落等造成搅拌失效是非常危险的，一旦搅拌再次开动，就会突然引发局部激烈反应，瞬间释放大量的热量，引起爆炸事故；(2)反应物料具有燃爆危险性；(3)硝化剂具有强腐蚀性、强氧化性，与油脂、有机化合物，尤其是不饱和有机化合物接触能引起燃烧或爆炸；(4)硝化产物、副产物具有爆炸危险性。
三、传统硝化生产工艺特点为了降低生产的危险性，传统的硝化工艺多是通过向反应釜中滴加混酸的方式反应。
该方式有以下几个特点：(1)反应为间歇生产，混酸滴加时间长，通常为几个小时，甚至十几个小时，生产效率低；(2)反应釜传热效果有限，如换热不及时，易造成釜内“飞温”或“暴沸”，反应失控；(3)釜内温度升高，硝化剂易发生氧化，硝化产物及副产物有燃爆危险；(4)混酸用量大，且后处理困难。
四、微通道反应器连续化工艺的优势近年来，迫于国家安全与环保政策的压力，许多化工企业被要求关停整顿，反应釜类的硝化工艺审批困难，国家政策引导企业向连续流工艺方向改进。
连续流反应器在安全、环保、绿色、节能、高效等方面展现出不可取代的优势，为越来越多的企业提供了优质的工艺环境，并得到高度认可。
与传统的釜式生产工艺相比，微通道反应器连续化工艺的主要优势在于：(1)安全性能显著提高该传统工艺因为存在安全隐患问题，已被政府下令停止生产。
因此，微反连续化工艺的安全性是该工艺的主要优势，主要体现在以下三个方面：a.总持液量低。
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连续硝化反应工艺生产流程介绍及图示
连续硝化生产工艺流程包括配酸碱混合工艺、硝化工艺、水洗工艺和萃取工艺四种工艺流程。
四个工艺流程分别如下：
一、配酸配碱工艺流程如图2.1所示。
配酸配碱工艺流程
上图所示为配酸配碱工艺流程图，该工艺流程由配酸工艺流程、配碱工艺流程两部分组成。
对配酸部分的工艺流程、控制需求进行如下说明：
1、按照工艺要求，在储料罐中提取定量的浓度98%的硫酸溶液和浓度80%的硫酸溶液，还有浓硝酸溶液，量取时使用计量罐作为定量标准；
2、把上述步骤中计量罐中量取的三种物料分别送到混酸配制釜，之后使用搅拌器进行搅拌，此时需控制配置釜内的温度。
最后把得到
的混酸溶液在泵的作用下送入到混酸储罐中进行储存；
3、把上述步骤中得到的混酸溶液在泵的作用下送入到混酸中间罐。
上述步骤为配酸工艺流程，配碱的工艺流程与之类似，配碱的工艺流程是为了得到混酸溶液，然后把它存储在混酸储罐中待用。
在这一流程中，系统应该对液碱计量罐以及废水计量罐的液位进行监控，并对液位数据设置上下限报警以及与泵的联锁启停功能，同时需检测液碱配制釜内的温度并在上位机显示。
二、硝化反应流程如图2.2所示。
硝化反应工艺流程
上图所示为硝化反应的工艺流程图，对其流程和控制需求进行如下说明：
1、在泵的作用下，把废硫酸中间罐和萃取硝化物储罐以及混酸中间罐中的物料送入到硝化反应器中，之后进行硝化反应。
注意：在上述步骤供物料的过程中，系统应该对三个储罐中液位
进行监控，同时，对萃取硝化物储罐液位进行数的据设置，以实现上、下限的报警功能，为废硫酸中间罐和混酸中间罐的液位数据设置上下限报警以及与泵的联锁启停功能。
2、在这个过程中，系统应该对硝化反应器的各反应管出口温度以及夹套冷却管中的冰盐水温度，根据夹套冷却管内的冰盐水温度控制其调节阀的开度，以达到控制反应釜内的温度的目的，确保安全生产。
三、水洗工艺流程如图2.3所示。
水洗工艺流程
上图所示为水洗工艺流程图，该工艺流程由水洗、碱洗两部分组成，对工艺的流程和控制需求进行说明：
1、在泵的作用下，把液碱中间罐中的物料送入到碱洗管中，物料的供给过程中要使用蒸汽加热器为物料进行加热，以达到工艺所需温度，之后，在泵的作用下，把粗硝化物储罐中的物料送入到碱洗管中；
2、把从碱洗管中生产的物料送到碱洗分层器中，先通过碱洗分层器对多余的液碱进行去除，然后将其送入到废液碱储罐，之后，把除去液碱后的物料送到粗产品储罐内，同时，把自来水放入洗涤水储罐内净化后储存待用；
3、在泵的作用下，把洗涤水储罐中的物料泵送到水洗管内，这整个的供料过程均离不开蒸汽加热器，以完成对物料进行加热的功能，最后，把粗产品储罐中的物料泵入水洗管中；
4、把经水洗后的物料送到水洗分层器，除去废水后的产物送入硝化粗品储罐。
四、萃取工艺流程如图2.4所示。
萃取工艺流程
上图所示为萃取过程的工艺流程图，对该工艺流程与控制需求进行说明：
1、在泵的作用下，把回收混酸罐中的物料与硝化物中间罐内的物料送到反应管中，以除去硝化物内多余的液碱；
2、把反应管的产出物送到萃取分层器，之后，分别把萃取硝化
物、废硫酸送入萃取硝化物储罐和废硫酸储罐内。