苯硝化反應器放大設計

1、苯峭化反應器放大議計倪菊美(中國石化集團南京化工廠設計所，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機理、反應特點，以及苯峭化反應器放大設計主要工藝參數(shù)的確定，及實現(xiàn)這些工藝條件必須采取的技術(shù)措施和控制手段，并對設計中存在的問題進行分析并提出改進建議關鍵詞:苯硝化反應器混酸硝化劑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，在一定溫度下反應生成硝基苯。該項目設計規(guī)模較大，屬國內(nèi)

2、首創(chuàng)。硝化反應器是硝基苯生產(chǎn)的關鍵設備，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，但它們各項技術(shù)經(jīng)濟指標差別不大，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)點眾所周知，它尤適于不便使用塔設備的液一液非均相組分間反應它可以減少反應原料短路的機會，在不同鍋內(nèi)可控制不同的反應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〕。缺點是如此大規(guī)模的生

3、產(chǎn)裝置不僅會產(chǎn)生大量待濃縮的廢硫酸和含酚類及硝基物廢水，且要求硝化設備具有足夠的冷卻面積，安全性差。因此要對苯硝化反應器進行經(jīng)濟可行的放大設計。2混酸做硝化劑的反應機理苯硝化反應生成硝基苯的主化學反應式為根據(jù)動力學研究的結(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認一，水則與硫酸生成場。反應中所生成的水與過量的硫酸作用，發(fā)生下列反應:HZS仇姚O一玩O十HS仇故硝酸與硫酸的反應總式如下:ZHZS仇1」卜03一H3OZHS仇

4、一N仇當混酸與苯進行硝化反應時，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該反應具有以下特點:(l)反應不可逆。(2)反應速度快，且大量放熱。反應的同時，混酸中的硫酸被反應生成的水稀釋，還將產(chǎn)生稀釋熱，稀釋熱約為反應熱的7%一ro%，苯的硝化反應熱為142kJmol如此大的熱量若不及時移除，必然會使反應溫度迅速上升，引起副反應及硝酸大量分解，將導致嚴重后果，甚至發(fā)生爆炸事故。因此要保持反應在適宜的溫度下進行，并要及時中

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，故設兩層葉輪軸.攪拌葉輪轉(zhuǎn)速放大設計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對鄰硝3.7襯的1號硝化鍋設計經(jīng)驗數(shù)據(jù)，設定1號硝化鍋攪拌器轉(zhuǎn)速為310川min2號一4號硝化鍋轉(zhuǎn)速適當放

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

7、大1Zkw取整，所需功率為7.skw電機仍采用結(jié)構(gòu)簡單、工作平穩(wěn)的三角帶式，電機要求防爆。(4)由于設定l號硝化鍋鍋體高徑比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異常激烈，發(fā)生危險，在控制室增設攪拌停報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建診

8、(1)l號硝化鍋有時超溫5℃左右(設定報警溫度為60℃)[’〕，尤其是炎熱的夏天經(jīng)分析認為原因之一是全廠水壓低導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到現(xiàn)中控指標前提下，按季節(jié)變化適當提高1號硝化鍋反應溫度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，能吸收硝化反應中放出