年产5000吨对硝基乙苯的工艺流程设计开题报告

1. 研究目的与意义

对硝基乙苯（C₈H₉NO₂）又称4-硝基乙苯，是一种有毒的无色或淡黄色油状液体，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂，沸点在245～246℃。并且对环境有危害，遇明火、高热可燃，受高热分解产生有毒的腐蚀性烟气，与强氧化剂接触可发生化学反应。对硝基乙苯是重要的化工中间体，主要用于合成合霉素和氯霉素，也用于合成染料、农药、香料等。其中最为重要的就是用于氯霉素的生产。氯霉素（chloramphenicol，chloromycetin）又称左霉素、氯胺苯醇，为抗肠道细菌感染的合成抗生素。氯霉素的化学结构含有对硝基苯基、丙二醇与二氯乙酰胺三个部分，分子中还含有氯。其抗菌活性主要与丙二醇有关。20世纪90代中以来，我国氯霉素年产量均为2000多吨，出口量及国内用量大约各占一半。近几年，产量仍维持在2000吨左右。多年来氯霉素一直为我国医药原料药的出口优势产品之一，年出口量达1000多吨。2002年，我国氯霉素出口量达1331吨，2003年出口量为1016吨，2004年出口量为1103吨。目前，氯霉素已成为全世界应用最广泛的药物之一，销售额占据整个抗生素市场的40%，同时也是我国原料药中产量最大的品种之一。近年来，氯霉素国内外市场持续看好，产销两旺。近年来我国是氯霉素的主要生产国和出口国。2003年我国氯霉素出口量为2.5万吨，国内使用量约为1.2万吨。加入WTO后，我国氯霉素的出口前景更为看好了。所以对硝基乙苯在民经济及人民生活中很重要重要。

目前生产对硝基乙苯主要采用催化硝化法，其原料为乙苯及由硫酸和硝酸组成的混酸，副产品有邻硝基乙苯和间硝基乙苯等。乙苯(C8H10)是一种芳香烃无色液体，伴有芳香气味，不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂，沸点在136.2℃。硝酸(HNO3)是一种强氧化性、腐蚀性的强酸。硝酸易溶于水，常温下其溶液无色透明，浓硝酸为淡黄色液体。硫酸(H2SO4)，硫的最重要的含氧酸。无水硫酸为无色油状液体。硫酸是一种最活泼的二元无机强酸。催化硝化的反应机制大致入下：首先由催化剂与硝化剂作用产生硝基阳离子，而该反应是可逆的、如在低温下，硝基阳离子与体积较大的磺酸阴离子结合较稳定，从而与乙苯反应时，就有较多的硝基阳离子进攻乙苯，相应增加了向乙苯空间障碍较少的对位上的进攻几率。

2. 研究内容和预期目标

研究内容：已知粗乙苯的浓度为98%，硝化混酸的组成为hno3：32%，h2so4：56%，水：12%。粗乙苯与混酸质量比为1:1.855，对硝基乙苯的收率为50%。硝化产物为硝基乙苯混合物，其比例为邻：间：对=0.50:0.34:0.16。配制混酸原料：h2so4：93%,hno3：96%和h2o。夹套传热系数为k=186kal/（cm2h℃）。物料进口温度25℃，终了温度35℃.夹套中cacl2冷冻盐水进口温度-10℃，出口温度-5℃。在装有推进式搅拌的不锈钢混酸罐中，加入硫酸，在搅拌及冷却下，以细流加入水，控温40-45℃ ，加毕，降温至35℃，继续加入96%的，hno3温度不超过40℃。加毕，冷却，使hno3含量控制在32%，h2so4含量控制在56%，水12%。在装有旋浆式搅拌的铸铁硝化灌中，先加入乙苯，开动搅拌，在滴加混酸，控温，反应一段时间后，静置分层，分去下层废酸。

预期目标：以此催化硝化法生产对硝基乙苯，并对年产5000吨对硝基乙苯的生产工艺过程进行详细设计，确定整个生产过程的工艺流程、所需设备的类型、设备结构及尺寸、工厂布置方法、三废处理方法等，编制设计说明书，绘制工艺流程图、设备图、车间布置图等图纸。

产品要求：最终生产的5000吨对硝基乙苯产品的浓度要求达到99%以上。

3. 研究的方法与步骤

研究方法：本设计是将从前步反应得到的混硝基乙苯为原料，依次利用粗蒸釜、分馏塔、精馏塔将混硝基乙苯分离，最终得到粗邻位硝基乙苯、间位硝基乙苯、精对位硝基乙苯。再将邻位、间位的硝基乙苯回收套用，将得到的精对位硝基乙苯送入下一个工段，进行进一步的生产。在混硝基乙苯的分离工段中，一般都会得到大量的副产物，并且需要大量的外加能量，如无妥善的综合利用途径，必将增加生产负担和巨大的环境污染，对操作者和生产厂家而言，无法避免的就是解决劳动保护和“三废”治理的问题。 本设计路线将分馏、精馏过程中得到的副产物进行了回收套用，并采用清洁生产工艺，与原生产路线相比较，既减少了深度处理高浓度废水的量，节省了环保投资，又提高了经济效益。因此本方法具有成本低、收益高、污染小的优点，可行性较强。进行硝化物的物料衡算，画出硝化物料衡算表并画出分离物料衡算及物料流程框图。

通过设备工艺计算及热量衡算确定分馏塔和冷凝器再沸器等的物系基本性能数据，确定设备的热负荷，根据设备的热负荷的大小所处理物料的性质以及工艺要求，计算传热面积，确定设备的主要工艺尺寸。热量衡算以能量守恒为依据，利用热平衡方程式计算出q4、q3和qp、q2。有热量衡算可知传热量q2的值，再根据工艺条件算出平均温度差，利用公式算出传热面积。可以通过每天混硝基乙苯的投料量算出公称容积符合要求的的硝基混合物贮槽，同理也可以计算出高沸物贮槽粗对位贮槽等设备的型号要求。

研究步骤：

4. 参考文献

[1] 娄爱娟，化工设计[m]. 上海：华东理工大学出版社，2002

[2] 陈敏恒，化工原理(第三版)[m]. 北京：化学工业出版社，2006

[3] 周大军，化工工艺制图[m]. 北京：化学工业出版社，2005

5. 计划与进度安排

1. 2022-2-29～2022-3-11 查阅文献，熟悉相关的专业知识及技能，完成文献翻译工作。并与指导教师进行学习和探讨，确定设计的初步方案，完成开题报告；

2. 2022-3-12～2022-5-08 查找资料，完成工艺流程的设计，进行系统的物料衡算及热量衡算，对主体及附属设备进行设计，确定设备类型及尺寸等；

3. 2022-5-09～2022-6-05 完成工艺流程图、设备图、布置图等的绘制，完成设计说明书；提交设计说明书查重；