2.3.3 Нитрование бензола

Нитрование бензола азотной кислотой в среде серной кислоты описывается уравнениями:

HNO3+H2SO4-H2O+NO2+NO2++HSO4-

C6H5H-+NO2+> C6H5NO2+H+

Кроме того в качестве побочных продуктов могут образовываться динитробензол:

C6H6+2HNO3>C6H4(NO2)2+2H2O

и нитрофенол:

С6H5H-+HONO2>C6H5OH+HNO2

C6H5OH+ HNO3>HO-C6H4-NO2+ H2O

Фенол нитруется значительно легче, чем бензол, поэтому наряду с нитрофенолами могут образовываться ди- и тринитрофенолы.

Нитрование проводят при температуре 50-60 0С и оптимальном факторе нитрующей активности 70%.

Реакция нитрования экзотермическая. Тепловой эффект реакции 123 КДЖ/моль или 1577 КДж/кг бензола.

Нитрование бензола проводят в каскаде из последовательно соединенных 2-х нитраторов, основного нитратора с трубчатой поверхностью теплообмена и выносной зоной смешения, и буферного нитратора со змеевиками, пропеллерной мешалкой, шнекподъемником и статическим сеператором.

Необходимое время пребывания реакционной массы на стадии нитрования не менее 50 минут.

В зону смешения основного нитратора дозируют бензол через дозер и кислотную смесь через дозер. Для обеспечения модуля не менее 2 подают отработанную кислоту из буферного нитратора через диафрагму.

При пуске в основной нитратор подается отработанная кислота из отстойных колонн, для заполнения нитраторов и разбавителя.

В нитраторах основном и буферном поддерживают температуру в пределах 50-60 0С, автоматически подачей оборотной воды в межтрубное пространство и змеевики.

Буферный нитратор может работать с подогревом.

В случае превышения содержания бензола в нитробензоле в четвертом сепараторе, нитробензол возвращается на донитрование в буферный нитратор.

Процесс нитрования ведут при разряжении 20-50Па, нитрозные газы поступают через конденсатор на абсорбцию.

Конденсат из конденсатора стекает в разбавитель.

Плотность нитробензола в основном нитраторе должна быть в пределах 1,170-1,175 г/см3, массовая доля азотной кислоты 1-4%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3.

В буферном нитраторе плотность нитробензола должна быть в пределах 1,180-1,2 г/см3, массовая доля азотной кислоты 0,5-2,5%, плотность отработанной кислоты 1,6-1,62 г/см3.

При достижении в нитраторах температуры 60 0С происходит автоматическая отсечка дозирования компонентов, при 100 0С в реакторе происходит автоматический дистанционный или по месту аварийный сброс в пустую аварийную емкость.

Нитромассу из аварийной емкости перерабатывают через буферный нитратор.

Для заполнения нитраторов после ремонта используют отработанную кислоту из отстойных колонн.

Нитробензол из буферного нитратора поступает в сепаратор, отработанная кислота через узел рециркуляции частично в нитратор, для создания необходимого модуля, избыток кислоты поступает через сегмент в основной нитратор и разбавитель

2.3.4 Разбавление отработанной кислоты и экстракция нитробензола из отработанной кислоты

В разбавитель поступает отработанная кислота со стадии нитрования, кислая вода со стадии кислой промывки. Для экстракции нитробензола и азотной кислоты из отработанной кислоты в разбавитель подается бензол через дозер. Также через дозер подается серная регенерированная кислота с концентрацией не ниже 91,0% для поддержания плотности отработанной кислоты в пределах 1,58-1,62 г/см3.

Процесс протекает при непрерывном перемешивании, температуре не более 60 0С, массовая доля азотной кислоты в отработанной кислоте 0,1-0,5%, плотность бензола в разбавителе 0,880- 1,05 г/см3.

Разбавитель подсоединен к системе абсорбции, конденсат стекает в разбавитель.

Из разбавителя отработанная кислота вместе с экстрагированным бензолом поступает в буферную емкость, откуда при помощи погружного насоса перекачивается в сепарационную колонну.

Отсепарировавшийся экстрагированный бензол из сепарационной колонны самотеком через дозер поступает в основной нитратор на нитрование.

Отработанная кислота после экстракции и отстоя в сепарационной и отстойных колоннах перекачивается в цех регенерации кислот.

Перед перекачкой отработанная кислота анализируется и должна иметь следующий состав:

Массовая доля серной кислоты 64-70%

Массовая доля азотной кислоты 0,1-0,5%

Массовая доля нитробензола, не более 0,3%

Плотность 1,58-1,62 г/см3