硝基苯生產工藝中影響硝基酚含量控制因素分析

徐濤 潘有江

摘要：針對硝基苯生產工藝中副產物硝基酚的生成影響因素，進行分析，探尋硝基苯生產中硝化反應的最優(yōu)條件，從而達到控制硝化反應中副反應的發(fā)生，進而控制硝基酚含量。

關鍵詞：硝化反應 ?硝基苯 ?硝基酚

1. 前言

硝基苯生產工藝中副產物硝基酚的生成增加原料單耗;酚類未脫除干凈而帶到后處理工序，影響中和系統(tǒng)正常運行，還會使成品的顏色變深;增加洗滌用水、用堿量;增加廢水量，造成環(huán)境污染。硝基酚屬于易燃易爆物質，性質不穩(wěn)定，在硝化釜中產生的硝基酚進入精餾系統(tǒng)，經過精餾系統(tǒng)的濃縮含量會增高，高濃度的硝基酚在精餾系統(tǒng)中存留會增大安全生產風險。因此降低硝基酚的含量對裝置的安全穩(wěn)定運行具有重大意義。

2. 硝化反應原理及工藝流程簡介

2.1 硝化反應原理

硝化：苯和混酸中的硝酸在濃硫酸的催化作用下發(fā)生硝化反應生成硝基苯。

主反應方程式：

主要副反應方程式：

2.2 工藝流程簡介

硝酸、循環(huán)廢酸、硫酸一起進入三酸混合器混合，經混酸冷卻器冷卻，進入1#硝化釜。同時酸苯進入1#硝化釜，與混酸發(fā)生反應，并依次溢流至2#硝化釜、3#硝化釜、4#硝化釜中繼續(xù)反應。反應后的物料從4#硝化釜溢出并沿切線方向進入硝化分離器，經離心分離和重力沉降，進行連續(xù)分離。下層廢酸經廢酸冷卻器冷卻后進入循環(huán)廢酸罐，上層酸性硝基苯溢流至中和釜。

3. 硝基酚含量控制因素

3.1反應溫度

反應溫度是硝化反應重要影響因素。反應溫度越高，反應速率越快，硝化反應溫度每升高10℃，反應速度增加0.8～1倍。反應溫度過低，反應不完全，反應溫度過高硝基酚等副產物增加，同時還將造成硝酸大量分解。

以硝基酚含量小于950 mg/L為控制目標，在正常運行工況下調整各硝化釜溫度控制范圍如表3.1所示。硝化釜反應溫度需先低后高，1#硝化釜硝酸濃度高，低溫硝化可降低1#硝化釜轉化率，從而降低硝基酚等副產物的生成，以及硝酸的分解，4#硝化釜反應物濃度低，采用高溫硝化可提高硝化反應的轉化率，降低消耗。因此各釜上述溫度控制范圍可滿足降低硝基酚含量要求。

3.2脫水值

脫水值是指硝化反應結束時廢酸中硫酸和水的計算重量之比，通常用符號D·V·S表示：

脫水值表示混酸的硝化能力。脫水值太大，反應快，但容易產生硝化副反應;脫水值太小，反應緩慢，甚至反應不完全。按照圖3.1所示脫水值最大值不宜超過2.51，最小不易低于2.30，可有效控制硝基酚含量。

3.3其它影響因素

混酸中的硝酸濃度高，會增加硝基酚的生成，硝酸配料不足理論量，也會增加硝基酚的生成，因此混酸中硝酸的質量分數百分比一般控制在7.8～9.5%為宜;硝基酚的生成隨硝酸過剩量的增加而降低，反應結束要求硝酸的質量分數百分比≤2.0%，一般控制在1.0%左右;因此，采用較低的溫度進行硝化反應，并適量加入循環(huán)廢酸或采用高水混酸，是減少硝基酚類生成的有效措施。

此外設備可靠、運行穩(wěn)定，也有一定影響，尤其是存在漏點的情況下，影響巨大，因此要及時消除漏點其次攪拌也影響硝化反應的進行，硝化反應是非均相反應，反應主要在酸相和兩相界面處進行，只有通過劇烈的攪拌，使有機相苯分散到酸相中才能完成硝化反應，同時避免了局部過熱。一般情況下，轉速越大，轉化率越大，但轉速超過一定值，轉化率無明顯變化，還可能發(fā)生乳化現象。

4.結論

通過分析，硝基苯生產工藝中為控制副反應發(fā)生，減少硝基酚含量，應采取如下措施：

4.1適宜的反應溫度進行硝化反應，1#硝化釜溫度控制范圍是60.7℃～64.7℃;2#硝化釜溫度控制范圍是73.0℃～75.9℃;3#硝化釜溫度控制范圍是72.6℃～79.8℃;4#硝化釜溫度控制范圍是72.7℃～79.8℃;

4.2脫水值控制范圍在2.30～2.51之間;

4.3適量加入循環(huán)廢酸，降低反應溫度，減少物料停留時間;

4.4控制好混酸中的硝酸濃度，硝酸配料量;

4.5保證設備穩(wěn)定運行。

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