Разработка технологии бессернокислотного нитрования бензола и толуола в совмещенном реакционно-ректификационном режиме

• Автор: Есипович, Антон Львович
• Шифр специальности: 05.17.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 168 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АРОМАЧИЧЕСКИХ НИТРОСОЕДИНЕНИЙ .

1.1 Нитрование ароматических соединений в присутствии серной

кислоты

1.2 Нитрование ароматических соединений одной азотной кисло

1.3 Каталитическое нитрование ароматических соединений

1.3.1 Нитрование ароматических соединений па цеолитных и алю

мосиликатных катализаторах

1.3.2 Нитрование ароматических соединений на металлоксидных ка

тализаторах.

1.3.3 Катализаторы на основе твердых носителей, модифицирован
ных кислотами, алкил и арилсульфоновых кислот
1.4 Постановка задачи.
2 ФИЗИКОХИМИЧЕСКИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОЦЕССОВ НИТРОВАНИЯ АРОМАТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ.
2.1 Химические процессы, протекающие при нитровании аромаги
ческих соединений азотной кислотой
2.1.1 Нитрование бензола
2.1.2 Нитрование толуола
2.2 Изучение фазовых равновесий в системах исходных веществ и
продуктов нитрования ароматических соединений азотной ки
слотой .
2.2.1 Изучение фазовых равновесий в системе нитрования бензола
азотной кислотой
2.2.2 Изучение фазовых равновесий в системе нитрования толуола
азотной кислотой
2.3 Механизм нитрования ароматических соединений
4.1.2 Исследование влияния концентрации азотной кислоты
4.1.3 Исследование влияния скорости подачи азотной кислоты
4.1.4 Оптимальные условия нитрования бензола.
4.2 Нитрование толуола.
4.2.1 Исследование влияния концентрации азотной кислоты
4.2.2 Исследование влияния скорос ти подачи азотной кислоты
4.2.3 Исследование влияния давления
4.2.4 Исследование влияния высоты колонны и точки ввода питания
азотной кислоты.
4.2.5 Оптимальные условия нитрования толуола.
5 РАЗРАБОТКА 1ТРИЬ1ЦИПИАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ
СХЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА АРОМАТИЧЕСКИХ НИТРОСО
ЕДИНЕНИЙ
5.1 Технология получения нитробензола
5.1.1 Описание технологической схемы производства нитробензола
5.1.2 Оптимизация и выбор режимов работы и параметров оборудо
вания технологической схемы получения нитробензола
5.1.3 Сравнительный техникоэкономический анализ разрабатывав
мой технологии получения нитробензола.
5.2 Технология получения нитротолуолов
5.2.1 Описание технологической схемы производства мононитрото
I
5.2.2 Оптимизация и выбор режимов работы и параметров оборудо
вания технологической схемы получения мононитротолуола .
5.2.3 Сравнительный техникоэкономический анализ разрабатывав
мой технологии получения нитробензола.
6.
6.
6.
6.5.
6.5.
ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА, МЕТОДИКИ ЭКСПЕРИМЕНТА И АНАЛИЗА
Исходные вещества
Описание методики экспериментов по изучению равновесия жидкостьжидкость в системе азотная кислотаводабензол.
Описание методики экспериментов по изучению кинетики нитрования бензола азотной кислотой.
Описание методики проведения нитрования в реакционноректификационном режиме.
Исследование образцов катализаторов
Испытаний прочностных характеристик
Определение величины эквивалентной теоретической ступени 11 ВЭТС.
Определение концентрации кислотных центров.
Рентгенографические исследования катализаторов.
ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Режим в испарителе определяется концентрацией кислоты, которую хотят получить. Па; при получении более концентрированной (%) НгБСи температуру повышают до 5°С при разрежении '2-5 кПа. Внутри испарителей находятся танталовые трубчатые теплообменники, в которые подают пар с температурой 0-0°С. Теплота горячей серной кислоты используется для подогрева отработанной кислоты, идущей на концентрирование. Пары из скоростного испарителя поступают в конденсатор и затем в сепаратор, где из них выделяют органические продукты, возвращаемые на нитрование []. Способы нитрования ароматических соединений, основанные на использовании смеси серной и азотной кислот имеют определенные недостатки. Обязательной стадией нитрования являе! В то же время образование больших объемов сточных вод, содержащих разбавленную Н , а также растворенные оксиды азота и органические примеси, создает серьезную угрозу для окружающей среды. Традиционные методы нитрования серно-азотными кислотными смесями не обеспечивают высокой селективности образования мононитропроизводных. Образуется большое количество ароматических ди-и полинитросоединсиий. Продукты нитрования замещенных ароматических соединений смссыо кислот не удовлетворяют потребностям промышленности по изомерному составу. Так, при нитровании толуола образуется смесь о-, м- и п-изомеров в соотношении -:4-5:-, из этих соединений широкое применение находит только п-нитротолуол. Аналогичное положение наблюдается и в производстве динитробензола: технический продукт содержит 8-9% о-изомера и 1-2% п-изомера, находящих ограниченное применение []. Поэтому до настоящего времени ведутся интенсивные исследования по разработке технологии, которая позволила бы резко сократить или даже полностью исключить использование в процессах нитрования серной кислоты. Различные варианты нитрования ароматических углеводородов в среде одной азотной кислоты известны давно, однако они не получили промышленного применения. Концентрированная азотная кислота является достаточно активным нитрующим агентом, однако разбавление азотной кислоты водой, образующейся по мере протекания реакции, приводит к быстрому снижению скорости нитрования []. Один из первых процессов был разработан О гм ером в - годах [1. Нитрование бензола или толуола вели разбавленной -% азотной кислотой в режиме кипения при большом избытке углеводорода. Удаление воды в виде азеотропа с нитруемым соединением (с небольшими примесями нитросоединения и азотной кислоты) позволяло поддерживать концентрацию азотной кислоты в реакторе постоянной. После разделения азеотропа в сепараторе ароматическое соединение возвращалось на нитрование. Недостатком данного процесса является то, что азотная кислота попадает в куб аппарата, где, по-видимому, в основном и протекает реакция нитрования. В результате возможно протекание побочных процессов окисления и образование динитросоединений, за счет образования локальных избытков азотной кислоты и пребывания образующегося нитробензола в зоне реакции. Позднее было предложено [2\ проводить процесс под вакуумом для снижения температуры в реакторе. Кроме того, из-за расслоения фаз в кубе для ускорения процесса необходимо перемешивание реакционной массы, что приводит к усложнению аппаратурного оформления. Так же недостатком данного способа нитрования является необходимость отделения продуктов реакции от непрореагировавшей азотной кислоты. Другой вариант нитрования ароматических соединений одной азотной кислотой - проведение процесса в избытке азотной кислоты. Так, предложено проводить нитрование при -0°С в трубчатом реакторе или каскаде емкостных аппаратов - кратным избытком -% азотной кислоты [-]. В работе [] нитрование проводилось добавлением ароматического соединения к кипящей %-ной азотной кислоте с одновременной отгонкой реакционной воды. Выход нитропроизводных составляет . Использование избытка азотной кислоты обладает рядом недостатков, таких как, значительные объемы перерабатываемой кислоты, сложность аппаратурного оформления, относительно низкая селективность.