一种串联釜式连续生产对硝基苯胺的方法
技术领域
本发明涉及的是一种串联釜式连续生产对硝基苯胺的方法,属于精细化工连续氨解单元反应范畴。
背景技术
对硝基苯胺是染料工业中极为重要的中间体,现有的对硝基苯胺的生产方法是以对硝基氯苯为原料,在33%浓氨水介质条件下进行高压氨解反应。具体的氨解的方法主要有以下两种方法:
第一种方法是使用高压釜进行间歇法氨解,将计量的对硝基氯苯加入到装有一定浓度(33-40%)氨水的高压釜中,在温度170-175℃,压力4.8-5.6MPa的条件下,进行氨解反应,维持9-15小时反应结束,再经氨回收,将釜内的余氨经喷射泵进行循环吸收,吸收产生的低浓度氨水,补加部分液氨后继续供氨解反应使用,脱氨后物料进行离析,离析后经离心、洗涤后得到成品对硝基苯胺。该方法技术成熟可靠,远行稳定,反应转化率在98.5%左右,但存在以下不足:年生产2万吨规模的对硝基苯胺,采用传统的间歇式法生产,需要使用24台10m3的高压氨解釜,其转速约60转/分钟,需要大量的人员进行配制氨化剂、投料、反应、回收氨化剂、稀释、抽滤、洗涤、包装等工序的操作,由于进行人工操作,存在效率低下,劳动强度大、产品质量不稳定、安全隐患等问题。
第二种方法是使用管道反应器进行连续法氨解,具体是将对硝基氯苯和氨水,连续加入高压管道反应器内,对硝基氯苯和氨水进入反应器中,在10.0-14.0MPa的压力和235-245℃温度条件下,进行氨化反应,反应时间为40-90分钟,反应结束后,由卸压阀将物料卸入低压反应釜中,通过放氨回收氨,回收氨后,进行离析,离析完毕后将物料进行离心,洗涤,得到对硝基苯胺成品。该方法具有工艺周期短、连续生产能力强等特点,但该方法设备资金投入较大,操作条件苛刻,设备不仅要承受较高的操作温度,而且要承受流体的高压载荷,还伴有腐蚀介质的冲刷,同时由于反应停留时间短,使压力、温度反应过高,物料很容易结焦,从而导致成品质量、收率不理想。
发明内容
本发明根据现有技术的不足提供一种采用串联釜式连续生产对硝基苯胺的方法,该方法即克服管道反应器因停留时间短,需要使反应温度和压力都很高等不利因素造成的控制困难、收率的不足,又可以改变单釜间歇反应的产能低下,进而能耗高,人工操作带来的安全隐患等问题,达到提高产能、节能降耗的目的。
为实现上述目的,本发明采用以下方案:一种串联釜式连续生产对硝基苯胺的方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)采用液氨和水在氨水配置罐中配置成质量百分比浓度为20%-50%的氨水,转入氨水贮槽中;
(2)将两台或两台以上高压氨解釜串联连通,其中每台高压釜的体积为0.5m3-20m3;
(3)将步骤(1)中配置好的质量百分比浓度为20%-50%的氨水加入到各个串联的高压氨解釜中,使各台高压氨解釜内的物料达到釜体积的50%时,停止加料;
(4)缓慢启动搅拌,并逐渐增加到200-600转/分钟时对各台高压氨解釜进行升温,使釜内的物料进行氨解反应,当各台高压氨解釜的温度达到120-200℃,压力至3-9.5MPa时,再通过高压泵向串联的第一台高压氨解釜中按摩尔比1:2-10加入对硝基氯苯和步骤(1)中配制的质量百分比浓度20%-50%的氨水,连续进行氨解反应;
(5)在步骤(4)中设定的温度、压力下,随着物料的不断进入,串联高压氨解釜中物料则不断的向后面的高压釜进入,直至到达末台高压釜中,末台高压氨解釜中反应完毕后的物料进入缓冲罐中,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,打开缓冲罐底部的卸压阀,使物料进入卸压降温釜中,用水吸收经卸压降温釜排出的气态氨,吸收的氨水返回到步骤(1)中的配氨罐中继续使用;其中每台高压氨解釜的反应时间是由所串联的高压氨解釜的台数、体积大小和进入物料的流速来决定的,在每台高压氨解釜中都在不断的反应,可以使上一台高压釜中未反应完毕的物料可以再出料时间完全反应,直到末台高压氨解釜中的物料完全反应;
(6)将步骤(5)中经卸压降温釜卸压降温后的物料进行分离,分离后母液采用蒸氨釜进行蒸氨,蒸氨后将吸收的氨水返回到步骤(1)的配氨罐中继续使用,分离出固体物料便是成品对硝基苯胺。
在每个串联的高压氨解釜的电机上加装调频器调整搅拌转速,使每个高压氨解釜的搅拌转速由低向高逐渐增加,其增加的幅度为5-960转/分钟。
在步骤(5)中所使用的缓冲罐,其液位和底部的卸压阀进行联锁控制,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,缓冲罐底部的卸压阀自动打开,物料进入卸压降温釜中;
所述两台或两台以上的高压氨解釜通过管道或缓冲罐进行串联连接。
本发明采用的高压氨解釜、缓冲罐、卸压降温釜、蒸氨釜、配氨罐均采用现有氨解技术中常用的设备。
本发明将用于间歇反应的高压氨解釜进行串联,构成了一个超大的高压反应器,使之同时进行氨解反应,即能保证与釜式间歇反应相应的压力、温度,又能达到连续反应的产能。另外在本方法中,通过提高了搅拌转速,增加了反应物料的碰撞机会,从而成倍数的增加了反应速度。
本发明采用连续釜式氨解反应,通过调整搅拌的转速、对硝基氯苯和氨水的进料速度以及氨解高压氨解釜的台数,可生产市场上任何质量指标要求的对硝基苯胺,也可按生产任务调整生产能力,即可以克服管道反应器因停留时间短,需要使反应温度和压力都很高等不利因素造成的控制困难、质量收率的不理想,又可以改变釜式间歇反应的产能低下、能耗高、人工操作带来的安全隐患等问题,达到提高产能、节能降耗、保证产品质量的目的。
说明书附图
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式:
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示,本发明的工艺流程具体如下:
首先将液氨和水同时加入氨水配制罐中配制成质量百分比浓度为20%-50%的氨水,之后将质量百分比浓度为20%-50%的氨水加入串联好的两台或两台以上台高压氨解釜中,使每台高压氨解釜中的氨水高度达到釜体积的50%时,停止加料,缓慢启动搅拌,通过每台高压氨解釜搅拌电机上加装的调频器调整搅拌转速,使其从最低搅拌速度升到200-600转/分钟,达到一定搅拌速度后,便对每台高压氨解釜升温,使其内部的物料进行反应,当温度升到120-200℃,压力至3-9.5MPa时,再通过高压泵向串联的第一台高压氨解釜中按摩尔比1:2-10加入对硝基氯苯和步骤(1)中配制的质量百分比浓度20%-50%的氨水,在多台串联的高压氨解釜中进行连续氨解反应,末台高压氨解釜中反应完毕后的物料进入缓冲罐中,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,打开缓冲罐底部的卸压阀,使物料进入卸压降温釜中,用水吸收经卸压降温釜排出的气态氨,吸收的氨水返回到配氨罐中继续使用;将通过卸压降温釜卸压降温后的物料进行分离,分离后母液采用蒸氨釜进行蒸氨,蒸氨后将吸收的氨水返回到配氨罐中继续使用,分离后的固体物料即是成品的对硝基苯胺。
实施案例1
一种串联釜式连续生产对硝基苯胺的方法,包括以下步骤:
(1)采用液氨和水在氨水配置罐中配置成质量百分比浓度为40%的氨水,转入氨水贮槽中;
(2)将四台高压氨解釜串联通过管道连通,其中每台高压氨解釜的体积为0.5m3;
(3)将步骤(1)中配置好的质量百分比浓度为40%氨水加入到四台串联的高压氨解釜中,使各台高压氨解釜内的氨水达到釜体积的50%时,停止加料;
(4)缓慢启动搅拌,通过每台高压氨解釜搅拌电机上加装的调频器调整搅拌转速,使其从5转/分钟逐渐增加到300转/分钟,此时对四台高压氨解釜进行升温,使釜内的物料进行氨解反应,当温度达到176℃,压力至5.5MPa时,再通过高压泵向第一台高压氨解釜中加入对硝基氯苯和步骤(1)中配制的质量百分比浓度为40%的氨水,连续进行氨解反应,其中对硝基氯苯的流速为1500kg/小时,氨水的流速为3000kg/小时;
(5)在反应温度176℃,压力5.5MPa的条件下,当第一台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料会进入下一台高压氨解釜中,随着物料的不断进入,直到第四台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料进入缓冲罐中,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,缓冲罐底部的调节阀自动打开,物料进入卸压降温釜中,用水吸收排出的气态氨,吸收的氨水返回到配氨罐中继续使用;
(6)将步骤(5)中经卸压降温釜卸压降温后的物料进行分离,分离后母液采用蒸氨釜进行蒸氨,蒸氨后将吸收的氨水返回到步骤(1)的配氨罐中继续使用,分离出固体物料即是成品的对硝基苯胺。
实施1中每小时得到1303kg的对硝基苯胺,产品的外观呈黄褐色,色谱分析含量98.7%,收率为99.1%。
实施案例2:
(1)采用液氨和水在氨水配置罐中配置成质量百分比浓度为40%氨水,转入氨水贮槽中;
(2)将三台高压氨解釜串联通过管道连通,其中每台高压氨解釜的体积为10m3;
(3)将步骤(1)中配置好的质量百分比浓度为37%氨水加入到三台串联的高压氨解釜中,使各台高压氨解釜内的氨水达到釜体积的50%时,停止加料;
(4)缓慢启动搅拌,通过每台高压氨解釜搅拌电机上加装的调频器调整搅拌转速,使其逐渐增加到400转/分钟,此时对三台高压氨解釜进行升温,使釜内的物料进行氨解反应,当温度达到180℃,压力至6.1MPa时,再通过高压泵向第一台高压氨解釜中加入对硝基氯苯和步骤(1)中配制的质量百分比浓度为37%的氨水,连续进行氨解反应,其中对硝基氯苯的流速为2600kg/小时,氨水的流速为6500kg/小时;
(5)在反应温度180℃,压力6.1MPa的条件下,当第一台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料会进入下一台高压氨解釜中,随着物料的不断进入,直到第三台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料进入缓冲罐中,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,缓冲罐底部的调节阀自动打开,物料进入卸压降温釜中,用水吸收排出的气态氨,吸收的氨水返回到配氨罐中继续使用;
(6)将步骤(5)中经卸压降温釜卸压降温后的物料进行分离,分离后母液采用蒸氨釜进行蒸氨,蒸氨后将吸收的氨水返回到步骤(1)的配氨罐中继续使用,分离出固体物料,得到成品的对硝基苯胺。
实施例2中每小时得到2253kg的对硝基苯胺,产品的外观呈黄褐色,色谱分析含量99.77%,收率为98.9%。
实施案例3:
(1)采用液氨和水在氨水配置罐中配置成质量百分比浓度为43%氨水,转入氨水贮槽中;
(2)将五台高压氨解釜串联通过管道连通,其中每台高压氨解釜的体积为3m3;
(3)将步骤(1)中配置好的质量百分比浓度为43%氨水加入到五台串联的高压氨解釜中,使各台高压氨解釜内的氨水达到釜体积的50%时,停止加料;
(4)缓慢启动搅拌,通过每台高压氨解釜搅拌电机上加装的调频器调整搅拌转速,使其逐渐增加到360转/分钟,此时对五台高压氨解釜进行升温,使釜内的物料进行氨解反应,当温度达到170℃,压力至5.1MPa时,再通过高压泵向第一台高压氨解釜中加入对硝基氯苯和步骤(1)中配制的质量百分比浓度为43%的氨水,连续进行氨解反应,其中对硝基氯苯的流速为1200kg/小时,氨水的流速为1700kg/小时的氨水;
(5)在反应温度170℃,压力5.1MPa的条件下,当第一台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料会进入下一台高压氨解釜中,随着物料的不断进入,直到第四台高压氨解釜中物料达到一定的体积时,物料进入缓冲罐中,当缓冲罐中的物料达到设定的液位时,缓冲罐底部的调节阀自动打开,物料进入卸压降温釜中,用水吸收排出的气态氨,吸收的氨水返回到配氨罐中继续使用;
(6)将步骤(5)中经卸压降温釜卸压降温后的物料进行分离,分离后母液采用蒸氨釜进行蒸氨,蒸氨后将吸收的氨水返回到步骤(1)的配氨罐中继续使用,分离出固体物料,得到成品的对硝基苯胺。
实施例3中每小时得到1045kg的对硝基苯胺,产品的外观呈黄褐色,色谱分析含量99.12%,收率为99.3%。
由上述实施例可见:本发明制备的成品对硝基苯胺,其产品的外观呈黄褐色,色谱分析含量》98.5%(产品质量可根据指标要求调整生产,最高可达到99.9%的含量),收率99%左右。通过与现有技术对比可以发现,采用连续釜式法生产,可以大幅减少设备的投资及人员的使用,提高了工作效率、降低了劳动强度、同时也解决了因人工操作而产生的质量不稳定和安全隐患等问题。