CN105017024A

CN105017024A - 一种生产硝基苯的方法及装置

Info

Publication number: CN105017024A
Application number: CN201410173129.2A
Authority: CN
Inventors: 王林成; 赵坤; 冯殿兴
Original assignee: Shandong Huahong Chemical Co Ltd
Current assignee: SENNICS Co.,Ltd.
Priority date: 2014-04-28
Filing date: 2014-04-28
Publication date: 2015-11-04
Anticipated expiration: 2034-04-28
Also published as: CN105017024B

Abstract

本发明公开了一种生产硝基苯的方法及装置，该方法包括以下步骤，S1.将硝酸、硫酸、酸性苯、废酸混合后混合酸加入第一级加装有第一静态混合器的第一环流硝化器，S2.然后进入第二级加装有第二静态混合器的第二环流硝化器，S3.最后进入依次串联的多组混流反应釜进行连续硝化。本发明通过加装静态混合器的环流硝化器，对硝酸、苯、硫酸等液相流体能提供良好的分散和混合效果，可大大提高相间接触和界面的更新，达到强化传质和提高反应速率；多组混流硝化釜内部多层盘管和混流板相对隔离，有效的保证了反应物在釜内充分返流混合，多组混流硝化釜中的反应物浓度逐步降低，反应剧烈程度也逐步降低，最终达到比较高的转化率和比较低的副产物生成。

Description

一种生产硝基苯的方法及装置

技术领域

本发明涉及工业化生产硝基苯技术领域，尤其涉及一种生产硝基苯的方法及装置。

背景技术

硝基苯的生产是将硝酸、循环酸按比例混合形成均一的混合物，其中含12%左右的硝酸、含68%左右的硫酸，用泵将混合酸输至反应器，与苯（苯过量约10%，以避免二硝基苯的生成并保证硝基苯的高产率）在此进行连续的硝化反应生成硝基苯。硝化反应过程当中，反应器中可以分为不互溶的酸相和油相，其反应主要是在其界面上进行，反应过程中，传质（保证酸相和油相的接触界面）和传热（反应热的及时移出以保证反应的平稳进行）都是非常重要的，由于反应介质的比重差非常大（最大时相差接近一倍），而硝化反应过程主要在界面进行，保证其宏观混合效果就是非常重要的，通常是采用大循环量的推进式搅拌达到此目的。为了保证反应过程稳定进行，应当保证反应热及时移出，反应过程均匀而不太激烈，这一点对于减少副产物的生成是非常重要的。

目前国内外苯硝化有三种方法：绝热硝化法、釜式硝化法及环形硝化法。

1、绝热硝化法

绝热硝化法由加拿大工业炸药研究所开发，1979年在美国氰氨公司建立的工业生产装置，该法的最大优点是硝化采用稀硝酸硝化并且硫酸在系统内循环，从而不产生废酸，所以生产过程中污染少。另外硝化反应热用于硫酸的浓缩，从而节省了废酸处理所需的设备和能量，对于有稀硝酸生产的企业，该法减少了稀硝酸浓缩的成本，但对无稀硝酸的企业运输存一定问题。该法的缺点是由于硫酸浓缩的腐蚀性对材质要求较高，设备费用大，但设备效率高、装置占地小。目前国内一些研发单位在进行技术开发，但国内技术尚未形成工业化装置。

2、环形硝化法

该法的优点是循环量大、停留时间短，换热面积大，可把硝化温度降至50～60℃，从而使二硝含量降低，增加了硝基苯生产的安全性，但环形硝化器造价稍高。

3、釜式硝化法

该法反应比较平稳、技术成熟、产品质量稳定，且反应器造价低廉，易上马。该法的缺点是换热面积小，硝化温度容易升高，从而使二硝含量增加，所以控制硝化温度是此法的关键。在自控系统上增加联锁等安全措施，从而大大提高了生产的安全性，现国内大多数苯硝化生产企业均采用此法进行生产。

目前在我国广泛采用最成熟可靠的是釜式串联工艺，通过几台釜式反应器串联操作完成最终反应。其第一级反应釜是反应最为剧烈的，其未反应物浓度最高，同时也是负反应最为集中的地方，在工艺过程控制中，应当尽量是第一级反应缓和，在低温下进行反应，减少副产物二硝基苯和硝基酚的生成。后级未反应物浓度逐步降低，反应剧烈程度也逐步降低，为了保证反应转化率，可以将反应温度逐步升高，最终达到比较高的转化率和比较低的副产物生成。

发明内容

本发明主要是解决现有技术中所存在反应效率低、产品纯度低，且设备投资大、污染排放大的技术问题，本发明的第一目的在于提供一种生产硝基苯的方法。

本发明的第二目的在于提供本实现上述生产硝基苯的方法的装置。

一方面，本发明为实现上述第一目的所采用的技术方案是：

一种生产硝基苯的方法，包括以下步骤，S1. 首先将硝酸、硫酸、酸性苯、废酸混合后混合酸加入第一级加装有第一静态混合器的第一环流硝化器，S2.然后进入第二级加装有第二静态混合器的第二环流硝化器，S3.最后进入依次串联的多组混流反应釜进行连续硝化，其中，所述硝酸的质量分数不小于98%、所述硫酸的质量分数不小于96%、所述酸性苯的质量分数不小于83%，所述废酸的质量分数不小于63%，并且硝酸、硫酸、酸性苯、废酸的体积比为1： 2～3： 1～1.5： 4～8。

进一步地，所述混流反应釜的数量为4个分别为第一至第四混流反应釜。

进一步地，所述第一环流硝化器中的温度为35～40℃，所述第二环流硝化器中的温度为40～45℃，所述第一混流反应釜中的温度为50～65℃，所述第二混流反应釜中的温度为55～70℃，所述第三混流反应釜中的温度为60～75℃，所述第四混流反应釜中的温度为65～78℃。

进一步地，所述第一静态混合器与第一环流硝化器之间的循环流量大于300 m³/小时，所述第二静态混合器与第二环流硝化器之间的循环流量大于300 m³/小时。

进一步地，所述第一、第二静态混合器的换热面积大于260 m²。

另一方面，本发明为实现上述第二目的所采用的一个技术方案是：

一种生产硝基苯的装置，包括依次循环连接的第一环流硝化器、第一静态混合器、第一泵，依次循环连接的第二环流硝化器、第二静态混合器、第二泵，一进料口依次通过所述第一环流硝化器、溢流管、第二环流硝化器后再通过依次串联的第一至第四混流硝化釜。

进一步地，所述进料口与所述第一环流硝化器之间还设有一冷却器。

进一步地，所述第一泵与所述第二泵均为轴流泵。

进一步地，所述第一、第二静态混合器，所述第一至第四混流硝化釜均与一冷却水装置相连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过加装静态混合器的环流硝化器，对硝酸、苯、硫酸等液相流体能提供良好的分散和混合效果，可大大提高相间接触和界面的更新，达到强化传质和提高反应速率；多组混流硝化釜内部多层盘管和混流板相对隔离，有效的保证了反应物在釜内充分返流混合，多组混流硝化釜中的反应物浓度逐步降低，反应剧烈程度也逐步降低，最终达到比较高的转化率和比较低的副产物生成。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的生产硝基苯的方法的方法流程图

图2是本发明的生产硝基苯的装置的结构示意图。

附图标记说明：1、第一环流硝化器，2、第一静态混合器，3、第一泵，4、第二环流硝化器，5、第二静态混合器，6、第二泵，7、进料口，8、溢流管，9、第一混流硝化釜，10、第二混流硝化釜，11、第三混流硝化釜，12、第四混流硝化釜，13、冷却器，14、冷却水装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图1所示，本发明的一种生产硝基苯的方法，包括以下步骤，S1. 首先将硝酸、硫酸、酸性苯、废酸混合后混合酸加入第一级加装有第一静态混合器2的第一环流硝化器1，S2.然后进入第二级加装有第二静态混合器5的第二环流硝化器4，S3.最后进入依次串联的多组混流反应釜进行连续硝化，其中，硝酸的质量分数不小于98%、硫酸的质量分数不小于83%、酸性苯的质量分数不小于96%，废酸的质量分数不小于63%，并且硝酸、硫酸、酸性苯、废酸的体积比为1： 2～3： 1～1.5： 4～8。通过加装静态混合器的环流硝化器，对硝酸、苯、硫酸等液相流体能提供良好的分散和混合效果，可大大提高相间接触和界面的更新，达到强化传质和提高反应速率；多组混流硝化釜用于保证反应深度提高转化率，其内部多层盘管和混流板相对隔离，有效的保证了反应物在釜内充分返流混合，多组混流硝化釜中的反应物浓度逐步降低，反应剧烈程度也逐步降低，最终达到比较高的转化率和比较低的副产物生成。

在本实施例中，混流反应釜的数量为4个，分别为第一至第四混流反应釜（9～12）。当混流反应釜的数量为4个时，投入产出比最高，当继续投入混流反应釜时，转化率增加的不再明显。第一环流硝化器1中的温度为35～40℃，第二环流硝化器4中的温度为40～45℃，第一混流反应釜9中的温度为50～65℃，第二混流反应釜10中的温度为55～70℃，第三混流反应釜11中的温度为60～75℃，第四混流反应釜12中的温度为65～78℃。为了提高反应深度，保证反应完全和比较低的副产物生成，所以四级混流反应釜温度逐步升高。

第一静态混合器2与第一环流硝化器1之间的循环流量大于300 m³/小时，第二静态混合器5与第二环流硝化器4之间的循环流量大于300 m³/小时。第一、第二静态混合器（2、5）的换热面积大于260 m²。更适于工厂生产，生产效率高，充分的利用了反应效率高的优点。

参阅图2所示，本发明还提供的一种实现上述生产硝基苯的方法的装置，该装置包括依次循环连接的第一环流硝化器1、第一静态混合器2、第一泵3，依次循环连接的第二环流硝化器4、第二静态混合器5、第二泵6，一进料口7依次通过第一环流硝化器1、溢流管8、第二环流硝化器4后再通过依次串联的第一至第四混流硝化釜（9～12）。

优选的，进料口7与第一环流硝化器1之间还设有一冷却器13。用于为混合酸冷却降温以后再通入第一环流硝化器1。第一泵3与第二泵6均为轴流泵，流量大，能充分利用本发明的反应效率高的优点。第一、第二静态混合器（2、5），第一至第四混流硝化釜（9～12）均与一冷却水装置14相连接。通过冷却水装置为各组件降温。

通过加装静态混合器的环流硝化器，其结构形式的先天优势可以使其有比其他形式硝化反应器多得多的传热面积，换热面积大，而且传热面分布均匀，最大限度的减少了死区，可以保证低温硝化的进行，充分满足了硝化反应的需求。并且对硝酸、苯、硫酸等液相流体能提供良好的分散和混合效果，可大大提高相间接触和界面的更新，达到强化传质和提高反应速率。同时还可保证物流温度、浓度的均匀性。静态混合器靠固定在管内的规则填料进行的，由于混合元件的作用，使酸液流动时不断进行剪切混合，不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，从而造成良好的径向混合效果。与此同时，流体自身的旋转剪切作用在相邻元件连接处的界面上亦会发生。这种完善的径向环流混合作用，使流体在管子截面上的温度梯度、速度梯度和质量梯度明显减少。

经过环流硝化反应器和静态混合器反应后的等量的反应物依次经过第一至第四硝化釜（9～12），进而完成整个硝化过程，硝化釜内部多层盘管和混流板相对隔离，有效的保证了反应物在釜内充分返流混合。硝化反应为放热反应，该反应热大部分由环流硝化器壳内及硝化釜的蛇管和夹套中的循环水带出，其余的反应热由于反应产物温度升高而吸收。为了保证反应过程稳定进行，应当保证反应热及时移出，要保证足够的传热面积，这一点对于减少副产物的生成是非常重要的。

第一至第四级混流硝化釜（9～12）其主要任务是保证反应深度，保证反应完全。四级釜式反应物浓度逐步降低，反应剧烈程度也逐步降低，为了保证反应转化率，可以将反应温度逐步升高，最终达到比较高的转化率和比较低的副产物生成。

本发明结合两级环流硝化、四级釜式硝化和两级静态混合器硝化的三种方法的优势，将各单元的作用有效的结合在一起。设备要求相对较低；换热面积大；传热效率高，可使硝化反应平稳地进行；反应效率高，产品纯度较高，不易发生氧化等副反应。减少了中和、水洗的负荷，大大降低了精制系统带来安全隐患，显著降低了三废处理的投资和费用。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims

1.一种生产硝基苯的方法，其特征在于：包括以下步骤，S1.首先将硝酸、硫酸、酸性苯、废酸混合后混合酸加入第一级加装有第一静态混合器（2）的第一环流硝化器（1），S2.然后进入第二级加装有第二静态混合器（5）的第二环流硝化器（4），S3.最后进入依次串联的多组混流反应釜进行连续硝化，其中，所述硝酸的质量分数不小于98%、所述硫酸的质量分数不小于83%、所述酸性苯的质量分数不小于96%，所述废酸的质量分数不小于63%，并且硝酸、硫酸、酸性苯、废酸的体积比为1： 2～3： 1～1.5： 4～8。

2.根据权利要求1所述的生产硝基苯的方法，其特征在于：所述混流反应釜的数量为4个分别为第一至第四混流反应釜（9～12）。

3.根据权利要求2所述的生产硝基苯的方法，其特征在于：所述第一环流硝化器（1）中的温度为35～40℃，所述第二环流硝化器（4）中的温度为40～45℃，所述第一混流反应釜（9）中的温度为50～65℃，所述第二混流反应釜（10）中的温度为55～70℃，所述第三混流反应釜（11）中的温度为60～75℃，所述第四混流反应釜（12）中的温度为65～78℃。

4.根据权利要求3所述的生产硝基苯的方法，其特征在于：所述第一静态混合器（2）与第一环流硝化器（1）之间的循环流量大于300 m³/小时，所述第二静态混合器（5）与第二环流硝化器（4）之间的循环流量大于300 m³/小时。

5.根据权利要求4所述的生产硝基苯的方法，其特征在于：所述第一、第二静态混合器（2、5）的换热面积大于260 m²。

6.一种实现权利要求1至5任意一项所述的生产硝基苯的方法的装置，其特征在于：该装置包括依次循环连接的第一环流硝化器（1）、第一静态混合器（2）、第一泵（3），依次循环连接的第二环流硝化器（4）、第二静态混合器（5）、第二泵（6），一进料口（7）依次通过所述第一环流硝化器（1）、溢流管（8）、第二环流硝化器（4）后再通过依次串联的第一至第四混流硝化釜（9～12）。

7.根据权利要求6所述的生产硝基苯的装置，其特征在于：所述进料口（7）与所述第一环流硝化器（1）之间还设有一冷却器（13）。

8.根据权利要求7所述的生产硝基苯的装置，其特征在于：所述第一泵（3）与所述第二泵（6）均为轴流泵。

9.根据权利要求8所述的生产硝基苯的装置，其特征在于：所述第一、第二静态混合器（2、5），所述第一至第四混流硝化釜（9～12）均与一冷却水装置（14）相连接。