硝基苯生產(chǎn)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(duì)硝基苯生產(chǎn)工藝中副產(chǎn)物硝基酚的生成影響因素，進(jìn)行分析，探尋硝基苯生產(chǎn)中硝化反應(yīng)的最優(yōu)條件，從而達(dá)到控制硝化反應(yīng)中副反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而控制硝基酚含量。

關(guān)鍵詞：硝化反應(yīng) ?硝基苯 ?硝基酚

1. 前言

硝基苯生產(chǎn)工藝中副產(chǎn)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(yùn)行，還會(huì)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(zhì)，性質(zhì)不穩(wěn)定，在硝化釜中產(chǎn)生的硝基酚進(jìn)入精餾系統(tǒng)，經(jīng)過精餾系統(tǒng)的濃縮含量會(huì)增高，高濃度的硝基酚在精餾系統(tǒng)中存留會(huì)增大安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。因此降低硝基酚的含量對(duì)裝置的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。

2. 硝化反應(yīng)原理及工藝流程簡(jiǎn)介

2.1 硝化反應(yīng)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(yīng)生成硝基苯。

主反應(yīng)方程式：

主要副反應(yīng)方程式：

2.2 工藝流程簡(jiǎn)介

硝酸、循環(huán)廢酸、硫酸一起進(jìn)入三酸混合器混合，經(jīng)混酸冷卻器冷卻，進(jìn)入1#硝化釜。同時(shí)酸苯進(jìn)入1#硝化釜，與混酸發(fā)生反應(yīng)，并依次溢流至2#硝化釜、3#硝化釜、4#硝化釜中繼續(xù)反應(yīng)。反應(yīng)后的物料從4#硝化釜溢出并沿切線方向進(jìn)入硝化分離器，經(jīng)離心分離和重力沉降，進(jìn)行連續(xù)分離。下層廢酸經(jīng)廢酸冷卻器冷卻后進(jìn)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(yīng)溫度

反應(yīng)溫度是硝化反應(yīng)重要影響因素。反應(yīng)溫度越高，反應(yīng)速率越快，硝化反應(yīng)溫度每升高10℃，反應(yīng)速度增加0.8～1倍。反應(yīng)溫度過低，反應(yīng)不完全，反應(yīng)溫度過高硝基酚等副產(chǎn)物增加，同時(shí)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(biāo)，在正常運(yùn)行工況下調(diào)整各硝化釜溫度控制范圍如表3.1所示。硝化釜反應(yīng)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(zhuǎn)化率，從而降低硝基酚等副產(chǎn)物的生成，以及硝酸的分解，4#硝化釜反應(yīng)物濃度低，采用高溫硝化可提高硝化反應(yīng)的轉(zhuǎn)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(yīng)結(jié)束時(shí)廢酸中硫酸和水的計(jì)算重量之比，通常用符號(hào)D·V·S表示：

脫水值表示混酸的硝化能力。脫水值太大，反應(yīng)快，但容易產(chǎn)生硝化副反應(yīng);脫水值太小，反應(yīng)緩慢，甚至反應(yīng)不完全。按照?qǐng)D3.1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(huì)增加硝基酚的生成，硝酸配料不足理論量，也會(huì)增加硝基酚的生成，因此混酸中硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(yīng)結(jié)束要求硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)百分比≤2.0%，一般控制在1.0%左右;因此，采用較低的溫度進(jìn)行硝化反應(yīng)，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(shè)備可靠、運(yùn)行穩(wěn)定，也有一定影響，尤其是存在漏點(diǎn)的情況下，影響巨大，因此要及時(shí)消除漏點(diǎn)其次攪拌也影響硝化反應(yīng)的進(jìn)行，硝化反應(yīng)是非均相反應(yīng)，反應(yīng)主要在酸相和兩相界面處進(jìn)行，只有通過劇烈的攪拌，使有機(jī)相苯分散到酸相中才能完成硝化反應(yīng)，同時(shí)避免了局部過熱。一般情況下，轉(zhuǎn)速越大，轉(zhuǎn)化率越大，但轉(zhuǎn)速超過一定值，轉(zhuǎn)化率無明顯變化，還可能發(fā)生乳化現(xiàn)象。

4.結(jié)論

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

4.1適宜的反應(yīng)溫度進(jìn)行硝化反應(yīng)，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(yīng)溫度，減少物料停留時(shí)間;

4.4控制好混酸中的硝酸濃度，硝酸配料量;

4.5保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。

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