静态混合器中和水洗粗硝基苯新工艺研究.pdf

CHEMIICAL ENGINEERING DESIGN
化工设计2010,20(1)
计静态混合器中和水洗粗硝基苯新工艺研究
のNのの令
技术
龚建华中国石化南京设计院南京210048
查安成谭彦衍徐益华兵中国石化南化公司南京210048
摘要通过静态混合器级数选择,并在相同条件下与釜式反应中和与水洗效率比较,对处理能力及
二级水洗等进行中试研究,将该技术应用到工程设计。
关键词酸性硝基苯金式静态混合器中和水洗
苯胺广泛用于MDI、染料、医药、农药、炸搅拌下中和反应,中和后的硝基苯和废水溢流至
药、香料、药品和橡胶硫化促进剂等行业,而制中和分离器,下层硝基苯去水洗锅,水洗后的硝
取苯胺的原料硝基苯,更是重要的有机化工中基苯及废水进入水洗分离器,下层粗硝基苯去精
间体。
馏,见图1
由硝酸和硫酸组成的混酸对苯进行硝化制取
硝基苯,硝化产生的酸性硝基苯含有副产物二硝
氢氧化钠
水
基苯、多硝基苯酚,其中硝基苯酚在后续酸性硝
硝化
带授拌し」中和し、带授持拌し水洗粗硝苯
分高器酸性硝基苯中和分离器「水洗锅」分离器
基苯中和过程中形成酚盐,酚盐具有自氧化和引
爆的高度爆炸危险性,国内硝基苯生产中90%
图1崟式工艺流程框图
以上的爆炸事故都是由于硝基苯酚盐造成的,去
在中和水洗过程中,该法存在不足,主要是
除酚盐成为生产硝基苯的关键技术之一。因此,釜内采用境拌进行混合、扩散和传质,由于搅拌
酸性硝基苯中和水洗工艺脱除硝基苯酚是十分重桨不同部位线速度、流场很不均匀,雷诺数差别
要的。
很大,而酸性硝基苯在中和水洗过程中对混合强
1中和水洗工艺
度十分敏感:①若强度不足,则传质效果不好,
酸性介质、酚盐去除率较低;②若强度太大,则
1.1原理
易造成乳化,尤其是在介质中存在游离苯含量超
来自硝化分离器的酸性硝基苯含有硝化副反过10%时,更是如此,导致难以静止沉降分离,
应产物硝基苯酚,必须采用中和与水洗工序加以酚盐随硝基苯夹带到后续精馏工序,使精馏时存
精制,オ能得到中性和脱酚的粗品硝基苯,反应在巨大危险性。
方程式:
釜式过程的搅拌桨流场不均匀是必然的,结
HNO3+NaOH→NaNO3+H20
果是难以解决适宜的混合强度,只能在生产中摸
H2S04+2NA0H-NA2S0+ 2H20
2)
HO-C。H,-n-(NO2)n+NaOH→
索中间状态,往往采取增大沉降分离器等方式来
Na0-C?巧-。-(NO2)。+H20
(3)解决,在生产中轻度乳化准以避免,进人分离器
多硝基苯酚钠(n=1~3)
的液体呈乳白色,且用水量大、废水量多、电
1,2釜式工艺
耗大。
釜式中和与水洗工艺采用传统带搅摔的釜式13静恋混合器工艺
中和锅和水洗锅,硝化分离器中的酸性硝基苯溢
静态混合器工艺是将静态混合技术应用于硝
流至中和锅,同时加人氢氧化钠与酸性硝基苯在基苯中和与水洗过程,静态混合器是一种新型高
龚建华:高级工程师,副院长兼总工程师。1985年毕业于江苏工业学院有机化工专业。一直从事化工工程设计工作。联系电
45:(025)57797866,E-mail:lead-gjh@home.nidi.com
2010,20(1)
粪建华等静态混合器中和水洗粗硝基苯新工艺研究
效的混合单元设备,与搅拌器之类的混合器相
氢氧化钠
水
比,具有流程简单、结构紧凑、能耗低和特别适
硝化
中和静?、「中和、水洗静态「水洗粗硝基苯
用于难混合的连续工艺过程等优点,更为重要的
分器酸性硝基苯混合器」「分高器混合器」分离器
是流场的均匀一致性,避免了因搅拌桨桨叶端点
图2静态混合工艺流程框图
混合强度过大而损失桨叶根部的混合强度,造成
将氢氧化钠浓液稀释成约1.5%,与酸性硝
平均强度较低,而局部仍有过度,形成一定程度基苯经过文丘理管混合后进入静态混合器,从而
的乳化问题。
使得氢氧化钠与酸性硝基苯中的硝基苯酚充分接
从理论上分析,由于静态混合器的结构特触而反应,转变为易溶于水的硝基苯酚盐,再通
点,可依靠本身的压降作为动力,反应物料将受过水洗静态混合器水洗分离后除去酚盐得到粗硝
到“分割”、“移位”及“重叠”等作用,平均基苯。
滉合程度提高,使互不相溶的流体产生良好的2.2试验及数据分析
合,减少传质阻力,加快反应速度,减少局部不
整个中试主要工艺技术指标为:①中和过程
均现象,可避免硝基苯水洗过程中的乳化现象。中pH值控制在9-13;②控制进料温度≤45℃;
同传统的釜式工艺相比,静态混合器的流场③进料酸性硝基苯或粗硝基苯最大流量为
均匀,使其符合酸性硝基苯的中和水洗传质需3.5m3/h;⑨水洗过程中硝基苯与水体积流量比
要,该工艺具有极强的洗涤能力,可减少设备投3:1~4:1
资、占地面积、用电量和废水量。难点在于,如2.2.1级数初选
何选择恰当的混合原件、混合强度,以达到传质
)静态混合器级数选择试验主要工艺条
效果好、避免乳化、节水节电以及长周期运行的件为:①中和过程中pH值控制在9~13;②控
目的。
制进料温度≤45℃;③②进料酸性硝基苯最大流量
苯经过硝化反应后生成硝基苯,其主要副反为3.5m/h;④静态混合器的个数为10组。在
应方程:
10组静态混合器上共设置10个取样点,并进行
H, SO
了试验,取样点的位置见图3。
Cshs+HNO] -COH, OH +NO2
(4)
苯酚
文丘理管
F2 50A
CH-OH +ENO
什
HOーcHs-n-(NO2)。+H20(5
多硝基苯酚(n=1~3
图3取样点分布图
副反应中所生成的一硝基苯酚、二硝基苯酚
分别同时取样分析其中硝基苯酚盐含量
及多硝基苯酚,因不溶于水则必须通过中和反(简称酚含量),见表1。
应,使其成为溶于水的硝基苯酚盐,并使其中多
表1静态混合器中和试验的酚含量数据{pn
余的硝酸、硫酸中和为盐,再通过水洗分离后得
序号A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10
到粗硝基苯,反应方程式见式(1)、式(2)和
114.48.57.717.112.318.012.89.98,615.9
式(3)
26.66.53.64.88.34.63.84.810.16.2
中试研究
7.44.76.56,26.05.57.47.25.96.2
2.1工艺流程
414.39.310.77、97.56.78.17.17.99.2
为提高中和混合效率,尽量去除硝化副反应
54.93.77-93.94.24,33,64.47.83.7
过程所产生的硝基苯酚,进行了静态混合器中试
614.012,67.710.410.76.58,111.913,18.1
试验,其工艺流程框图见图2。