一销基氯苯生产车间硝化工段工艺初步设计

一硝基氯苯生产车间硝化工段工艺初步设计任务书第一章设计任务书1.1工艺流程示意图图1工艺流程示意图1.2反应方程式1、主反应（一硝基氯苯：邻、间、对位三种异构体混合）2、副反应二硝化：（二硝基物）硝酸分解：2HNO3N2O5+H2O氧化反应：（硝基酚）1.3已知条件生产规模：年产1.2万吨一硝基氯苯产品质量：一硝基氯化苯纯度99%（包括邻、间、对位异构体混合物）车间总收率：95%年生产时间：330天建厂地点：甘肃兰州原料：工业氯苯纯度99.2%，含有机杂质0.8%浓硫酸纯度98%浓硝酸（发烟硝酸）纯度98%液碱纯度40%（NaOH水溶液）氯苯转化率：萃取锅1%1#硝化锅79%2#硝化锅16%3#硝化锅3.4%副反应：硝酸分解量为3%，假定只有硝酸分解，在1#硝化锅中进行。硝酸比：氯苯：硝酸=1:1.05（摩尔比）混酸组成：硫酸51%、硝酸44%、水5%循环废酸量：循环废酸的体积是酸性氯苯体积的2倍。酸性氯苯组成：氯苯95%、酸1%（其中含水0.3%，硫酸0.7%），其余为有机杂质和一硝基氯化苯。假定硝化分离时，有机层所夹带的硫酸为有机层质量的0.8%，并假定此部分酸都进入碱洗中和。在萃取锅中一硝基氯化苯的萃取率为100%。有机物一次水洗、碱洗、二次水洗时，水或碱水用量与有机物体积比为1:1。碱洗时用1%的稀氢氧化钠水溶液。在一次水洗、碱洗、二次水洗的分离器中分别损失0.5%的一硝基氯苯。配混酸、配稀碱水为间歇操作。配混酸时混酸温度不超过35℃硝化反应、水洗、碱洗、萃取及其分离操作均为连续操作。一硝基氯化苯比重为1.368-1.375g/cm3，比热为0.394kcal/(kg·℃)工业氯苯比重为1.104g/cm3，比热为0.412kcal/(kg·℃)混酸比重为1.74g/cm3，比热为0.41kcal/(kg·℃)废酸比重为1.654g/cm3，比热为0.46kcal/(kg℃)98%硝酸比重为1.5008g/cm3，比热为0.455kcal/(kg℃)98%硫酸比重为1.836g/cm3，比热为0.347kcal/(kg℃)40%液碱（NaOH水溶液）比重为1.4308g/cm31#硝化锅流出的物料比热为0.4505kcal/(kg℃)硝化锅夹套传热系数为150-200kcal/(m2h℃)（用水冷却）硝化锅的蛇管传热系数为500-700kcal/(m2·h·℃)（用水冷却）氯苯与硝酸反应的标准化学反应热为41.9kcal/mol（放热）其它设备的操作条件见下表：表1设备条件汇总表设备停留时间(min)温度(℃)装料系数1#硝化锅4050-550.752#硝化锅4060-650.753#硝化锅4070-750.75萃取锅40600.80硝化分离器120600.90萃取分离器90600.90一次水洗锅2065-700.80二次水洗锅2065-700.80碱洗锅2065-700.80一次水洗分离器9065-700.85二次水洗分离器9065-700.85碱洗分离器9065-700.85捕集器900.9第二章绪论2.1产品的意义和用途1.邻硝基氯苯重要的有机合成中间体，可衍生多种中间体。在染料工业中用于制黄色基GC，橙色基GR等；在助剂方面用于制造橡胶促进剂M及DM等；在香料工业中用于香草醛的合成；农药工业用于生产托布津和甲基托布津、多菌灵；它也是苯并三氮唑类紫外线吸收剂的原料，也是医药的重要中间体。2.间硝基氯苯有机合成原料，染料中间体，用于制间氯苯胺(橙色基GC)，亦用于医药工业。在助剂、农药、医药和香料工业中也有应用。3.对硝基氯苯制备染料（偶氮染料、硫化染料）、医药（非那西丁、扑热息痛）、农药（除草醚）的重要中间体。也可作橡胶防老剂4010等的原料。对硝基氯苯的衍生物对硝基酚钠，主要用作1605的中间体；用对硝基氯苯生产的除草剂草枯醚。2.2产品的发展史国内1950年开始生产硝基氯苯，多年来一直供不应求，有时甚至从国外进口相当数量的硝基氯苯来满足国内市场的需求。由于市场需求迫切，90年代初各地纷纷建设或扩建硝基氯苯装置，目前生产厂家有20余家，总生产能力达25万吨/年左右。主要生产厂家有：南京化工厂5万吨/年、蚌埠八一化工总厂4万吨/年、吉化公司染料厂1.8万吨/年、河南开普化工公司2万吨/年、江阴永联集团2万吨/年、泰兴新浦化工有限公司2万吨/年等。现在全国总生产能力不仅可以充分满足国内市场需求，还有相当数量可供出口，硝基氯苯已出现供过于求的局面，可以预计今后国内硝基氯苯的竞争将更加趋于激烈。

2008年以来，资源性化工产品价格一路上涨，但作为化工、医药、染料中间体的硝基氯苯，却面临着部分下游市场需求低迷、行业规模扩大以及出口市场变化等诸多利空因素的影响，承受着巨大的生存和发展压力。在此背景下，国内市场加速两极分化，发展面临几多瓶颈。目前国内除少数生产厂家采用环形硝化工艺和绝热硝化工艺外，其余全部采用传统混酸硝化工艺。现在应该积极采用或推广绝热或环形硝化工艺，减少废酸处理量；使用废酸浓缩装置，这样，既利于环保，又增加经济效益；努力减少二硝化合物的生成；致力于异构体分离、塔器和结晶器改进等研究工作。2.3年工作日的确定由于使用大量的酸，腐蚀性较强，需要设备检修。全年365天，因大修20天，日常检修10天，扩大生产附加量5天，故将工作日确定为330天。2.4水、电、气及原料的供应厂内设有自来水站、蒸汽锅炉，电经变电室分配至各车间配电室，再经各车间配电室分配给各工段。厂内还应设置备用电源及应急柴油发电机。水：黄河贯穿全城电：兰州市市内有两个火力发电厂，一个是西固热电厂，即一热，在西固区的钟家和；再就是二热，在城关区。气：中国石油天然气股份有限公司兰州炼化分公司(甘肃省/兰州市/西固区:玉门街10号)氯苯的供应：选择就近的成都贝斯特试剂有限公司，价格为7200元/吨。硫酸的供应：白银铜星硫酸厂硝酸的供应：陕西

汉中三金公贸公司烧碱的供应：陕西

汉中三金公贸公司2.5厂址的水文、地质和气象资料兰州市位于北纬36°03′，东经103°40′，市区南北群山环抱，东西黄河穿流而过，枕山带河，依山傍水，平均海拔1500米，具有盆地城市的特征。兰州地处内陆，大陆性特点明显，属温带大陆性气候。降水少，日照多，光能潜力大，气候干燥，年平均气温10.3℃。年温差、日温差均较大，夏季稍热，最高温约30℃左右，冬季寒冷但并不奇冷，最低温约-10℃左右。年平均日照时数为2446小时，无霜期为180天，年平均降水量327毫米2.6设计依据及技术资料设计依据：《一硝基氯苯生产车间硝化工段工艺初步设计任务书》以及《化工工艺设计手册》化学工业出版社，第三版，2003.7。技术资料：《一硝基氯苯生产车间硝化工段工艺项目可行性研究报告》第三章工艺设计部分3.1产品技术说明先将配制好的混酸（含硝酸44%，硫酸51%，水5%）加入硝化锅内。维持温度50-55℃下，慢慢加入氯苯，加毕升温至80℃，搅拌反应。静置分层，将上层混合硝基氯苯用水洗、碱洗，水洗后静置分出，于真空加热至100℃干燥，得混合硝基氯苯。然后在结晶器内，将上述干燥后的混合硝基氯苯逐渐降温到15℃3.2生产方法选择生产方法有：（1）硝酸硝化、（2）氮的氧化物的硝化、（3）有机溶剂中的硝化、（4）硝酸盐与硫酸硝化、（5）硝酸与脱水剂硝化、（6）混酸硝化。（1）和（2）尚未工业化；（3）由于大量使用有机溶剂，后处理麻烦；（4）与（5）应用较多；（6）为目前工业生产方法。采用混酸硝化法主要基于一下考虑：优点：（1）硝化能力强，反应速度快，生产能力高；（2）硝酸用量接近理论量，硝化废酸可回收利用；（3）硝化反应可以平稳地进行；（4）混酸硝化对反应器材质要求不高，可采用普通碳钢、不锈钢或铸铁设备。选择混酸的原则：（1）使反应容易进行，副反应少；（2）原料酸易得；（3）生产能力适宜3.3生产的基本原理HNO3在浓硫酸中电离NO2+NO2+对氯苯进行亲电进攻，得过渡络合物，进而释放质子生成产物。（忽略间位异构体）卤素取代基为亲电取代基，易生成邻位和对位取代产物。1、主反应（一硝基氯苯：邻、间、对位三种异构体混合）2、副反应二硝化：（二硝基物）硝酸分解：2HNO3N2O5+H2O氧化反应：（硝基酚）3.4原料规格与主要物化数据原料：表2原料规格表名称级别产品规格包装价格氯苯工业级99.2%原厂包装7000元/吨硝酸工业级98%槽车、桶装1730元/吨硫酸工业级98%槽车、40kg桶装面议烧碱工业级40%溶液槽车、25kg桶装面议主要物化数据：工业氯苯纯度99.2%，含有机杂质0.8%；分子式：C6H5Cl；分子量：112.5；密度：1.1064；熔点：-45℃；沸点：132℃；闪点：39.4℃；;折射率：1.5248；毒性:LD50(mg/kg):大鼠经口2910；性状：无色透明液体，有像苯的气味；溶解情况：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等。

浓硫酸纯度98%；密度为1.84g·cm-3；物质的量浓度为18.4mol·L-1；98.3%时，熔点：10℃；沸点：338浓硝酸（发烟硝酸）纯度98%；无色透明的发烟液体,一般商品带有微黄色，有刺激性；相对密度1.5027(25℃)；沸点83℃(无水）；68.4%硝酸为恒沸混合物，具有最高沸点121.9℃；熔点-42℃（70.5%NHO3）；在-41℃（冰点）时，呈白色雪状晶体液碱纯度40%（NaOH水溶液）；分子式：NaOH；分子量：40.01；密度为1.4308g·cm-33.5原料配比的确定3.5.1硝酸比的确定由反应式知，理论硝酸比为1，但实际生产中往往使用过量的硝酸，以使较贵的氯苯充分反应，但如果硝酸过量太多，会增加副产物，影响产品质量，同时加重了后处理的负担，因此，根据经验一般选硝酸比Φ=1.05.3.5.2循环废酸与酸性氯苯的体积比循环废酸的主要作用是一下四个方面：（1）稀释作用缓和硝化的转化深度；（2）冷却作用带走反应产生的大量热，使反应稳定且易控制温度；（3）吸收作用由硝化副反应中产生的气体NO2、N2O5易被H2SO4 吸收；（4）加入废酸，增大相比使酸相、油相两相充分接触，有效地抑制副产物产生；（5）加入废酸，减少了物料的停留时间，降低了主硝化锅的转化率，减少副反应。综合考虑并参考文献及实际生产数据，可选循环废酸与酸性氯苯体积比为2:1。3.5.3水洗中水的用量及碱洗中碱的用量一次水洗是为了吸取分离后硝基所带的酸，减少中和时碱的用量。二次水洗是为了将有机物中的碱洗掉，使产品呈中性或弱碱性。水量太少不起作用，太多了则增加损耗和能耗，故从实际考虑，一次水洗、二次水洗均选择水量与有机物的体积比为1:1。碱洗是为了中和有机物中的酸，同时除去不溶于水的副产物，故结合实际，选择1%的碱水洗涤物料，碱水与有机物的体积比为1:1。3.6工艺流程示意图图2工艺流程示意图3.7流程叙述及控制条件1.原料接收氯苯由氯化苯装置经泵输送沿架空管至硝化工段氯苯储罐中，再由泵将其由室外打入本工段室内的氯苯高位槽内供萃取使用。硝酸、硫酸经泵输送沿架空管进入硝酸大罐和硫酸大罐中。硝酸、硫酸、氯苯供硝化岗位使用。40﹪液碱由离子膜烧碱装置经泵输送沿架空管至本装置液碱罐供配碱使用。2.混酸配制将符合原料规格的硫酸、废酸、硝酸按各自的用量,分别加入混酸釜内,进行搅拌,在混酸过程中放出的热量由混酸釜夹套换热带走。取样分析合格的混酸由混酸循环泵输送至混酸中间罐,供硝化工序使用。3.氯苯硝化1#硝化锅内有换热蛇管,装有混流泵,硝化锅上设有温度计。混流泵停止运转时,安全连锁装置开始运转，操作室内报警器自动报警，混酸进料切断阀、酸性氯苯进料切断阀同时关闭，洗后油泵和混酸输送泵的电源同时被切断。酸性氯苯（又称洗后油）从酸性氯苯贮罐用卧式泵经流量计连续加入1#硝化锅；废酸从废酸高位罐底部,经流量计连续进入酸混合器内；混酸从混酸输送罐用混酸泵经流量计连续进入酸混合器内,混酸与废酸在酸混合器内混合后,进入1#硝化锅。酸性氯苯与混酸在1#硝化锅中反应,反应物料由溢流管连续溢流到2#硝化锅,然后进入3#硝化锅，并连续反应,硝化反应热由冷却水及废酸带走。硝化温度较低达不到工艺指标时,应调节冷却水量或用蒸汽保温。表3各硝化锅反应温度控制设备温度(℃)1#硝化锅50-552#硝化锅60-653#硝化锅70-75注：加料应连续均匀,温度控制应准确,否则会造成副反应增加或反应转化率过低。硝化器高位报警温度为55℃。4.硝化分离3#硝化锅的反应物料,由溢流管流出,分别沿切线方向进入硝化分离器中部。酸性硝基氯苯和废酸在分离器中进行连续分层,上层为酸性硝基氯苯,流入水洗锅1。硝化分离器下层的废酸,进入萃取锅。5.酸性硝基氯苯中和、水洗由硝化分离器分离后的酸性硝基氯苯溢流至水洗锅1,同时经流量计向水洗锅1加水，搅拌水洗。水来源于：废水共沸塔塔顶冷凝液；水洗锅产生的水洗水；新鲜工业水作为补充。水洗后的硝基氯苯与废水由溢流管流出,沿切线方向进入水洗分离器1中部。分离后,上层废水去捕集器,下层硝基氯苯去碱洗锅中。1%液碱同时经流量计由碱高位槽经流量计进入碱洗锅,使酸性硝基氯苯中所含的酸得以搅拌中和。中和后的硝基氯苯与废水由溢流管流出,沿切线方向进入碱洗分离器中部。分离后,上层废水去捕集器,下层硝基氯苯去水洗锅2中,同时经流量计向水洗锅2加蒸汽冷凝水或新鲜工业水，使中和后的硝基氯苯在水洗锅2中再次搅拌洗涤。水洗锅2内物料沿切线方向进入水洗分离器2中部。分离后,上层废水去捕集器,下层硝基氯苯流入产品贮罐,供精馏塔使用。捕集器将废水和少量硝基氯化苯分离之后,废水流入废水澄清罐澄清后，进入废水储罐供废水处理塔使用；硝基氯苯间断回收,进入产品贮罐。6.配制碱水浓碱自贮罐靠位差流入碱水储罐，与同时进入的温水在通蒸汽鼓泡的动力下混合均匀，取样分析，碱水浓度1%时合格可供碱洗用。7.萃取及萃取分离硝化分离器底部溢流出的全部废酸进入萃取锅。氯苯自氯化苯装置输送到本装置内部氯苯储罐中,用泵将氯苯输送至萃取锅,用仪表控制系统调节氯苯流量。在搅拌下,氯苯对废酸进行萃取。萃取后,沿切线方向进入抽取分离器的中部。分离后,上层的酸性氯苯流入酸性氯苯储罐,下层的废酸由废酸泵输送往废酸冷却器后,至废酸高位罐,废酸高位罐底部流至1#硝化锅,中部流至废气吸收泵,循环吸硝化锅、硝化分离器和抽取锅所产生的废气（氮氧化物等）,上部溢流至废酸大罐内。3.8物料衡由年产量为1.2万吨一硝基氯苯计算（kg/h为基准）3.8.1氯苯用量主反应： 112.563157.518副反应：2HNO3N2O5+H2O3.8.2萃取锅计算工业氯苯组成纯氯苯：1136.91×99.2%=1127.81kg/h杂质：1136.91-1127.81=9.1kg/h氯苯转化量：1127.81×1%=11.28kg/h反应生成硝基氯苯：H2O： 消耗HNO3：得到酸性氯苯：其中氯苯：1127.81×（1-1%）=1116.53kg/h硝基氯苯：1175.30×（1-95%-1%）-9.1=37.912kg/h杂质：9.1kg/h酸QUOTEH2SO4：979.42×0.7%=6.86kg/hH2O：979.42×0.3%=2.94kg/hH2O:1175.30×0.3%=3.53kg/h废酸1中携带的硝基氯苯：37.912-15.79=22.122kg/h3.8.31#硝化锅硝酸比氯苯：硝酸=1:1.05（摩尔比）混酸中HNO3：混酸组成：H2SO451%HNO344%H2O5%混酸总量：混酸QUOTEH2SO4：1255.98×51%=640.55kg/hH2O：1255.98×5%=62.80kg/hH2H2O:1492.10×5%=74.605kg/h物料转化氯苯转换量：1116.53×79%=882.0587kg/h硝基氯苯生成量：生成H2O：消耗HNO3：混合物1氯苯：1116.53-882.0687=234.47kg/h硝基氯苯：1234.88+37.912=1272.80kg/hHNO3分解量：656.52×3%=19.6956kg/h生成N2O5:H2O:HNO3剩余量:656.52-493.95-19.6956=142.87kg/hH2SO4剩余量:760.97+8.23=769.2kg/h生成H2O:3.53+74.605+141.13+2.814=222.079kg/h杂质:9.1kg/h混合物1组成见下表表4混合物1组成表组成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O杂质总计含量kg/h234.471272.80142.87769.2222.0799.12650.523.8.42#硝化锅物料转换氯苯转换量：1116.53×16%=178.6448kg/h硝基氯苯生成量：生成H2O：消耗HNO3：混合物2氯苯：234.47-178.6448=55.8252kg/h硝基氯苯：1272.80+250.1=1522.9kg/hHNO3剩余量：142.87-100.04=42.83kg/h生成H2O：222.079+30.02=252.099kg/hH2SO4剩余量：769.2kg/h杂质：9.1kg/h混合物2组成见下表表5混合物2组成表组成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O杂质总计含量kg/h55.82521522.942.83769.2252.0999.12650.523.8.53#硝化锅物料转换氯苯转换量：1116.53×3.4%=37.96kg/h硝基氯苯生成量：生成H2O：消耗HNO3：混合物3氯苯：55.8252-37.96=17.87kg/h硝基氯苯：1522.9+53.14=1576.04kg/hHNO3剩余量：42.83-21.26=21.57kg/h生成H2O：252.099+6.07=258.17kg/hH2SO4剩余量：769.2kg/h杂质：9.1kg/h混合物3组成见下表表6混合物3组成表组成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O杂质总计含量kg/h17.871576.0421.57769.2258.179.12650.523.8.6硝化分离有机层氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1576.04-22.122=1553.92kg/h杂质：9.1kg/hH2SO4设含H2SO4xkg/h0.8%（x+17.87+1553.92+9.1）=x解得x=12.75kg/h总计：1593.64kg/h废酸1H2O：258.17kg/hHNO3：21.57kg/hH2SO4：769.2-12.75=756.45kg/h硝基氯苯：22.122kg/h3.8.7萃取分离废酸2H2O：258.17+1.805-3.53=256.445kg/hHNO3：21.57-6.3168=15.25kg/hH2SO4：756.45-8.23=748.22kg/h其中H2SO4%=HNO3%=H2O%=循环的废酸2用量循环废酸：酸性氯苯=2:1（体积比）循环废酸：其中H2SO4：3521.64×73.57%=2590.87kg/hHNO3：3521.64×1.48%=52.12kg/hH2O：3521.64×24.95%=878.65kg/h3.8.8复算混合物1氯苯：234.47kg/h硝基氯苯：1272.80kg/h杂质：9.1kg/hHNO3:142.87+52.12=194.99kg/hH2SO4:769.2+2590.87=3360.07kg/hH2O:222.079+878.65=1100.729kg/h总计：6172.16kg/h混合物2氯苯：55.8252kg/h硝基氯苯：1522.9kg/h杂质：9.1kg/hHNO3：194.99-100.04=94.95kg/hH2O：1100.729+30.02=1130.749kg/hH2SO4：3360.07kg/h总计：6172.16kg/h混合物3氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1576.04kg/h杂质：9.1kg/hHNO3：94.95-21.26=73.69kg/hH2O：1130.749+6.07=1136.82kg/hH2SO4：3360.07kg/h总计：6172.16kg/h废酸1H2SO4：3360.07-12.75=3347.32kg/hHNO3：73.69kg/hH2O：1136.82kg/h硝基氯苯：22.122kg/h总计：4579.95kg/h废酸2H2SO4：3347.32-8.23=3339.09kg/hHNO3：73.69-6.3168=67.3732kg/hH2O：1136.82+1.805-3.53=1135.095kg/h总计：4541.56kg/h其中H2SO4%=HNO3%=H2O%=与上述结果相同3.8.9混酸配制假设用xkg/h废酸2，ykg/h98%的H2SO4和zkg/h98%的HNO3配制，混酸量：1255.98kg/h，列方程组如下：73.57%x+0.98y=1492.10×51%1.48%x+0.98z=1492.10×44%x+y+z=1492.10解得：x=195.07kg/hy=630.06kg/hz=603.97kg/h废酸2总量为4541.56kg/h，有3521.64kg/h用于循环反应，195.07kg/h用于混酸配制，有824.85kg/h剩余设一天配酸一次，一次6h，则废酸2:H2SO4:HNO3:每天配制混酸量：3.8.10一次水洗分离硝化分离后有机层氯苯:17.87kg/h硝基氯苯:1553.92kg/hH2SO4:12.75kg/h杂质:9.1kg/h总计：1593.64kg/h有机层体积:消耗水体积:L/h水洗分离后损失硝基氯苯:1593.64×0.5%=7.97kg/h水洗分离后有机层组成氯苯:17.87kg/h硝基氯苯:1553.92-7.97=1545.95kg/hH2SO4:12.75kg/h杂质:9.1kg/h总计:1585.67kg/h水洗分离后水层组成H2O:kg/h硝基氯苯:7.97kg/h3.8.11碱洗及碱洗分离有机层体积:消耗1%碱质量:1157.42×0.988=1155.11kg/h配碱:40%浓碱 1%稀碱设需40%浓碱xkg/h，则：40%x=1155.11×1%解得：x=28.88kg/h设一天配碱一次，一次6h，则需要40%浓碱：H2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O982×401422×1812.7510.4118.474.68碱洗分离后损失硝基氯苯：1585.67×0.5%=7.93kg/h碱洗分离后有机层氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1545.95-7.93=1538.02kg/h杂质：9.1kg/h总计：1565.04kg/h碱洗分离后水层硝基氯苯：7.93kg/hNa2SO4：18.47kg/hNaOH：1155.11×1%-10.41=1.1411kg/hH2O：1155.11×99%+4.68=1148.24kg/h3.8.12二次水洗分离碱洗分离后有机层氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1538.02kg杂质：9.1kg/h总计：1565.04kg/h有机层体积：消耗水体积：1142.36L/h水洗分离后损失硝基氯苯：1565.04×0.5%=7.82kg/h二次水洗分离后有机层组成氯苯：17.87kg/h杂质：9.1kg/h硝基氯苯：1538.02-7.82=1530.2kg/h二次水洗分离后水层组成水：1142.36kg/h硝基氯苯：7.82kg/h3.8.13物料衡算表表7混酸配制锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）废酸2195.07H2SO4143.51混酸H2SO4760.97HNO32.89HNO3656.52H2O48.67H2O74.6198%H2SO4630.0698%HNO3603.97合计1492.1合计1492.1表8稀碱配制罐物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）40%液碱115.521%稀碱1155.11H2O1039.59合计1155.11合计1155.11表91#硝化锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）混酸H2SO4760.97混合物1氯苯234.47HNO3656.52硝基氯苯1272.80H2O74.61H2SO43360.07酸性氯苯氯苯1116.53HNO3194.99硝基氯苯37.912H2O1100.729杂质9.1杂质9.1H2SO48.23N2O516.88H2O3.53循环废酸2H2SO42590.87HNO352.12H2O878.65合计6189.04合计6189.04表102#硝化锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）混合物1氯苯234.47混合物2氯苯55.8252硝基氯苯1272.80硝基氯苯1522.9H2SO43360.07H2SO43360.07HNO3194.99HNO394.95H2O1100.729H2O1130.749杂质9.1杂质9.1合计6172.16合计6172.16表113#硝化锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）混合物2氯苯55.8252混合物3氯苯17.87硝基氯苯1522.9硝基氯苯1576.04H2SO43360.07H2SO43360.07HNO3194.99HNO373.69H2O1100.729H2O1136.82杂质9.1杂质9.1合计6172.16合计6172.16表12硝化分离器物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）混合物3氯苯17.87有机物1氯苯17.87硝基氯苯1576.04硝基氯苯1553.9H2SO43360.07杂质9.1HNO373.69H2SO412.75H2O1136.82废酸1硝基氯苯22.122杂质9.1H2SO43347.32HNO373.69H2O1136.82合计6172.16合计6172.16表13萃取锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）废酸1硝基氯苯22.122氯苯1116.53H2SO43347.32硝基氯苯37.912HNO373.69杂质9.1H2O1136.82H2SO43347.32工业氯苯纯氯苯1127.81H2O1138.625杂质9.1HNO367.2932合计5716.86合计5716.86表14萃取分离器物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）氯苯1116.53酸性氯苯氯苯1116.53硝基氯苯37.912硝基氯苯37.912杂质9.1杂质9.1H2SO43347.32H2SO48.23H2O1138.625水3.53HNO367.2932废酸2H2SO43339.09HNO367.3732H2O1135.095合计5716.86合计5716.86表15一次水洗锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）有机物1氯苯17.87有机物2氯苯17.87硝基氯苯1553.9硝基氯苯1545.95杂质9.1杂质9.1H2SO412.75H2SO412.75H2O1163.24废水1硝基氯苯7.97H2O1163.24合计2756.86合计2756.86表16碱洗锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）有机物2氯苯17.87有机物3氯苯17.87硝基氯苯1545.95硝基氯苯1538.02杂质9.1杂质9.1H2SO412.75废水2硝基氯苯7.931%碱水1155.11Na2SO418.47NaOH1.1411H2O1148.24合计2740.78合计2740.78表17二次水洗锅物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）有机物3氯苯17.87中性硝基氯苯氯苯17.87硝基氯苯1538.02硝基氯苯1530.2杂质9.1杂质9.1H2O1142.36H2O1142.36硝基氯苯7.82合计2707.35合计2707.35表18一次水洗分离器物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）氯苯17.87有机物2氯苯17.87硝基氯苯1553.9硝基氯苯1545.95杂质9.1杂质9.1H2SO412.75H2SO412.75H2O1163.24废水1H2O7.97硝基氯苯1163.24合计2756.86合计2756.86表19碱洗分离器物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）氯苯17.87有机物3氯苯17.87硝基氯苯1545.95硝基氯苯1538.02杂质9.1杂质9.1H2SO412.75废水2硝基氯苯7.931%碱水1155.11Na2SO418.47NaOH1.1411H2O1148.24合计2280.94合计2280.94表20二次水洗分离器物料平衡表进料出料物料名称进料量（kg/h）物料名称出料量（kg/h）氯苯17.87废水3氯苯17.87硝基氯苯1538.02硝基氯苯1530.2杂质9.1中性硝基氯苯杂质9.1H2O1142.36H2O1142.36硝基氯苯7.82合计2707.35合计2707.353.9热量衡算3.9.1配酸过程热量衡算假设HNO3、H2SO4温度为25℃，废酸2为60℃，取基准温度为25℃进料热量Q1=G废酸2·C废酸2·（t废-25）=780.28×0.46×（60-25）=12562.51kcal/h为0取配酸出料温度为35℃出料热量Q4=G混酸·C混酸·（t混-25）=5968.4×0.41×（35-25）=24470.44kcal/h过程热量（注：其中S、N、w分别为H2SO4、HNO3、H2O的百分质量，即50%取50）表21qd计算表NSwXABqd(kJ)qd(kcal)98%H2SO409821————702.60167.9398%HNO398020————435.60104.11混酸445150.54262.102.76493.63117.98废酸21.573.4625.040.98184.423.72281.7167.33k=160kcal/(m2·h·℃)设冷却水进口温度25℃，出口温度30℃混酸：35→35水：30←25Δt：5103.9.21#硝化锅热量衡算选择基准温度为25℃进料Q1=G混酸·C混酸（t混酸-25）+G酸性氯苯·C酸性氯苯（t酸性氯苯-25）+G循环2·C循环2（t循环2-25）=1492.1×0.41×（35-25）+1175.30×0.394×（60-25）+3521.64×0.46×（60-25）=79023.40kcal/h出料Q4=G混合物1·C混合物1×（t混-25） =6172.16×0.4505×（53-25）=77855.63kcal/h过程热量Q3=Qr反应+Qph（物理变化）（GA、MA为A物质质量和分子量，为标准反应热）混合物中HNO3、H2SO4、H2O归一化：H2SO4：3360.07kg/hHNO3：194.99kg/hH2O：1100.729kg/h总计：4655.79kg/hH2SO4质量分数：即S=72.17HNO3质量分数：N=4.19H2O质量分数：w=23.64使用夹套换热k=160kcal/(m2·h·℃)设冷却水进口温度25℃，出口温度30℃混酸：53→53冷却水：35←25Δt：18283.10设备计算和选型3.10.1配酸锅进料配制废酸2：195.07kg/hHNO3：603.97kg/hH2SO4：630.06kg/h满足一天使用罐，V=866.71×24=20801.04L/h取Va=25000L/h后备系数配碱锅进料40%浓碱：28.88kg/hH2O：1126.23kg/h满足一天使用罐，V=1146.41×24=27513.95L/h取Va=30000L/h后备系数3.10.21#硝化锅进料混酸：1492.1kg/hρ混酸=1.74kg/L循环废酸2:3521.64kg/hρ废酸=1.654kg/L酸性氯苯:1175.3kg/hρ氯苯=1.104kg/L取Va=4000L，后备系数容器外表面可设夹套面积为9.9m2，实际夹套面积为由于需要,63.98m2换热面积，所以需要加蛇管。取蛇管传热系数为600kcal/(m2·h·℃)混合物1：53→53冷却水：35←25Δt：1828Q2=k夹套·S夹套·Δtm+k蛇管·S蛇管·Δtm即231655.29=160×8.92×22.63+600×S蛇管×22.63S蛇管=14.69m2蛇管外径为30mm，由L=155.95m取156m3.10.32#硝化锅进料氯苯:234.47kg/hρ氯苯=1.104kg/L硝基氯苯:1272.80kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/LH2SO4:3360.07kg/h=1.836kg/LHNO3:194.99kg/h=1.5008kg/LH2O:1100.729kg/h=1kg/L取Va=4000L，后备系数3.10.43#硝化锅进料氯苯:,55.8252kg/hρ氯苯=1.104kg/L硝基氯苯:1522.9kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/LH2SO4:3360.7kg/h=1.836kg/LHNO3:94.95kg/h=1.5008kg/LH2O:1130.749kg/h=1kg/L取Va=4000L，后备系数3.10.5硝化分离器废酸1:,4579.95kg/hρ废酸=1.654kg/L有机层:1593.64kg/hρ有机层=1.37kg/L(与硝基氯苯近似)取Va=9000L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4图3锥底平盖分离器示意图 即∴取1.4m H=5.62m取5.7m取1.6m取3.6mh3=H-h1-h2=5.7-1.6-3.6=0.5mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取5m进料口高度距顶端：h1+h3=1.6+0.5=2.1m3.10.6萃取锅进料氯苯:1136.91kg/hρ氯苯=1.104kg/L废酸1:4579.95kg/hρ废酸1=1.654kg/L取Va=3500L，后备系数3.10.7萃取分离器酸性氯苯:1175.3kg/hρ酸性氯苯=1.104kg/L废酸:4541.56kg/hρ废酸=1.654kg/L取Va=7000L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4，图见3.10.5硝化分离器 即∴取1.3m H=5.06m取5.1m取1.3m取3.2mh3=H-h1-h2=5.1-1.3-3.2=1.6mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取4.1m进料口高度距顶端：h1+h3=1.3+1.6=2.9m3.10.8一次水洗锅进料氯苯:17.87kg/hρ氯苯=1.104kg/L硝基氯苯:1553.92kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/LH2SO4:12.75kg/h=1.836kg/LH2O:1163.24kg/h=1kg/L取Va=1000L，后备系数3.10.9一次水洗分离器水层:1171.21kg/hρ水=1kg/L有机层:1583.67kg/hρ有机层=1.37kg/L(与硝基氯苯近似)取Va=4500L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4，图见3.10.5硝化分离器 即∴取1.2m H=3.78m取3.8m取1.6m取1.6mh3=H-h1-h2=3.8-1.6-1.6=0.6mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取2.7m进料口高度距顶端：h1+h3=1.6+0.6=2.2m3.10.10碱洗锅进料氯苯:17.87kg/hρ氯苯=1.104kg/L硝基氯苯:1545.95kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/LH2SO4:12.75kg/h=1.836kg/L1%稀碱:1155.11kg/h=0.988kg/L取Va=1000L，后备系数3.10.11碱洗分离器水层:1175.78kg/hρ水层=0.988kg/L有机层:1564.99kg/hρ有机层=1.37kg/L(与硝基氯苯近似)取Va=3500L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4，图见3.10.5硝化分离器 即∴取1.1m H=3.50m取3.5m取1.3m取1.7mh3=H-h1-h2=3.5-1.3-1.7=0.5mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取2.7m进料口高度距顶端：h1+h3=1.3+0.5=1.8m3.10.12二次水洗锅进料氯苯:17.87kg/hρ氯苯=1.104kg/L硝基氯苯:1538.02kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/LH2O:1142.36kg/h=1kg/L取Va=1000L，后备系数3.10.13二次水洗分离器水层:1150.18kg/hρ水=1kg/L有机层:1557.17kg/hρ有机层=1.37kg/L(与硝基氯苯近似)取Va=4500L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4，图见3.10.5硝化分离器 即∴取1.2m H=3.78m取3.8m取1.6m取1.6mh3=H-h1-h2=3.8-1.6-1.6=0.6mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取2.7m进料口高度距顶端：h1+h3=1.6+0.6=2.2m3.10.14补集器硝基氯苯:23.72kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/L水:3473.45kg/hρ废酸=1kg/L取Va=6000L,选用锥底平盖分离器,取H/D=4，图见3.10.5硝化分离器 即∴取1.3m H=4.31m取4.4m取4.0m取0.1mh3=H-h1-h2=4.4-4.0-0.1=0.3mρ2h2+ρ1h1=ρ2h4 取3.1m进料口高度距顶端：h1+h3=4.0+0.3=4.3m3.10.15贮罐3.10.15.198%H2SO4按5天储备,t=5×24=120h取Va=50000L,后备系数3.10.15.298%HNO3按5天储备,t=5×24=120h取Va=55000L,后备系数3.10.15.3混酸按5天储备,t=5×24=120h取Va=120000L,后备系数3.10.15.440%液碱按5天储备,t=5×24=120h取Va=3000L,后备系数3.10.15.51%稀碱按5天储备,t=5×24=120h取Va=40000L,后备系数3.10.15.6氯苯按4天储备,t=4×24=96h取Va=110000L,后备系数3.10.15.7酸性氯苯按1天储备,t=1×24=24h取Va=30000L,后备系数3.10.15.8废酸按1天储备,t=1×24=24h取Va=75000L,后备系数3.10.15.9成品硝基氯苯按2天储备,t=2×24=48h取Va=65000L,后备系数3.11设备一览表表22设备一览表序号设备名称设备规格数量材料备注1工业氯苯贮罐，Va=110m31钢卧式2浓碱贮槽9001200，Va=3m31不锈钢立式3浓碱泵a=3.6m3/h，H=16m125F-164稀碱贮罐20003300，Va=40m31不锈钢卧式5硝酸贮罐，Va=55m31铝卧式6硫酸贮罐26008400，Va=50m31铸铁立式7硫酸泵同31不锈钢25F-168废酸泵同31不锈钢25F-169配酸锅15002800，Va=25m31不锈钢10混酸贮槽，Va=120m31不锈钢卧式11硝化锅，Va=4m33不锈钢1#蛇管，2#、3#夹套12硝化分离器，Va=9m31不锈钢夹套，浆式13萃取锅，Va=3.5m31不锈钢14萃取分离器，Va=7m31不锈钢15一次水洗锅600800，Va=1m1不锈钢16一次水洗分离器，Va=4.5m31不锈钢17碱洗锅同151不锈钢夹套，浆式18碱洗分离器同131不锈钢19二次水洗锅同151不锈钢20二次水洗分离器同161不锈钢21中性-硝基氯苯贮罐，Va=65m31钢22硝酸泵同31不锈钢25F-1623混酸泵同31不锈钢25F-1624稀碱泵同31不锈钢25F-1625氯苯泵同31不锈钢25F-1626酸性氯苯泵同31不锈钢25F-1627废酸罐，Va=75m31不锈钢夹套3.12原料消耗定额表表23原料消耗定额表序号物料名称纯度%每吨产品原料消耗定额/kg工业品纯品1氯苯99.2750.36744.362HNO398420.55412.143H2SO498444.63435.744碱4018.927.57第四章三废治理4.1三废的产生和数量硝化工段主要产生废水、废气、废酸。废气主要是N2O514.21kg/h，废水2876.95kg/h。4.2三废的治理措施废气硝化锅内产生的氮氧化物废气,集中用废酸吸收,含有氮氧化物的废酸进入废酸高位罐。废酸高位罐中的废气用碱性水吸收，进入汽液分离器。汽液分离器中的废气去尾气吸收塔，再次经碱性水吸收后，去废水储罐。废水废水由废水塔进料泵经流量计计量和换热器加热,废水从废水共沸塔塔顶进塔,再经再沸器加热,气相从塔顶采出,经冷凝器冷凝冷却后,再回到氯苯硝化锅,塔釜液相溢流到换热器,经冷却之后,进入清废水储罐中,由废水输送泵将清废水输送到污水处理装置进行二次处理。废酸可用于吸收废气，再经浓缩工段进行脱硝浓缩，以供他用。第五章安全技术与防火5.1物料的危险特性1.氯苯：有毒，毒性LD50(mg/kg)：大鼠经口2910；闪点(℃)：28；爆炸上限%(V/V)：9.6；引燃温度(℃)：590；爆炸下限%(V/V)：1.3。2.浓硫酸：浓硫酸溶解时放出大量的热，强腐蚀性，强氧化性。健康危害：对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激和腐蚀作用。蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊，以致失明；引起呼吸道刺激，重者发生呼吸困难和肺水肿；高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成；严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻者出现红斑、重者形成溃疡，愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响：牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。环境危害：对环境有危害，对水体和土壤可造成污染。燃爆危险：本品助燃，具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。3.浓硝酸：危险性：加热时分解，产生有毒烟雾；强氧化剂，与可燃物和还原性物质发生激烈反应，爆炸。强酸性，与碱发生激烈反应，腐蚀大多数金属（铝及其合金除外），生成氮氧化物，与许多常用有机物发生非常激烈反应，引起火灾和爆炸危险。毒性：蒸气对眼睛、呼吸道等的粘膜和皮肤有强烈刺激性。蒸气浓度高时可引起肺水肿。对牙齿具有腐蚀性。皮肤沾上可引起灼伤，腐蚀而留下疤痕，浓硝酸腐蚀可达到相当深部。如进入咽部，对口腔以下的消化道可产生强烈的腐蚀性烧伤，严重时发生休克致死。人在低于30mg/m左右时未见明显损害。吸入可引起肺炎。4.浓碱：较浓的氢氧化钠溶液溅到皮肤上，会腐蚀表皮，造成烧伤。它对蛋白质有溶解作用，有强烈刺激性和腐蚀性（由于其对蛋白质有溶解作用，与酸烧伤相比，碱烧伤更不容易愈合）。用0.02%溶液滴入兔眼，可引起角膜上皮损伤。小鼠腹腔内LD50:40mg/kg，兔经口LDLo:500mg/kg。粉尘刺激眼和呼吸道，腐蚀鼻中隔；溅到皮肤上，尤其是溅到粘膜，可产生软痂，并能渗入深层组织，灼伤后留有瘢痕；溅入眼内，不仅损伤角膜，而且可使眼睛深部组织损伤，严重者可致失明；误服可造成消化道灼伤，绞痛、粘膜糜烂、呕吐血性胃内容物、血性腹泻，有时发生声哑、吞咽困难、休克、消化道穿孔，后期可发生胃肠道狭窄。由于强碱性，对水体可造成污染，对植物和水生生物应予以注意。5.2防火、防爆、防腐蚀的要求和措施1.防火、防爆措施：a.在工艺设计中消除或减少易燃物质的产生和积累，工艺设备尽可能将易燃物质限制在密闭空间（容器、管道）内，并尽量防止泄漏。b.尽可能将空气与易燃物质隔绝。c.消除、控制引燃能源。d.采取措施和安全装置，使产生爆炸的三个条件同时出现的可能性减少到最小程度。e.一旦发生火灾、爆炸事故，切断火灾、爆炸的传播途径和及时泄压，防止事故蔓延和减少爆炸压力、冲击波对人员、设备和建筑物的损害。f.在燃、爆危险场所内必须禁止明火作业。g.防止摩擦，撞击，静电，雷击等产生火花。h.根据燃、爆物质特性，控制工艺条件、限制加工物料数量和物料加料、搅拌、混合、输送速度。2.防腐蚀措施：员工工作时必须穿工作服，带头盔，口罩，手套。5.3安全防火规则1、在工艺装置上有可能引起火灾，爆炸部分，应充分设置超温、超压等检测仪表、报警（声、光）和安全联锁装置等设施。2、在有可燃气体（蒸汽）可能泄露扩散处，应设置可燃气体浓度检测报警器，其报警信号值应定在该气体爆炸下限的20%以上。3、应根据火灾危险程度生产、维修、建设等工作的重要性，经使用单位提出申请，公司安环部等审批划定“固定动火区”，固定动火区以外一律为禁火区。4、禁止生产明火的机动车辆进入罐区、厂内区、易燃物质储罐等有火灾爆炸危险的场所，进入时必须加阻火器。电瓶车禁止入内。5、禁止使用汽油、甲醇等易散发可燃蒸汽的液体擦洗设备、工具及衣服等。6、易燃、易爆物品应存放在指定的安全地点。现场禁止堆放油布、油棉丝纱或其他易燃物品。现场生产用油存放量一般不应超过48小时的使用量。7、使用搬运危险物品，或在易燃、易爆危险场所搬运铁质物品时，不准抛掷、拖拉或滚动。8、在带有易燃易爆物质（残渣、残液和余气）的设备、管道、容器上工作时，禁止使用铁质工具，应使用铜质等不产生火花的工具。若必须用铁质工具，则需在工具接触面上吐以黄油，或采用其它安全措施。9、具有火灾危险性的甲乙类生产所用设备、管道的保温层，应采用非燃烧的材料，并应防止可燃液体渗入保温层。高温设备、管道禁止使用易燃，可燃物保温。10、必须加强货源管理。厂区内一切动火工作，必须认真执行《工业安全管理制度》的规定。11、要防止可燃易燃物与高温物体接触或靠近，高温工件禁止带入防火防爆区，不准在高温设备和管道上烘烤衣服和可燃易燃物体。12、危险物品仓库、主配电设备、高大建筑物和高大设备等必须装设避雷装置，每年雨季前必须对装置检查试验一次。避雷装置单独设置时，其接地电阻不得大于10欧姆；如与电气设备共用，接