Производство анилина каталитическим гидрированием нитробензола

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ» (ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Кафедра общей химической технологии

КУРСОВАЯ РАБОТА по ТХП:

«Производство анилина каталитическим гидрированием нитробензола»

Работу выполнила: Студентка группы 3211-81

Прокофьева Ю.А.

Работу проверила: Анисимова В.И.

Казань 2012

Задача

1. Составить и описать технологическую схему производства анилина каталитическим гидрированием нитробензола.

2. Составить материальный баланс процесса.

3. Рассчитать технологические и технико-экономические показатели.

В основу расчета принять следующую реакцию:

С₆H₅ - NO₂ + 3H₂ С₆Н₅ - NH₂ + 2H₂O

Исходные данные

Введение

Анилимн (аминобензол) -- органическое соединение с формулой C₆H₅NH₂, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. Название «анилин» происходит от названия одного из растений, содержащих индиго -- Indigofera anil (современное международное название растения -- Indigofera suffruticosa).

Анилин является одним из важнейших промежуточных продуктов в анилинокрасочной промышленности. Он применяется так же для получения вспомогательных веществ для резиновой промышленности и в синтезах лекарственных веществ. Кроме того, анилин имеет промышленное значение для получения полимерных материалов путем поликонденсации с формальдегидом. Анилин служит также исходным продуктом для получения капролактама.

Получение и применение

В промышленности анилин получают в две стадии. На первой стадии бензол нитруется смесью концентрированной азотной и серной кислот при температуре 50 - 60°C в результате образуется нитробензол. На втором этапе нитробензол гидрируют при температуре 200-300°C в присутствии катализаторов

Впервые восстановление нитробензола было произведено с помощью железа:

Другим способом получение анилина является восстановление нитросоединений -- Реакция Зинина:

Изначально анилин получали восстановлением нитробензола молекулярным водородом; практический выход анилина не превышал 15 %. При взаимодействии концентрированной соляной кислоты с железом выделялся атомарный водород, более химически активный по сравнению с молекулярным. Реакция Зинина является более эффективным методом получения анилина. В реакционную массу вливали нитробензол, который восстанавливается до анилина.

По состоянию на 2002 год, в мире основная часть производимого анилина используется для производства метилдиизоцианатов, используемых затем для производства полиуретанов. Анилин также используется при производстве искусственных каучуков, гербицидов и красителей (фиолетового красителя мовеина).

В России он в основном применяется в качестве полупродукта в производстве красителей, взрывчатых веществ и лекарственных средств (сульфаниламидные препараты), но в связи с ожидаемым ростом производства полиуретанов возможно значительное изменение картины в среднесрочной перспективе.

Схема производства

Схема восстановления нитробензола водородом: 1-компрессор; 2-реактор; 3-конденсатор; 4-сепаратор; 5-разделитель; 6-перегреватель; 7-испаритель

анилин нитробензол синтез водород

Технологическая характеристика процесса

Более прогрессивным способом производства анилина является каталитическое гидрирование нитробензола молекулярным водородом. В качестве катализаторов предложены различные металлы, их окислы и сульфиды, например, смесь никеля и пятиокиси ванадия на окиси алюминия, медь на двуокиси кремния, сульфид никеля на окиси алюминия.

Процесс гидрирования нитробензола осуществляют в паровой фазе в стационарном(неподвижном) и в псевдоожиженном слое катализатора. На стр.6 показана сокращенная схема получения анилина в псевдоожиженном слое катализатора (медь на двуокиси кремния).Водород(свежий и оборотный) вместе с парами нитробензола в соотношении 3:1 поступает под распределительную решетку реактора 2.Реакция гидрирования нитробензола протекает с выделением большого количества тепла (112 ккал/моль). Выделяющееся тепло отводится хладоагентом в теплообменнике из U-образных труб. Благодаря высокому коэффиценту теплопередачи от псевдоожиженного слоя катализатора к хладоагенту не требуется большой поверхности теплообмена, поэтому теплообменник можно размещать внутри реактора над распределительной решеткой. В верхней части реактора имеются пористые фильтры из нержавеющей стали для улавливания частиц катализатора, увлекаемых из реакционной зоны продуктами реакции.

Катализатор периодически регенерируют, пропуская через него инертный газ и горячий воздух при 250-350^оС. Затем окись меди восстанавливается до металла, пропуская через катализатор водород.

Реакция восстановления нитробензола проводится при 270^оС и 1,5 ат. Продукты реакции охлаждаются в конденсаторе 3, в результате чего пары анилина, воды и непрореагировавшего нитробензола конденсируются. После отделения в сепараторе 4 от водорода жидкие продукты перетекают в разделитель 5. Где образуются 2 слоя. В анилиновом слое содержится около 0,5 % непрореагировавшего нитробензола и 4,1-6,5 % воды, в водном слое 3,5-4,3 анилина. Сырой анилин(анилиновый слой) дважды подвергают дистилляции,в результате чего получают 98%-ный анилин, плавящийся при -6,2^оС. Из водного слоя анилин экстрагируют нитробензолом или выделяют дистилляцией.

Схема материальных потоков

Реакция:

С₆H₅ - NO₂ + 3H₂ С₆Н₅ - NH₂ + 2H₂O

C₆H₅NH₂

С₆H₅NO₂

Реакц.смесь C₆H₅NO_{2 непрев.}

C₆H₆ С₆H₆

Н₂О

H_{2 непрев.}

H₂

техн. H₂ N₂

N₂ потери

Данный процесс является простым, т.к. не происходит никаких побочных реакций, и необратимым, т.к. протекает только в одном направлении. Вещества данной реакции находятся в одинаковых фазах, и эта реакция является гомогенной. Реакция гидрирования нитробензола протекает с выделением большого количества тепла (112 ккал/моль), исходя из этого, данная реакция является экзотермической. Также данная реакция протекает с помощью катализатора (медь на двуокиси кремния) и процесс является каталитическим.

Расчет материального баланса

1)П= 10 т/сут; П= 416,67 кг/час

2)Количество анилина C₆H₅NH₂ с учетом потерь:

416,67 - 99,5%

х - 100% х=418,76 кг/час

3) Потери анилина:

418,76-416,67=2,09 кг/час

4) Масса реакционной смеси:

416,67 - 94%

х - 100% х=443,27 кг/час

5) Количество нитробензола C₆H₅NO₂:

443,27 - 100%

х - 5% х=22,16 кг/час

6) Количество бензола С₆H₆:

443,27 - 100%

х - 1% х=4,43 кг/час

7) Количество Н₂О:

93 C₆H₅NH₂ - 2Ч18 Н₂О

418,76 - х х=162,1 кг/час

8) Количество нитробензола по уравнению реакции:

123 C₆H₅NO₂ - 93 C₆H₅NH₂

x - 418,76 х=553,84 кг/час

9) н (C₆H₅NO₂)= =4,5 кмоль

10) н (H₂)=4,5Ч3,5 = 15,75 кмоль

11) m (H₂₎=15,75Ч2=31,5 кг/час

Таблица материального баланса

Список литературы

1) Воронцов И.И Полупродукты анилинокрасочной промышленности.

2) Юкельсон И.И. Технология основного органического синтеза.

3) Веб-сайт http://ru.wikipedia.org/wiki/Анилин.

Размещено на Allbest.ru