一硝基氯苯生產車間硝化工段工藝初步設計任務書第一章設計任務書1.1工藝流程示意圖圖1工藝流程示意圖1.2反應方程式1、主反應（一硝基氯苯：鄰、間、對位三種異構體混合）2、副反應二硝化：（二硝基物）硝酸分解：2HNO3N2O5+H2O氧化反應：（硝基酚）1.3已知條件生產規模：年產1.2萬噸一硝基氯苯產品質量：一硝基氯化苯純度99%（包括鄰、間、對位異構體混合物）車間總收率：95%年生產時間：330天建廠地點：甘肅蘭州原料：工業氯苯純度99.2%，含有機雜質0.8%濃硫酸純度98%濃硝酸（發煙硝酸）純度98%液堿純度40%（NaOH水溶液）氯苯轉化率：萃取鍋1%1#硝化鍋79%2#硝化鍋16%3#硝化鍋3.4%副反應：硝酸分解量為3%，假定只有硝酸分解，在1#硝化鍋中進行。硝酸比：氯苯：硝酸=1:1.05（摩爾比）混酸組成：硫酸51%、硝酸44%、水5%循環廢酸量：循環廢酸的體積是酸性氯苯體積的2倍。酸性氯苯組成：氯苯95%、酸1%（其中含水0.3%，硫酸0.7%），其余為有機雜質和一硝基氯化苯。假定硝化分離時，有機層所夾帶的硫酸為有機層質量的0.8%，并假定此部分酸都進入堿洗中和。在萃取鍋中一硝基氯化苯的萃取率為100%。有機物一次水洗、堿洗、二次水洗時，水或堿水用量與有機物體積比為1:1。堿洗時用1%的稀氫氧化鈉水溶液。在一次水洗、堿洗、二次水洗的分離器中分別損失0.5%的一硝基氯苯。配混酸、配稀堿水為間歇操作。配混酸時混酸溫度不超過35℃硝化反應、水洗、堿洗、萃取及其分離操作均為連續操作。一硝基氯化苯比重為1.368-1.375g/cm3，比熱為0.394kcal/(kg·℃)工業氯苯比重為1.104g/cm3，比熱為0.412kcal/(kg·℃)混酸比重為1.74g/cm3，比熱為0.41kcal/(kg·℃)廢酸比重為1.654g/cm3，比熱為0.46kcal/(kg℃)98%硝酸比重為1.5008g/cm3，比熱為0.455kcal/(kg℃)98%硫酸比重為1.836g/cm3，比熱為0.347kcal/(kg℃)40%液堿（NaOH水溶液）比重為1.4308g/cm31#硝化鍋流出的物料比熱為0.4505kcal/(kg℃)硝化鍋夾套傳熱系數為150-200kcal/(m2h℃)（用水冷卻）硝化鍋的蛇管傳熱系數為500-700kcal/(m2·h·℃)（用水冷卻）氯苯與硝酸反應的標準化學反應熱為41.9kcal/mol（放熱）其它設備的操作條件見下表：表1設備條件匯總表設備停留時間(min)溫度(℃)裝料系數1#硝化鍋4050-550.752#硝化鍋4060-650.753#硝化鍋4070-750.75萃取鍋40600.80硝化分離器120600.90萃取分離器90600.90一次水洗鍋2065-700.80二次水洗鍋2065-700.80堿洗鍋2065-700.80一次水洗分離器9065-700.85二次水洗分離器9065-700.85堿洗分離器9065-700.85捕集器900.9第二章緒論2.1產品的意義和用途1.鄰硝基氯苯重要的有機合成中間體，可衍生多種中間體。在染料工業中用于制黃色基GC，橙色基GR等；在助劑方面用于制造橡膠促進劑M及DM等；在香料工業中用于香草醛的合成；農藥工業用于生產托布津和甲基托布津、多菌靈；它也是苯并三氮唑類紫外線吸收劑的原料，也是醫藥的重要中間體。2.間硝基氯苯有機合成原料，染料中間體，用于制間氯苯胺(橙色基GC)，亦用于醫藥工業。在助劑、農藥、醫藥和香料工業中也有應用。3.對硝基氯苯制備染料（偶氮染料、硫化染料）、醫藥（非那西丁、撲熱息痛）、農藥（除草醚）的重要中間體。也可作橡膠防老劑4010等的原料。對硝基氯苯的衍生物對硝基酚鈉，主要用作1605的中間體；用對硝基氯苯生產的除草劑草枯醚。2.2產品的發展史國內1950年開始生產硝基氯苯，多年來一直供不應求，有時甚至從國外進口相當數量的硝基氯苯來滿足國內市場的需求。由于市場需求迫切，90年代初各地紛紛建設或擴建硝基氯苯裝置，目前生產廠家有20余家，總生產能力達25萬噸/年左右。主要生產廠家有：南京化工廠5萬噸/年、蚌埠八一化工總廠4萬噸/年、吉化公司染料廠1.8萬噸/年、河南開普化工公司2萬噸/年、江陰永聯集團2萬噸/年、泰興新浦化工有限公司2萬噸/年等。現在全國總生產能力不僅可以充分滿足國內市場需求，還有相當數量可供出口，硝基氯苯已出現供過于求的局面，可以預計今后國內硝基氯苯的競爭將更加趨于激烈。

2008年以來，資源性化工產品價格一路上漲，但作為化工、醫藥、染料中間體的硝基氯苯，卻面臨著部分下游市場需求低迷、行業規模擴大以及出口市場變化等諸多利空因素的影響，承受著巨大的生存和發展壓力。在此背景下，國內市場加速兩極分化，發展面臨幾多瓶頸。目前國內除少數生產廠家采用環形硝化工藝和絕熱硝化工藝外，其余全部采用傳統混酸硝化工藝。現在應該積極采用或推廣絕熱或環形硝化工藝，減少廢酸處理量；使用廢酸濃縮裝置，這樣，既利于環保，又增加經濟效益；努力減少二硝化合物的生成；致力于異構體分離、塔器和結晶器改進等研究工作。2.3年工作日的確定由于使用大量的酸，腐蝕性較強，需要設備檢修。全年365天，因大修20天，日常檢修10天，擴大生產附加量5天，故將工作日確定為330天。2.4水、電、氣及原料的供應廠內設有自來水站、蒸汽鍋爐，電經變電室分配至各車間配電室，再經各車間配電室分配給各工段。廠內還應設置備用電源及應急柴油發電機。水：黃河貫穿全城電：蘭州市市內有兩個火力發電廠，一個是西固熱電廠，即一熱，在西固區的鐘家和；再就是二熱，在城關區。氣：中國石油天然氣股份有限公司蘭州煉化分公司(甘肅省/蘭州市/西固區:玉門街10號)氯苯的供應：選擇就近的成都貝斯特試劑有限公司，價格為7200元/噸。硫酸的供應：白銀銅星硫酸廠硝酸的供應：陜西

漢中三金公貿公司燒堿的供應：陜西

漢中三金公貿公司2.5廠址的水文、地質和氣象資料蘭州市位于北緯36°03′，東經103°40′，市區南北群山環抱，東西黃河穿流而過，枕山帶河，依山傍水，平均海拔1500米，具有盆地城市的特征。蘭州地處內陸，大陸性特點明顯，屬溫帶大陸性氣候。降水少，日照多，光能潛力大，氣候干燥，年平均氣溫10.3℃。年溫差、日溫差均較大，夏季稍熱，最高溫約30℃左右，冬季寒冷但并不奇冷，最低溫約-10℃左右。年平均日照時數為2446小時，無霜期為180天，年平均降水量327毫米2.6設計依據及技術資料設計依據：《一硝基氯苯生產車間硝化工段工藝初步設計任務書》以及《化工工藝設計手冊》化學工業出版社，第三版，2003.7。技術資料：《一硝基氯苯生產車間硝化工段工藝項目可行性研究報告》第三章工藝設計部分3.1產品技術說明先將配制好的混酸（含硝酸44%，硫酸51%，水5%）加入硝化鍋內。維持溫度50-55℃下，慢慢加入氯苯，加畢升溫至80℃，攪拌反應。靜置分層，將上層混合硝基氯苯用水洗、堿洗，水洗后靜置分出，于真空加熱至100℃干燥，得混合硝基氯苯。然后在結晶器內，將上述干燥后的混合硝基氯苯逐漸降溫到15℃3.2生產方法選擇生產方法有：（1）硝酸硝化、（2）氮的氧化物的硝化、（3）有機溶劑中的硝化、（4）硝酸鹽與硫酸硝化、（5）硝酸與脫水劑硝化、（6）混酸硝化。（1）和（2）尚未工業化；（3）由于大量使用有機溶劑，后處理麻煩；（4）與（5）應用較多；（6）為目前工業生產方法。采用混酸硝化法主要基于一下考慮：優點：（1）硝化能力強，反應速度快，生產能力高；（2）硝酸用量接近理論量，硝化廢酸可回收利用；（3）硝化反應可以平穩地進行；（4）混酸硝化對反應器材質要求不高，可采用普通碳鋼、不銹鋼或鑄鐵設備。選擇混酸的原則：（1）使反應容易進行，副反應少；（2）原料酸易得；（3）生產能力適宜3.3生產的基本原理HNO3在濃硫酸中電離NO2+NO2+對氯苯進行親電進攻，得過渡絡合物，進而釋放質子生成產物。（忽略間位異構體）鹵素取代基為親電取代基，易生成鄰位和對位取代產物。1、主反應（一硝基氯苯：鄰、間、對位三種異構體混合）2、副反應二硝化：（二硝基物）硝酸分解：2HNO3N2O5+H2O氧化反應：（硝基酚）3.4原料規格與主要物化數據原料：表2原料規格表名稱級別產品規格包裝價格氯苯工業級99.2%原廠包裝7000元/噸硝酸工業級98%槽車、桶裝1730元/噸硫酸工業級98%槽車、40kg桶裝面議燒堿工業級40%溶液槽車、25kg桶裝面議主要物化數據：工業氯苯純度99.2%，含有機雜質0.8%；分子式：C6H5Cl；分子量：112.5；密度：1.1064；熔點：-45℃；沸點：132℃；閃點：39.4℃；;折射率：1.5248；毒性:LD50(mg/kg):大鼠經口2910；性狀：無色透明液體，有像苯的氣味；溶解情況：不溶于水，溶于乙醇、乙醚、氯仿、苯等。

濃硫酸純度98%；密度為1.84g·cm-3；物質的量濃度為18.4mol·L-1；98.3%時，熔點：10℃；沸點：338濃硝酸（發煙硝酸）純度98%；無色透明的發煙液體,一般商品帶有微黃色，有刺激性；相對密度1.5027(25℃)；沸點83℃(無水）；68.4%硝酸為恒沸混合物，具有最高沸點121.9℃；熔點-42℃（70.5%NHO3）；在-41℃（冰點）時，呈白色雪狀晶體液堿純度40%（NaOH水溶液）；分子式：NaOH；分子量：40.01；密度為1.4308g·cm-33.5原料配比的確定3.5.1硝酸比的確定由反應式知，理論硝酸比為1，但實際生產中往往使用過量的硝酸，以使較貴的氯苯充分反應，但如果硝酸過量太多，會增加副產物，影響產品質量，同時加重了后處理的負擔，因此，根據經驗一般選硝酸比Φ=1.05.3.5.2循環廢酸與酸性氯苯的體積比循環廢酸的主要作用是一下四個方面：（1）稀釋作用緩和硝化的轉化深度；（2）冷卻作用帶走反應產生的大量熱，使反應穩定且易控制溫度；（3）吸收作用由硝化副反應中產生的氣體NO2、N2O5易被H2SO4 吸收；（4）加入廢酸，增大相比使酸相、油相兩相充分接觸，有效地抑制副產物產生；（5）加入廢酸，減少了物料的停留時間，降低了主硝化鍋的轉化率，減少副反應。綜合考慮并參考文獻及實際生產數據，可選循環廢酸與酸性氯苯體積比為2:1。3.5.3水洗中水的用量及堿洗中堿的用量一次水洗是為了吸取分離后硝基所帶的酸，減少中和時堿的用量。二次水洗是為了將有機物中的堿洗掉，使產品呈中性或弱堿性。水量太少不起作用，太多了則增加損耗和能耗，故從實際考慮，一次水洗、二次水洗均選擇水量與有機物的體積比為1:1。堿洗是為了中和有機物中的酸，同時除去不溶于水的副產物，故結合實際，選擇1%的堿水洗滌物料，堿水與有機物的體積比為1:1。3.6工藝流程示意圖圖2工藝流程示意圖3.7流程敘述及控制條件1.原料接收氯苯由氯化苯裝置經泵輸送沿架空管至硝化工段氯苯儲罐中，再由泵將其由室外打入本工段室內的氯苯高位槽內供萃取使用。硝酸、硫酸經泵輸送沿架空管進入硝酸大罐和硫酸大罐中。硝酸、硫酸、氯苯供硝化崗位使用。40﹪液堿由離子膜燒堿裝置經泵輸送沿架空管至本裝置液堿罐供配堿使用。2.混酸配制將符合原料規格的硫酸、廢酸、硝酸按各自的用量,分別加入混酸釜內,進行攪拌,在混酸過程中放出的熱量由混酸釜夾套換熱帶走。取樣分析合格的混酸由混酸循環泵輸送至混酸中間罐,供硝化工序使用。3.氯苯硝化1#硝化鍋內有換熱蛇管,裝有混流泵,硝化鍋上設有溫度計。混流泵停止運轉時,安全連鎖裝置開始運轉，操作室內報警器自動報警，混酸進料切斷閥、酸性氯苯進料切斷閥同時關閉，洗后油泵和混酸輸送泵的電源同時被切斷。酸性氯苯（又稱洗后油）從酸性氯苯貯罐用臥式泵經流量計連續加入1#硝化鍋；廢酸從廢酸高位罐底部,經流量計連續進入酸混合器內；混酸從混酸輸送罐用混酸泵經流量計連續進入酸混合器內,混酸與廢酸在酸混合器內混合后,進入1#硝化鍋。酸性氯苯與混酸在1#硝化鍋中反應,反應物料由溢流管連續溢流到2#硝化鍋,然后進入3#硝化鍋，并連續反應,硝化反應熱由冷卻水及廢酸帶走。硝化溫度較低達不到工藝指標時,應調節冷卻水量或用蒸汽保溫。表3各硝化鍋反應溫度控制設備溫度(℃)1#硝化鍋50-552#硝化鍋60-653#硝化鍋70-75注：加料應連續均勻,溫度控制應準確,否則會造成副反應增加或反應轉化率過低。硝化器高位報警溫度為55℃。4.硝化分離3#硝化鍋的反應物料,由溢流管流出,分別沿切線方向進入硝化分離器中部。酸性硝基氯苯和廢酸在分離器中進行連續分層,上層為酸性硝基氯苯,流入水洗鍋1。硝化分離器下層的廢酸,進入萃取鍋。5.酸性硝基氯苯中和、水洗由硝化分離器分離后的酸性硝基氯苯溢流至水洗鍋1,同時經流量計向水洗鍋1加水，攪拌水洗。水來源于：廢水共沸塔塔頂冷凝液；水洗鍋產生的水洗水；新鮮工業水作為補充。水洗后的硝基氯苯與廢水由溢流管流出,沿切線方向進入水洗分離器1中部。分離后,上層廢水去捕集器,下層硝基氯苯去堿洗鍋中。1%液堿同時經流量計由堿高位槽經流量計進入堿洗鍋,使酸性硝基氯苯中所含的酸得以攪拌中和。中和后的硝基氯苯與廢水由溢流管流出,沿切線方向進入堿洗分離器中部。分離后,上層廢水去捕集器,下層硝基氯苯去水洗鍋2中,同時經流量計向水洗鍋2加蒸汽冷凝水或新鮮工業水，使中和后的硝基氯苯在水洗鍋2中再次攪拌洗滌。水洗鍋2內物料沿切線方向進入水洗分離器2中部。分離后,上層廢水去捕集器,下層硝基氯苯流入產品貯罐,供精餾塔使用。捕集器將廢水和少量硝基氯化苯分離之后,廢水流入廢水澄清罐澄清后，進入廢水儲罐供廢水處理塔使用；硝基氯苯間斷回收,進入產品貯罐。6.配制堿水濃堿自貯罐靠位差流入堿水儲罐，與同時進入的溫水在通蒸汽鼓泡的動力下混合均勻，取樣分析，堿水濃度1%時合格可供堿洗用。7.萃取及萃取分離硝化分離器底部溢流出的全部廢酸進入萃取鍋。氯苯自氯化苯裝置輸送到本裝置內部氯苯儲罐中,用泵將氯苯輸送至萃取鍋,用儀表控制系統調節氯苯流量。在攪拌下,氯苯對廢酸進行萃取。萃取后,沿切線方向進入抽取分離器的中部。分離后,上層的酸性氯苯流入酸性氯苯儲罐,下層的廢酸由廢酸泵輸送往廢酸冷卻器后,至廢酸高位罐,廢酸高位罐底部流至1#硝化鍋,中部流至廢氣吸收泵,循環吸硝化鍋、硝化分離器和抽取鍋所產生的廢氣（氮氧化物等）,上部溢流至廢酸大罐內。3.8物料衡由年產量為1.2萬噸一硝基氯苯計算（kg/h為基準）3.8.1氯苯用量主反應： 112.563157.518副反應：2HNO3N2O5+H2O3.8.2萃取鍋計算工業氯苯組成純氯苯：1136.91×99.2%=1127.81kg/h雜質：1136.91-1127.81=9.1kg/h氯苯轉化量：1127.81×1%=11.28kg/h反應生成硝基氯苯：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雜質：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廢酸1中攜帶的硝基氯苯：37.912-15.79=22.122kg/h3.8.31#硝化鍋硝酸比氯苯：硝酸=1:1.05（摩爾比）混酸中HNO3：混酸組成：H2SO451%HNO344%H2O5%混酸總量：混酸QUOTEH2SO4：1255.98×51%=640.55kg/hH2O：1255.98×5%=62.80kg/hH2H2O:1492.10×5%=74.605kg/h物料轉化氯苯轉換量：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雜質:9.1kg/h混合物1組成見下表表4混合物1組成表組成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O雜質總計含量kg/h234.471272.80142.87769.2222.0799.12650.523.8.42#硝化鍋物料轉換氯苯轉換量：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雜質：9.1kg/h混合物2組成見下表表5混合物2組成表組成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O雜質總計含量kg/h55.82521522.942.83769.2252.0999.12650.523.8.53#硝化鍋物料轉換氯苯轉換量：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雜質：9.1kg/h混合物3組成見下表表6混合物3組成表組成氯苯硝基氯苯HNO3H2SO4H2O雜質總計含量kg/h17.871576.0421.57769.2258.179.12650.523.8.6硝化分離有機層氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1576.04-22.122=1553.92kg/h雜質：9.1kg/hH2SO4設含H2SO4xkg/h0.8%（x+17.87+1553.92+9.1）=x解得x=12.75kg/h總計：1593.64kg/h廢酸1H2O：258.17kg/hHNO3：21.57kg/hH2SO4：769.2-12.75=756.45kg/h硝基氯苯：22.122kg/h3.8.7萃取分離廢酸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%=循環的廢酸2用量循環廢酸：酸性氯苯=2:1（體積比）循環廢酸：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復算混合物1氯苯：234.47kg/h硝基氯苯：1272.80kg/h雜質：9.1kg/hHNO3:142.87+52.12=194.99kg/hH2SO4:769.2+2590.87=3360.07kg/hH2O:222.079+878.65=1100.729kg/h總計：6172.16kg/h混合物2氯苯：55.8252kg/h硝基氯苯：1522.9kg/h雜質：9.1kg/hHNO3：194.99-100.04=94.95kg/hH2O：1100.729+30.02=1130.749kg/hH2SO4：3360.07kg/h總計：6172.16kg/h混合物3氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1576.04kg/h雜質：9.1kg/hHNO3：94.95-21.26=73.69kg/hH2O：1130.749+6.07=1136.82kg/hH2SO4：3360.07kg/h總計：6172.16kg/h廢酸1H2SO4：3360.07-12.75=3347.32kg/hHNO3：73.69kg/hH2O：1136.82kg/h硝基氯苯：22.122kg/h總計：4579.95kg/h廢酸2H2SO4：3347.32-8.23=3339.09kg/hHNO3：73.69-6.3168=67.3732kg/hH2O：1136.82+1.805-3.53=1135.095kg/h總計：4541.56kg/h其中H2SO4%=HNO3%=H2O%=與上述結果相同3.8.9混酸配制假設用xkg/h廢酸2，ykg/h98%的H2SO4和zkg/h98%的HNO3配制，混酸量：1255.98kg/h，列方程組如下：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廢酸2總量為4541.56kg/h，有3521.64kg/h用于循環反應，195.07kg/h用于混酸配制，有824.85kg/h剩余設一天配酸一次，一次6h，則廢酸2:H2SO4:HNO3:每天配制混酸量：3.8.10一次水洗分離硝化分離后有機層氯苯:17.87kg/h硝基氯苯:1553.92kg/hH2SO4:12.75kg/h雜質:9.1kg/h總計：1593.64kg/h有機層體積:消耗水體積:L/h水洗分離后損失硝基氯苯:1593.64×0.5%=7.97kg/h水洗分離后有機層組成氯苯:17.87kg/h硝基氯苯:1553.92-7.97=1545.95kg/hH2SO4:12.75kg/h雜質:9.1kg/h總計:1585.67kg/h水洗分離后水層組成H2O:kg/h硝基氯苯:7.97kg/h3.8.11堿洗及堿洗分離有機層體積:消耗1%堿質量:1157.42×0.988=1155.11kg/h配堿:40%濃堿 1%稀堿設需40%濃堿xkg/h，則：40%x=1155.11×1%解得：x=28.88kg/h設一天配堿一次，一次6h，則需要40%濃堿：H2SO4+2NaOH Na2SO4+2H2O982×401422×1812.7510.4118.474.68堿洗分離后損失硝基氯苯：1585.67×0.5%=7.93kg/h堿洗分離后有機層氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1545.95-7.93=1538.02kg/h雜質：9.1kg/h總計：1565.04kg/h堿洗分離后水層硝基氯苯：7.93kg/hNa2SO4：18.47kg/hNaOH：1155.11×1%-10.41=1.1411kg/hH2O：1155.11×99%+4.68=1148.24kg/h3.8.12二次水洗分離堿洗分離后有機層氯苯：17.87kg/h硝基氯苯：1538.02kg雜質：9.1kg/h總計：1565.04kg/h有機層體積：消耗水體積：1142.36L/h水洗分離后損失硝基氯苯：1565.04×0.5%=7.82kg/h二次水洗分離后有機層組成氯苯：17.87kg/h雜質：9.1kg/h硝基氯苯：1538.02-7.82=1530.2kg/h二次水洗分離后水層組成水：1142.36kg/h硝基氯苯：7.82kg/h3.8.13物料衡算表表7混酸配制鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）廢酸2195.07H2SO4143.51混酸H2SO4760.97HNO32.89HNO3656.52H2O48.67H2O74.6198%H2SO4630.0698%HNO3603.97合計1492.1合計1492.1表8稀堿配制罐物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）40%液堿115.521%稀堿1155.11H2O1039.59合計1155.11合計1155.11表91#硝化鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（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雜質9.1雜質9.1H2SO48.23N2O516.88H2O3.53循環廢酸2H2SO42590.87HNO352.12H2O878.65合計6189.04合計6189.04表102#硝化鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（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雜質9.1雜質9.1合計6172.16合計6172.16表113#硝化鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（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雜質9.1雜質9.1合計6172.16合計6172.16表12硝化分離器物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）混合物3氯苯17.87有機物1氯苯17.87硝基氯苯1576.04硝基氯苯1553.9H2SO43360.07雜質9.1HNO373.69H2SO412.75H2O1136.82廢酸1硝基氯苯22.122雜質9.1H2SO43347.32HNO373.69H2O1136.82合計6172.16合計6172.16表13萃取鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）廢酸1硝基氯苯22.122氯苯1116.53H2SO43347.32硝基氯苯37.912HNO373.69雜質9.1H2O1136.82H2SO43347.32工業氯苯純氯苯1127.81H2O1138.625雜質9.1HNO367.2932合計5716.86合計5716.86表14萃取分離器物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（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雜質9.1雜質9.1H2SO43347.32H2SO48.23H2O1138.625水3.53HNO367.2932廢酸2H2SO43339.09HNO367.3732H2O1135.095合計5716.86合計5716.86表15一次水洗鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）有機物1氯苯17.87有機物2氯苯17.87硝基氯苯1553.9硝基氯苯1545.95雜質9.1雜質9.1H2SO412.75H2SO412.75H2O1163.24廢水1硝基氯苯7.97H2O1163.24合計2756.86合計2756.86表16堿洗鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）有機物2氯苯17.87有機物3氯苯17.87硝基氯苯1545.95硝基氯苯1538.02雜質9.1雜質9.1H2SO412.75廢水2硝基氯苯7.931%堿水1155.11Na2SO418.47NaOH1.1411H2O1148.24合計2740.78合計2740.78表17二次水洗鍋物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）有機物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雜質9.1雜質9.1H2O1142.36H2O1142.36硝基氯苯7.82合計2707.35合計2707.35表18一次水洗分離器物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）氯苯17.87有機物2氯苯17.87硝基氯苯1553.9硝基氯苯1545.95雜質9.1雜質9.1H2SO412.75H2SO412.75H2O1163.24廢水1H2O7.97硝基氯苯1163.24合計2756.86合計2756.86表19堿洗分離器物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）氯苯17.87有機物3氯苯17.87硝基氯苯1545.95硝基氯苯1538.02雜質9.1雜質9.1H2SO412.75廢水2硝基氯苯7.931%堿水1155.11Na2SO418.47NaOH1.1411H2O1148.24合計2280.94合計2280.94表20二次水洗分離器物料平衡表進料出料物料名稱進料量（kg/h）物料名稱出料量（kg/h）氯苯17.87廢水3氯苯17.87硝基氯苯1538.02硝基氯苯1530.2雜質9.1中性硝基氯苯雜質9.1H2O1142.36H2O1142.36硝基氯苯7.82合計2707.35合計2707.353.9熱量衡算3.9.1配酸過程熱量衡算假設HNO3、H2SO4溫度為25℃，廢酸2為60℃，取基準溫度為25℃進料熱量Q1=G廢酸2·C廢酸2·（t廢-25）=780.28×0.46×（60-25）=12562.51kcal/h為0取配酸出料溫度為35℃出料熱量Q4=G混酸·C混酸·（t混-25）=5968.4×0.41×（35-25）=24470.44kcal/h過程熱量（注：其中S、N、w分別為H2SO4、HNO3、H2O的百分質量，即50%取50）表21qd計算表NSwXABqd(kJ)qd(kcal)98%H2SO409821————702.60167.9398%HNO398020————435.60104.11混酸445150.54262.102.76493.63117.98廢酸21.573.4625.040.98184.423.72281.7167.33k=160kcal/(m2·h·℃)設冷卻水進口溫度25℃，出口溫度30℃混酸：35→35水：30←25Δt：5103.9.21#硝化鍋熱量衡算選擇基準溫度為25℃進料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循環2·C循環2（t循環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過程熱量Q3=Qr反應+Qph（物理變化）（GA、MA為A物質質量和分子量，為標準反應熱）混合物中HNO3、H2SO4、H2O歸一化：H2SO4：3360.07kg/hHNO3：194.99kg/hH2O：1100.729kg/h總計：4655.79kg/hH2SO4質量分數：即S=72.17HNO3質量分數：N=4.19H2O質量分數：w=23.64使用夾套換熱k=160kcal/(m2·h·℃)設冷卻水進口溫度25℃，出口溫度30℃混酸：53→53冷卻水：35←25Δt：18283.10設備計算和選型3.10.1配酸鍋進料配制廢酸2：195.07kg/hHNO3：603.97kg/hH2SO4：630.06kg/h滿足一天使用罐，V=866.71×24=20801.04L/h取Va=25000L/h后備系數配堿鍋進料40%濃堿：28.88kg/hH2O：1126.23kg/h滿足一天使用罐，V=1146.41×24=27513.95L/h取Va=30000L/h后備系數3.10.21#硝化鍋進料混酸：1492.1kg/hρ混酸=1.74kg/L循環廢酸2:3521.64kg/hρ廢酸=1.654kg/L酸性氯苯:1175.3kg/hρ氯苯=1.104kg/L取Va=4000L，后備系數容器外表面可設夾套面積為9.9m2，實際夾套面積為由于需要,63.98m2換熱面積，所以需要加蛇管。取蛇管傳熱系數為600kcal/(m2·h·℃)混合物1：53→53冷卻水：35←25Δt：1828Q2=k夾套·S夾套·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蛇管外徑為30mm，由L=155.95m取156m3.10.32#硝化鍋進料氯苯: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，后備系數3.10.43#硝化鍋進料氯苯:,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，后備系數3.10.5硝化分離器廢酸1:,4579.95kg/hρ廢酸=1.654kg/L有機層:1593.64kg/hρ有機層=1.37kg/L(與硝基氯苯近似)取Va=9000L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4圖3錐底平蓋分離器示意圖 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進料口高度距頂端：h1+h3=1.6+0.5=2.1m3.10.6萃取鍋進料氯苯:1136.91kg/hρ氯苯=1.104kg/L廢酸1:4579.95kg/hρ廢酸1=1.654kg/L取Va=3500L，后備系數3.10.7萃取分離器酸性氯苯:1175.3kg/hρ酸性氯苯=1.104kg/L廢酸:4541.56kg/hρ廢酸=1.654kg/L取Va=7000L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4，圖見3.10.5硝化分離器 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進料口高度距頂端：h1+h3=1.3+1.6=2.9m3.10.8一次水洗鍋進料氯苯: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，后備系數3.10.9一次水洗分離器水層:1171.21kg/hρ水=1kg/L有機層:1583.67kg/hρ有機層=1.37kg/L(與硝基氯苯近似)取Va=4500L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4，圖見3.10.5硝化分離器 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進料口高度距頂端：h1+h3=1.6+0.6=2.2m3.10.10堿洗鍋進料氯苯: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%稀堿:1155.11kg/h=0.988kg/L取Va=1000L，后備系數3.10.11堿洗分離器水層:1175.78kg/hρ水層=0.988kg/L有機層:1564.99kg/hρ有機層=1.37kg/L(與硝基氯苯近似)取Va=3500L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4，圖見3.10.5硝化分離器 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進料口高度距頂端：h1+h3=1.3+0.5=1.8m3.10.12二次水洗鍋進料氯苯: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，后備系數3.10.13二次水洗分離器水層:1150.18kg/hρ水=1kg/L有機層:1557.17kg/hρ有機層=1.37kg/L(與硝基氯苯近似)取Va=4500L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4，圖見3.10.5硝化分離器 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進料口高度距頂端：h1+h3=1.6+0.6=2.2m3.10.14補集器硝基氯苯:23.72kg/hρ硝基氯苯=1.37kg/L水:3473.45kg/hρ廢酸=1kg/L取Va=6000L,選用錐底平蓋分離器,取H/D=4，圖見3.10.5硝化分離器 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進料口高度距頂端：h1+h3=4.0+0.3=4.3m3.10.15貯罐3.10.15.198%H2SO4按5天儲備,t=5×24=120h取Va=50000L,后備系數3.10.15.298%HNO3按5天儲備,t=5×24=120h取Va=55000L,后備系數3.10.15.3混酸按5天儲備,t=5×24=120h取Va=120000L,后備系數3.10.15.440%液堿按5天儲備,t=5×24=120h取Va=3000L,后備系數3.10.15.51%稀堿按5天儲備,t=5×24=120h取Va=40000L,后備系數3.10.15.6氯苯按4天儲備,t=4×24=96h取Va=110000L,后備系數3.10.15.7酸性氯苯按1天儲備,t=1×24=24h取Va=30000L,后備系數3.10.15.8廢酸按1天儲備,t=1×24=24h取Va=75000L,后備系數3.10.15.9成品硝基氯苯按2天儲備,t=2×24=48h取Va=65000L,后備系數3.11設備一覽表表22設備一覽表序號設備名稱設備規格數量材料備注1工業氯苯貯罐，Va=110m31鋼臥式2濃堿貯槽9001200，Va=3m31不銹鋼立式3濃堿泵a=3.6m3/h，H=16m125F-164稀堿貯罐20003300，Va=40m31不銹鋼臥式5硝酸貯罐，Va=55m31鋁臥式6硫酸貯罐26008400，Va=50m31鑄鐵立式7硫酸泵同31不銹鋼25F-168廢酸泵同31不銹鋼25F-169配酸鍋15002800，Va=25m31不銹鋼10混酸貯槽，Va=120m31不銹鋼臥式11硝化鍋，Va=4m33不銹鋼1#蛇管，2#、3#夾套12硝化分離器，Va=9m31不銹鋼夾套，漿式13萃取鍋，Va=3.5m31不銹鋼14萃取分離器，Va=7m31不銹鋼15一次水洗鍋600800，Va=1m1不銹鋼16一次水洗分離器，Va=4.5m31不銹鋼17堿洗鍋同151不銹鋼夾套，漿式18堿洗分離器同131不銹鋼19二次水洗鍋同151不銹鋼20二次水洗分離器同161不銹鋼21中性-硝基氯苯貯罐，Va=65m31鋼22硝酸泵同31不銹鋼25F-1623混酸泵同31不銹鋼25F-1624稀堿泵同31不銹鋼25F-1625氯苯泵同31不銹鋼25F-1626酸性氯苯泵同31不銹鋼25F-1627廢酸罐，Va=75m31不銹鋼夾套3.12原料消耗定額表表23原料消耗定額表序號物料名稱純度%每噸產品原料消耗定額/kg工業品純品1氯苯99.2750.36744.362HNO398420.55412.143H2SO498444.63435.744堿4018.927.57第四章三廢治理4.1三廢的產生和數量硝化工段主要產生廢水、廢氣、廢酸。廢氣主要是N2O514.21kg/h，廢水2876.95kg/h。4.2三廢的治理措施廢氣硝化鍋內產生的氮氧化物廢氣,集中用廢酸吸收,含有氮氧化物的廢酸進入廢酸高位罐。廢酸高位罐中的廢氣用堿性水吸收，進入汽液分離器。汽液分離器中的廢氣去尾氣吸收塔，再次經堿性水吸收后，去廢水儲罐。廢水廢水由廢水塔進料泵經流量計計量和換熱器加熱,廢水從廢水共沸塔塔頂進塔,再經再沸器加熱,氣相從塔頂采出,經冷凝器冷凝冷卻后,再回到氯苯硝化鍋,塔釜液相溢流到換熱器,經冷卻之后,進入清廢水儲罐中,由廢水輸送泵將清廢水輸送到污水處理裝置進行二次處理。廢酸可用于吸收廢氣，再經濃縮工段進行脫硝濃縮，以供他用。第五章安全技術與防火5.1物料的危險特性1.氯苯：有毒，毒性LD50(mg/kg)：大鼠經口2910；閃點(℃)：28；爆炸上限%(V/V)：9.6；引燃溫度(℃)：590；爆炸下限%(V/V)：1.3。2.濃硫酸：濃硫酸溶解時放出大量的熱，強腐蝕性，強氧化性。健康危害：對皮膚、粘膜等組織有強烈的刺激和腐蝕作用。蒸氣或霧可引起結膜炎、結膜水腫、角膜混濁，以致失明；引起呼吸道刺激，重者發生呼吸困難和肺水腫；高濃度引起喉痙攣或聲門水腫而窒息死亡。口服后引起消化道燒傷以致潰瘍形成；嚴重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休克等。皮膚灼傷輕者出現紅斑、重者形成潰瘍，愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內可造成灼傷，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影響：牙齒酸蝕癥、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。環境危害：對環境有危害，對水體和土壤可造成污染。燃爆危險：本品助燃，具強腐蝕性、強刺激性，可致人體灼傷。3.濃硝酸：危險性：加熱時分解，產生有毒煙霧；強氧化劑，與可燃物和還原性物質發生激烈反應，爆炸。強酸性，與堿發生激烈反應，腐蝕大多數金屬（鋁及其合金除外），生成氮氧化物，與許多常用有機物發生非常激烈反應，引起火災和爆炸危險。毒性：蒸氣對眼睛、呼吸道等的粘膜和皮膚有強烈刺激性。蒸氣濃度高時可引起肺水腫。對牙齒具有腐蝕性。皮膚沾上可引起灼傷，腐蝕而留下疤痕，濃硝酸腐蝕可達到相當深部。如進入咽部，對口腔以下的消化道可產生強烈的腐蝕性燒傷，嚴重時發生休克致死。人在低于30mg/m左右時未見明顯損害。吸入可引起肺炎。4.濃堿：較濃的氫氧化鈉溶液濺到皮膚上，會腐蝕表皮，造成燒傷。它對蛋白質有溶解作用，有強烈刺激性和腐蝕性（由于其對蛋白質有溶解作用，與酸燒傷相比，堿燒傷更不容易愈合）。用0.02%溶液滴入兔眼，可引起角膜上皮損傷。小鼠腹腔內LD50:40mg/kg，兔經口LDLo:500mg/kg。粉塵刺激眼和呼吸道，腐蝕鼻中隔；濺到皮膚上，尤其是濺到粘膜，可產生軟痂，并能滲入深層組織，灼傷后留有瘢痕；濺入眼內，不僅損傷角膜，而且可使眼睛深部組織損傷，嚴重者可致失明；誤服可造成消化道灼傷，絞痛、粘膜糜爛、嘔吐血性胃內容物、血性腹瀉，有時發生聲啞、吞咽困難、休克、消化道穿孔，后期可發生胃腸道狹窄。由于強堿性，對水體可造成污染，對植物和水生生物應予以注意。5.2防火、防爆、防腐蝕的要求和措施1.防火、防爆措施：a.在工藝設計中消除或減少易燃物質的產生和積累，工藝設備盡可能將易燃物質限制在密閉空間（容器、管道）內，并盡量防止泄漏。b.盡可能將空氣與易燃物質隔絕。c.消除、控制引燃能源。d.采取措施和安全裝置，使產生爆炸的三個條件同時出現的可能性減少到最小程度。e.一旦發生火災、爆炸事故，切斷火災、爆炸的傳播途徑和及時泄壓，防止事故蔓延和減少爆炸壓力、沖擊波對人員、設備和建筑物的損害。f.在燃、爆危險場所內必須禁止明火作業。g.防止摩擦，撞擊，靜電，雷擊等產生火花。h.根據燃、爆物質特性，控制工藝條件、限制加工物料數量和物料加料、攪拌、混合、輸送速度。2.防腐蝕措施：員工工作時必須穿工作服，帶頭盔，口罩，手套。5.3安全防火規則1、在工藝裝置上有可能引起火災，爆炸部分，應充分設置超溫、超壓等檢測儀表、報警（聲、光）和安全聯鎖裝置等設施。2、在有可燃氣體（蒸汽）可能泄露擴散處，應設置可燃氣體濃度檢測報警器，其報警信號值應定在該氣體爆炸下限的20%以上。3、應根據火災危險程度生產、維修、建設等工作的重要性，經使用單位提出申請，公司安環部等審批劃定“固定動火區”，固定動火區以外一律為禁火區。4、禁止生產明火的機動車輛進入罐區、廠內區、易燃物質儲罐等有火災爆炸危險的場所，進入時必須加阻火器。電瓶車禁止入內。5、禁止使用汽油、甲醇等易散發可燃蒸汽的液體擦洗設備、工具及衣服等。6、易燃、易爆物品應存放在指定的安全地點。現場禁止堆放油布、油棉絲紗或其他易燃物品。現場生產用油存放量一般不應超過48小時的使用量。7、使用搬運危險物品，或在易燃、易爆危險場所搬運鐵質物品時，不準拋擲、拖拉或滾動。8、在帶有易燃易爆物質（殘渣、殘液和余氣）的設備、管道、容器上工作時，禁止使用鐵質工具，應使用銅質等不產生火花的工具。若必須用鐵質工具，則需在工具接觸面上吐以黃油，或采用其它安全措施。9、具有火災危險性的甲乙類生產所用設備、管道的保溫層，應采用非燃燒的材料，并應防止可燃液體滲入保溫層。高溫設備、管道禁止使用易燃，可燃物保溫。10、必須加強貨源管理。廠區內一切動火工作，必須認真執行《工業安全管理制度》的規定。11、要防止可燃易燃物與高溫物體接觸或靠近，高溫工件禁止帶入防火防爆區，不準在高溫設備和管道上烘烤衣服和可燃易燃物體。12、危險物品倉庫、主配電設備、高大建筑物和高大設備等必須裝設避雷裝置，每年雨季前必須對裝置檢查試驗一次。避雷裝置單獨設置時，其接地電阻不得大于10歐姆；如與電氣設備共用，接