Проектирование мастерской по производству 3,5-динитробензойной кислоты мощностью 13 тонн/год (стр. 2 из 26)

Рис3. Влияние содержания серного ангидрида в олеуме на выход ДНБК.

Таким образом, изучение приведенных выше закономерностей позволило в мягких условиях получить ДНБК высокой степени чистоты с выходом 70-80%. Ниже приведена методика нитрования бензойной кислоты в оптимальных условиях.

К охлажденной до 10⁰С смеси 5,5мл дымящей азотной кислоты (

) и 35 мл 20% олеума прибавляли порциями при перемешивании 12,2г (0,1 моль) бензойной кислоты. После гомогенизации смеси прибавляли по каплям еще 5,4мл таким образом, чтобы общее количество ее составило 0,26моль. Затем в течение 1,5ч поднимали температуру до 60⁰С. Через 5-6ч наблюдали выпадение осадка ДНБК. Еще через 6ч охлаждали реакционную смесь до комнатной температуры и выливали на 200г тонкоизмельченного льда. Осадок отфильтровали, промывали холодной водой и сушили при 120⁰С в течение 6ч. Выход 16,4г (77,3 мас. %).Т. пл. 205-206⁰С, по данным [7], т. пл. 204-205⁰С. ИК-спектр: 1550см^-1 ( ), 1690 см^-1 ( , димер) [8].

2. Патентный поиск

Патентный поиск проводился с целью найти известные ранее способы получения 3,5-динитробензойной кислоты, близкие по технологии к рассматриваемой в данном проекте, информацию о компаниях-производителях.

Патентный поиск производился на основе следующих бумажных и электронных носителей патентной информации:

Международный классификатор изобретений, 7-я редакция;

База данных Роспатента: http://www.Fips.ru (рефераты изобретений к заявкам РФ с 1994г.)

База данных Европейского Патентного Ведомства:

http://www.europea-patent office.ru

В результате был найден патент на получение 3,5-динитробензойной кислоты методом нитрования бензойной кислоты смесью олеума и азотной кислоты.

Таблица №2

Используемые патентные документы

Номер патентного изобретения	Название патента	Дата публикации
30504 Украина, МПК	Получение 3,5-динитробензойной кислоты	15.11.2000г.

3. Технологическая часть

Описание технологической схемы

Процесс получения 3,5-динитробензойной кислоты проходит в четыре стадии. На первой стадии исходное сырье - 98% азотная кислота и 20% олеум, охлажденные до 10⁰С, загружаются в реактор Р1, куда затем при помощи ленточного транспортера загружается бензойная кислота. Реакционная масса подогревается горячей водой из бойлерной до температуры 60⁰С, после чего выдерживается в течение 6 часов. В случае превышения данного температурного порога срабатывает сирена и реакционная масса сбрасывается в аварийную емкость. Для отвода нитрозных газов, выделяющихся в процессе реакции предусмотрен трубопровод под вакуумом, по которому окислы азота подаются на абсорбцию.

Затем реакционная масса с помощью трубы передавливания подается в разбавитель Р2 из промежуточной емкости Е4. В аппарате происходит разбавление реакционной массы водой для снижения содержания в ней серной кислоты. Содержание серной кислоты понижается в разбавителе до 20%. Далее суспензия динитробензойной кислоты сбрасывается на вакуум-фильтр ВФ1 и промывается водой.

Маточник и промывные воды при этом собираются емкости Е5 и отправляется на регенерацию, а сырая динитробензойная кислота инжектируется на пропарку в аппарат Р3. Процесс пропаривания происходит при 100⁰С в течение 4 часов, ввиду сильной гидрофобности 3,5-динитробензойной кислоты.

Пропаренная ДНБК снова сбрасывается на вакуум-фильтр ВФ2 и промывается водой. Маточник и промывные воды при этом собираются в емкости Е6 и отправляется на разбавление. ДНБК загружается вручную в реактор Р4, куда загружается и этиловый спиртм из емкости Е7 для процесса кристаллизации. Процесс проходит при 80⁰С. Затем кристаллизованная ДНБК фильтруется, сушится в сушильных шкафах и расфасовывается. Часть маточника при этом возвращается в процесс ввиду экономии этилового спирта.

Расчет материального баланса получения 3,5-динитробензойной кислоты

Выходы по стадиям:

1-я стадия - реакция нитрования - 55,2%

2-я стадия - разбавление и фильтрация - 98,5%

3-я стадия - пропарка и фильтрация - 95,0%

4-я стадия - кристаллизация и фильтрация - 89,5%

5-я стадия - сушка - 99,5%

Расчет количества бензойной кислоты, необходимого для получения 1000кг

3,5-динитробензойной кислоты:

Чтобы получить 1000 кг готовой динитробензойной кислоты, на стадию сушки необходимо подать с учетом выхода:

кг - поступает на стадию сушку

кг - поступает на стадию кристаллизации и фильтрации

кг - поступает на стадию пропарки и фильтрации

кг - поступает на стадию разбавления и фильтрации

1-я стадия - реакция нитрования

Реакция нитрования протекает в 2 стадии:

На первой стадии мононитрования бензойная кислота нитруется до изомеров в соотношении мета-: (орто - + пара-) =80: 20.

Таким образом, для получения 1199,4 кг динитробензойной кислоты необходимо бензойной кислоты:

Из 122,0 г/м бензойной кислоты образуется 212,0 г/м динитробензойной кислоты

Из

кг БК - 1199,4 кг ДНБК

кг БК

С учетом выхода на каждой стадии реакции получаем, что для получения 1000кг ДНБК необходимо:

кг БК

Бензойная кислота содержит 0,1% примесей, тогда общая масса БК, которую необходимо взять для реакции, составит:

кг БК

Рассчитаем количество мета-изомера, образующегося на первой стадии реакции, с учетом выхода:

Из 122,0 г/м БК - 167,0 г/м м-ДНБК

Из 1250,4кг БК -

кг м-ДНБК

кг м-ДНБК

Проверка по второй стадии реакции с учетом выхода: из 167,0 г/м м-ДНБК - 212,0 г/м ДНБК, из 1369,3 кг м-ДНБК -

кг ДНБК

кг ДНБК

По методике к смеси 15,8г 98% азотной кислоты и 66,1г 20% олеума прибавляют порциями при перемешивании 12,2г бензойной кислоты.

Следовательно, для нитрования 1250,4кг бензойной кислоты потребуется пропорциональное количество азотной кислоты и олеума [8]:

, в которой

моногидрата -

воды -

, в котором

свободного

-

-

Рассчитаем количество требующегося по реакции моногидрата

:

1) в первой реакции расходуется:

122,0 г/м БК - 63,0 г/м

1250,4 кг БК -

кг

2) во второй реакции расходуется:

167,0 г/м БК - 63,0 г/м

1369,3 кг БК -

кг

Таким образом, всего на нитрование идет моногидрата

:

Следовательно, после нитрования осталось моногидрата

: