专利名称：管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法
技术领域：
本发明涉及一种化学反应过程的生产方法，具体涉及的是硝化反应制取硝基化合物的生产方法。
背景技术：
硝化反应是向芳环中引入硝基的反应，反应产物硝基化合物用途极其广泛。硝基化合物的生产为先在硝化反应器内进行硝化反应，然后将含有硝基酚类等副产物的粗硝化物与硝化废酸进行分离，粗硝化物经水洗碱洗得硝化产物。硝化反应按生产过程是否连续分为间歇硝化或连续硝化，按反应过程是否取出硝化反应热分为取热硝化和绝热硝化。无论是间歇硝化还是连续硝化，取热硝化还是绝热硝化，目前硝化反应工业生产过程所用的反应器主要是带有搅拌的釜式硝化反应器。釜式硝化反应器用于取热硝化反应生产过程时，其热量传递主要通过釜外夹套进行，釜式硝化反应器夹套传热不能满足要求时需在釜内设置传热盘管增加传热面积，增设传热盘管使搅拌浆直径被迫减小，减弱了混合效果，降低了传热系数，故釜式硝化反应器总体传热效果不佳，釜式硝化反应器用于间歇反应时，一般采用滴加进料，进料部位会出现局部过热及釜内浓度分布不均，导致产品质量不高及生产能力受到限制；釜式硝化反应器用于连续硝化反应过程时，需采用多釜串联，物料在釜内停留时间不均，生产过程未硝化物和过硝化物不易控制，生产过程复杂；釜式硝化反应器内存料多，一旦反生爆炸破坏性极大。目前的硝化反应技术中水洗碱洗也采用多釜串联操作， 也存在着操作控制复杂、洗涤效果不佳，水与碱耗量高的不足。开发新的硝化工艺及设备，使硝化反应生产过程流程简单、设备投资抵、操作方便、易于控制、产品质量高、生产过程安全可靠具有非常重要的意义。
发明内容
本发明提供一种管式硝化、管式洗涤连续生产新工艺。所用管式硝化反应器传质与传热效果好，管式硝化反应过程采用硝酸一点进料或多点进料，反应过程缓和，生产过程安全，产品质量高；水洗与碱洗可分步进行或在同一管式洗涤设备内进行，省水省碱。本发明可用于取热硝化或绝热硝化。本发明的技术方案是
管式连续硝化反应方法，所用装置包括硝化反应器、硝化混合物分离器、一级水洗器、 一级水洗分离器、碱洗器、碱洗分离器、二级水洗器、二级水洗分离器、含硝废酸提取反应器、废酸与酸性待硝化原料分离器、未硝化原料与粗硝化物分离装置、连接管线及各种附件。管式连续硝化反应方法包括
a.原料配比采用硝酸过量。来自废酸与酸性待硝化原料分离器的酸性待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器内边流动、边混合、边反应、边传热；流出硝化反应器的硝化混合物进入硝化混合物分离器；硝化混合物分离器分离出的含硝废酸与待硝化原料进入含硝废酸提取反应器内使待硝化原料与含硝废酸中的残留硝酸反应形成废酸和酸性待硝化原料；出含硝废酸提取反应器的混合物料进入废酸与酸性待硝化原料分离器，分离出的废酸浓缩后套用配制混酸或去下一工序；硝化混合物分离器分离出的粗硝化物经一级水洗器、一级水洗分离器水洗分离，经碱洗器、碱洗分离器碱洗分离，再经二级水洗器、二级水洗分离器水洗分离得硝化产物。b.原料配比采用待硝化原料过量。待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器内边流动、边混合、边反应、边传热或不取热；流出硝化反应器的硝化混合物进入硝化混合物分离器使硝化废酸与含未硝化原料的粗硝化物分离；硝化混合物分离器分离出的含未硝化原料的粗硝化物去未硝化原料与粗硝化物分离装置，分离出的未硝化原料再次参与硝化反应；未硝化原料与粗硝化物分离装置分离出的粗硝化物经一级水洗器、一级水洗分离器水洗分离，经碱洗器、碱洗分离器碱洗分离，再经二级水洗器、二级水洗分离器水洗分离得硝化产物；硝化混合物分离器分离出的硝化废酸经浓缩后套用配制混酸或去下一工序。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，所用的硝化反应器、一级水洗器、碱洗器、二级水洗器、含硝废酸提取反应器为管式设备，前述管式设备为空管或管内设置化工填料、管内设置扰动元件，或采用静态混合器；各自单台或多台联合使用。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括调整进入硝化反应器的混酸组成，控制反应器内的绝热温升。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括调整进入管式硝化反应器夹套的冷却剂量，控制管式硝化反应器的轴向温度分布。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括进入硝化反应器的硝酸在管式硝化反应器入口一次性加入或在管式硝化反应器的入口与其它部位分别加入；或将管式硝化反应器分为两段或多段，段与段之间增设酸相(段间含硝废酸)与有机相(待硝化原料与硝化产物)分离器，改变分离出的酸相浓度后与分离出的有机相合并进入下一段管式硝化反应器。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括二级水洗采用新鲜水， 二级水洗分离器分离出的洗涤水去一级水洗套用；或一级水洗与二级水洗均采用新鲜水， 或一级水洗和碱洗在同一设备内合并进行。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括调整待硝化原料与硝酸的配比，使流出硝化反应器的硝化混合物中酸相不含硝酸，有机相不含未硝化原料。上述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，包括物料在系统内流动的推动力由泵、位差或压强差提供。本发明具有如下优点
1.本发明使硝化反应过程实现了管道化连续生产，工艺简单、设备投资少、操作方便、 易于控制；
2.管式硝化反应器传热传质效果好，调整管式硝化反应器不同部位的冷却水加入量， 可控制管式硝化反应器的轴向温度分布；
3.硝酸由管式硝化反应器的入口或不同部位加入反应器，反应始终在较低硝酸浓度下进行，可调整反应速度及反应速度分布，反应过程平稳，生产过程安全可靠；
4.采用管式硝化反应器，可消除传统釜式硝化反应器内物料局部过热、浓度分布不均、停留时间分布不均等缺点；
5.硝化反应器内无运动构件，免维修，可增加生产有效时间；
6.装置操作弹性大，可在较宽的产量范围内稳定操作，生产效率高，产品质量好，副产物、能耗与物耗低；
7.本发明适用于取热硝化和绝热硝化。
图1是硝酸过量时管式连续硝化反应工艺流程简图； 图2是待硝化原料过量时管式连续硝化反应工艺流程简图。
具体实施例方式实施例一
管式连续硝化反应方法，所用装置包括十二台串联使用的管式硝化反应器1、硝化混合物分离器2、六台串联使用的管式一级水洗器3、一级水洗分离器4、六台串联使用的管式碱洗器5、碱洗分离器6、四台串联使用的管式二级水洗器7、二级水洗分离器8、管式含硝废酸提取反应器9、废酸与酸性待硝化原料分离器10、连接管线及各种附件。管式连续硝化反应方法包括原料配比采用硝酸过量。来自废酸与酸性待硝化原料分离器10的酸性待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器1内边流动、边混合、边反应、边传热；流出硝化反应器1的硝化混合物进入硝化混合物分离器2 ；硝化混合物分离器2分离出的含硝废酸与待硝化原料进入含硝废酸提取反应器9内使待硝化原料与含硝废酸中的残留硝酸反应形成废酸和酸性待硝化原料；出含硝废酸提取反应器9的混合物料进入废酸与酸性待硝化原料分离器10，分离出的废酸去下一工序；硝化混合物分离器2分离出的粗硝化物经一级水洗器3、一级水洗分离器4水洗分离，经碱洗器5、碱洗分离器6碱洗分离，再经二级水洗器7、二级水洗分离器8水洗分离得硝化产物。管式硝化反应器1、管式一级水洗器3、 管式碱洗器5、管式二级水洗器7、管式含硝废酸提取反应器9为管内设置化工填料。实施例二
实施例二与实施例一基本相同，不同之处在于在第五台硝化反应器1与第六台硝化反应器间增设酸相(段间含硝废酸)与有机相(待硝化原料与部分硝化产物)分离器，分离出的酸相增加硝酸浓度后与分离出的有机相合并进入第六台硝化反应器1。实施例三
实施例三与实施例一基本相同，不同之处在于第四台与第五台硝化反应器1间和第八台与第九台硝化反应器1间加入硝酸改变酸相(段间含硝废酸)中硝酸浓度。实施例四
管式连续硝化反应方法，所用装置包括十台串联使用的管式硝化反应器1、硝化混合物分离器2、四台串联使用的管式一级水洗器3、一级水洗分离器4、四台串联使用的管式碱洗器5、碱洗分离器6、四台串联使用的管式二级水洗器7、二级水洗分离器8、未硝化原料与粗硝化物分离装置11、连接管线及各种附件。管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法包括原料配比采用待硝化原料过量。待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器1内边流动、边混合、边反应、不取热；流出硝化反应器1的硝化混合物进入硝化混合物分离器2使硝化废酸与含未硝化原料的粗硝化物分离；硝化混合物分离器2分离出的含未硝化原料的粗硝化物去未硝化原料与粗硝化物分离装置11，分离出的未硝化原料再次参与硝化反应；未硝化原料与粗硝化物分离装置分离出的粗硝化物经一级水洗器3、一级水洗分离器4水洗分离，经碱洗器5、碱洗分离器6碱洗分离，再经二级水洗器7、二级水洗分离器8水洗分离得硝化产物；硝化混合物分离器2分离出的硝化废酸经浓缩后循环套用配制混酸参与硝化。管式硝化反应器1、管式一级水洗器3、管式碱洗器5、管式二级水洗器7为静态混合器。
实施例五
实施例五与实施例四基本相同，不同之处在于调整待硝化原料与混酸中硝酸的配比， 使流出硝化反应器1的硝化混合物中酸相不含硝酸，有机相不含未硝化原料。
权利要求
1.管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，所用装置包括硝化反应器、硝化混合物分离器、一级水洗器、一级水洗分离器、碱洗器( 、碱洗分离器、二级水洗器、二级水洗分离器、含硝废酸提取反应器、废酸与酸性待硝化原料分离器、未硝化原料与粗硝化物分离装置、连接管线及相关附件；其特征在于管式连续硝化反应方法包括a.原料配比采用硝酸过量；来自废酸与酸性待硝化原料分离器(10)的酸性待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器(1)内边流动、边混合、边反应、边传热；流出硝化反应器(1)的硝化混合物进入硝化混合物分离器(2);硝化混合物分离器(2)分离出的含硝废酸与待硝化原料进入含硝废酸提取反应器(9)内使待硝化原料与含硝废酸中的残留硝酸反应形成废酸和酸性待硝化原料；出含硝废酸提取反应器(9)的混合物进入废酸与酸性待硝化原料分离器(10)，分离出的废酸浓缩后套用配制混酸或去下一工序；硝化混合物分离器(2)分离出的粗硝化物经一级水洗器(3)、一级水洗分离器(4)水洗分离，经碱洗器(5)、碱洗分离器(6)碱洗分离，再经二级水洗器(7)、二级水洗分离器(8)水洗分离得硝化产物；b.原料配比采用待硝化原料过量；待硝化原料与硝酸、硫酸、水组成的混酸进入硝化反应器(1)内边流动、边混合、边反应、边传热或不取热；流出硝化反应器(1)的硝化混合物进入硝化混合物分离器(2)使硝化废酸与含未硝化原料的粗硝化物分离；硝化混合物分离器(2)分离出的含未硝化原料的粗硝化物去未硝化原料与粗硝化物分离装置(11)，分离出的未硝化原料再次参与硝化反应；未硝化原料与粗硝化物分离装置(11)分离出的粗硝化物经一级水洗器(3)、一级水洗分离器(4)水洗分离，经碱洗器(5)、碱洗分离器(6)碱洗分离，再经二级水洗器(7)、二级水洗分离器(8)水洗分离得硝化产物；硝化混合物分离器(2) 分离出的硝化废酸经浓缩后套用配制混酸或去下一工序。
2.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于所用的硝化反应器(1)、一级水洗器(3)、碱洗器(5)、二级水洗器(7)、含硝废酸提取反应器 (9)为管式设备，前述管式设备为空管或管内设置化工填料、管内设置扰动元件，或采用静态混合器；各自单台或多台联合使用。
3.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于调整进入硝化反应器(1)的混酸组成，控制反应器内的绝热温升。
4.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于调整进入管式硝化反应器(1)夹套的冷却剂量，控制管式硝化反应器(1)的轴向温度分布。
5.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于进入硝化反应器(1)的硝酸在管式硝化反应器(1)入口一次性加入或在管式硝化反应器(1) 的入口与其它部位分别加入；或将管式硝化反应器(1)分为两段或多段，段与段之间增设酸相即段间含硝废酸与有机相即待硝化原料与硝化产物分离器，改变分离出的酸相浓度后与分离出的有机相合并进入下一段管式硝化反应器。
6.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于二级水洗采用新鲜水，二级水洗分离器(8)分离出的洗涤水去一级水洗套用；或一级洗涤与二级洗涤均采用新鲜水；或一级水洗和碱洗在同一设备内合并进行。
7.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于包括调整待硝化原料与硝酸的配比，使流出硝化反应器的硝化混合物中酸相不含硝酸，有机相不含未硝化原料。
8.根据权利要求1所述的管式连续硝化反应制取硝基化合物生产方法，其特征在于物料在系统内流动的推动力由泵、位差或压强差提供。
全文摘要
本发明涉及一种化学反应过程的生产方法，具体涉及的是硝化反应制取硝基化合物的生产方法。所用装置包括管式硝化反应器，管式水洗、碱洗装置，硝化混合物分离器，水洗、碱洗分离器。待硝化原料与混酸在管式反应器内边流动、边混合、边反应、边传热；分离出的硝化物经管式水洗、碱洗后得合格硝化产物；硝酸可在管式硝化反应器入口加入或在管式硝化反应器入口及其它部位分别加入。本发明给出的硝化反应制取硝基化合物生产方法实现了管道化连续生产，操作弹性大、生产效率高、产品质量好、副产物少，能耗与原料消耗低，生产过程安全可靠。本发明可用于取热硝化和绝热硝化。
文档编号C07B43/02GK102432410SQ20111028122
公开日2012年5月2日 申请日期2011年9月21日 优先权日2011年9月21日
发明者吴剑华 申请人:吴剑华, 沈阳化工大学