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连续绝热硝化合成2,4-二硝基氯苯工艺研究

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第一章绪论

1.1 2,4-二硝基氯苯的性质和用途

1.1.1 2,4-二硝基氯苯的性质

1.1.2 2,4-二硝基氯苯的用途

1.2 2,4-二硝基氯苯的国内外研究进展

1.2.1按合成所需的有机原料分

1.2.2按操作方式分

1.3本课题开展的目的、意义和主要内容

第二章2,4-二硝基氯苯合成实验

2.1主要仪器设备

2.2主要原料及产物

2.3实验原理

2.4合成工艺流程

2.5实验装置的设计及调试

2.5.1实验装置的设计

2.5.2反应装置、设备的调试和校正

2.6硝化合成反应过程

2.6.1反应原料的预处理

2.6.2流量的测定

2.6.3实验过程

2.7产物的处理

2.8组成的测定

2.8.1分析原理及方法

2.8.2配样及色谱条件

2.8.3样品色谱图

2.8.4计算

2.9预实验测定结果

2.9.1反应停留时间t的影响

2.9.2硝酸比ψ的影响

2.9.3硝酸质量分数N的影响

2.9.4硫酸质量分数S的影响

2.9.5物料流量Q的影响

2.10本章小结

第三章合成工艺条件优化

3.1正交实验优化

3.1.1正交实验方案

3.1.2正交实验方案、结果及分析

3.1.3正交实验结果和讨论

3.2单因素实验优化

3.2.1反应停留时间t的影响

3.2.2硝酸质量分数N的影响

3.2.3流量Q的影响

3.2.4硝酸比ψ的影响

3.2.5硫酸质量分数S的影响

3.2.6单因素实验结果和讨论

3.3实验的稳定性、重复性研究

3.3.1稳定性实验

3.3.2重复性实验

3.4产品的熔点和结晶点的测定

3.4.1熔点的测定

3.4.2结晶点的测定

3.5本章小结

第四章产品的精制

4.1产品的结晶工艺原理

4.2产品的结晶工艺与装置设计

4.3产品的结晶操作过程

4.4产品的结晶工艺条件优化

4.4.1原料组成X的影响

4.4.2结晶时间τC的影响

4.4.3发汗时间τE影响

4.4.4结晶实验时间的优化

4.4.5实验的重复性、稳定性研究

4.4.6纯品的熔点和结晶点的测定

4.5消耗定额比较

4.6本章小结

第五章废酸处理与回收利用

5.1废酸的测定

5.1.1总酸度的测定

5.1.2硫酸质量分数的测定

5.1.3硝酸质量分数的测定

5.1.4有机物含量的测定

5.1.5水含量的计算

5.2废酸的处理

5.2.1废酸萃取分离

5.2.2废酸的浓缩

5.3回收后循环利用

5.3.1计算

5.3.2配制

5.3.3再循环利用

5.4本章小结

第六章结论

附录

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

2,4-二硝基氯苯是一种重要的精细化工中间体,具有广泛的用途,其市场前景广阔;同时,其传统生产工艺存在污染环境、浪费能源等缺陷。为此,本课题采用连续绝热硝化法开展了由氯苯合成2,4-二硝基氯苯生产工艺的研究,具体工作如下: 设计了连续绝热硝化反应装置——四釜串联硝化反应装置,并用水模拟实验及反应原料对该装置进行了调试和校正,使其达到了实验要求。 采用正交实验探索了硝酸比(ψ)、硫酸质量分数(S)、硝酸质量分数(N),反应物料体积流量(Q)等主要因素对反应的影响,影响顺序为:N>Q>ψ>S。 通过单因素法对各因素的影响性进行了深入的研究,得出了较佳的工艺条件,即:ψ=2.22,S=0.680,N=0.220,W=0.100(W:混酸中水的质量分数),Q=16 mL·min<'-1>[Qc=3.46mL·min<'-1>(Qc:氯苯的体积流量)],t=40 min(t:反应停留时间)。在该工艺条件下,氯苯转化率可达100%,反应选择性为95.4%,以氯苯量计,产率为95.4%,粗产品中2,4-二硝基氯苯含量为96.39%;对粗产品的熔点和结晶点进行了测定,其熔点为49.8℃,结晶点为47.48℃;对合成实验的重复性和稳定性进行了验证,其产率均在95%以上,实验的稳定性和重复性较好。 采用熔融结晶法对粗产品进行了结晶,优化出了较佳的结晶工艺条件,即:结晶降温速率在47~45℃区间内为3℃·(15min)<'-1>,在45~22℃区间内为4.5℃·(15min)<'-1>,结晶时间τ<,C>为140 min;发汗升温速率在22~43℃区间内为6℃-(15min)<'-1>,在43~46℃区间内为3℃·(15min)<'-1>,发汗时间为248 min,整个结晶实验时间为388 min。在该工艺条件下,结晶、提纯后的成品的2,4-二硝基氯苯含量可达99.10%,以粗产品的质量计,收率为91.91%;对结晶实验的重复性和稳定性进行了验证,实验的误差<0.03%,结晶实验的稳定性和重复性较好;对成品的熔点和结晶点进行了测定,熔点为50.9℃,结晶点为48.61℃,产品达到了国家规定的行业标准HG/T 2553-2003中的优级品的要求。 对废酸的处理和再利用进行了研究,首先,采用氯苯萃取的方法来处理废酸中的硝酸和有机物,然后,采用蒸馏浓缩的方法以除去过量的水。 处理后,废酸中的硝酸质量分数<0.010,有机物的质量分数<0.010,硫酸的质量分数约为0.920,水的质量分数约为0.06~0.07,废酸中的硫酸达到了重复使用的要求。 使用由处理过的废酸中的硫酸配制的混酸进行反应时,氯苯的转化率为100%,反应的选择性≥ 93.8%,产率≥ 93.8%;与使用由新鲜原料配制的混酸进行反应时相比,氯苯转化率相同,选择性差值<2%,产率差值<2%,废酸的利用效果较好。

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