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年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚車間工藝設(shè)計(jì)
——工藝流程的設(shè)計(jì)
摘 要：2,4-二甲基苯酚作為一種重要的有機(jī)合成中間體，可用于酚醛樹脂，增塑劑，醫(yī)藥，消毒劑，殺蟲劑，染料，潤滑劑等。本文介紹了2,4-二甲基苯酚的理化性質(zhì)及用途、主要生產(chǎn)方法、市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì),對(duì)年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚的車間工藝作了設(shè)計(jì)，分析了整個(gè)生產(chǎn)過程的原理，工藝條件，確定了各個(gè)步驟的具體流程，并繪制了流程圖。
關(guān)鍵詞：2,4-二甲基苯酚；酚醛樹脂； 流程圖
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The design of workshop process of
500 t/a 2, 4 - dimethyl phenol
——The process design
Abstract: 2,4 - dimethyl phenol, as a kind of important organic synthetic intermediates, can be used in the phenolic resin, plasticizer, pharmaceuticals, disinfectants, pesticides, dyes, lubricants, etc. This essay introduces the physical and chemical properties of 2, 4 - dimethyl phenol and purpose, main production methods, market prospect and development trend, the annual output of 500 tons of 2, 4 - dimethyl phenol workshop process design, analyses the principle of the whole production process, process conditions, determine the specific process steps, and draw the flow-process diagram.
Keywords: 2, 4 - dimethyl phenol; phenonic resin; the flow-process diagram
目 錄
摘 要： 1
ABSTRACT: 1
1. 概述 2
1.1 2,4-二甲基苯酚的危險(xiǎn)性概述 2
1.2 2,4-二甲基苯酚的組成信息 2
1.3 2,4-二甲基苯酚的危險(xiǎn)性概述 2
1.4 2,4-二甲基苯酚的急救措施 2
1.5 2,4-二甲基苯酚的消防措施 2
1.6 2,4-二甲基苯酚的泄漏應(yīng)急處理 3
1.7 2,4-二甲基苯酚的操作處置與儲(chǔ)存 3
1.8 2,4-二甲基苯酚的理化特性 3
1.9 2,4-二甲基苯酚的主要生產(chǎn)商 3
2．2,4-二甲基苯酚合成方法 4
2.1 合成路線總述 4
2.1.1 管道化工藝合成2,4-二甲基苯酚法 4
2.1.2 新重氮鹽水解法制備2,4-二甲基苯酚法 4
2.1.3 間二甲苯制取2,4-二甲基苯酚法 4
2.2 市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì) 4
2.3 原料、輔助原料、產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 5
3. 生產(chǎn)2,4-二甲基苯酚的合成工藝 5
3.1 具體生產(chǎn)工藝過程 5
3.2 生產(chǎn)工藝過程總述 6
3.3 生產(chǎn)工藝流程框圖 6
4. 具體生產(chǎn)過程分析 6
4.1 重氮化過程 6
4.1.1 重氮化過程的機(jī)理 7
4.1.2 重氮化條件的確定 7
4.1.2.1 酸的用量 7
4.1.2.2 亞硝酸的用量 7
4.1.2.3 反應(yīng)溫度 8
4.1.3 重氮化方法的選擇 8
4.1.4 重氮化反應(yīng)器的確定 8
4.2 水解過程 9
4.2.1 水解條件的確定 9
4.2.1.1 溶劑的選擇 9
4.2.1.2 溶劑量的確定 9
4.2.2 水解方法的確定 10
4.3 分離過程 10
4.3.1 分離方法 10
4.3.2 分離設(shè)備 11
4.4 精制過程 12
4.4.1 精制方法的選擇 12
4.4.2 精餾方法的分類 12
4.4.2.1 簡(jiǎn)單精餾 12
4.4.2.2 平衡精餾 12
4.4.2.3 恒沸精餾 12
4.4.2.4 萃取精餾 13
4.4.2.5 加鹽精餾 13
5. 結(jié)束語 14
參考文獻(xiàn) 15
謝 辭 16
XX大學(xué)
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
題 目 年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚車間工藝設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)名稱 化學(xué)工程與工藝
指導(dǎo)教師
20xx 年 5 月 30 日
?
目 錄
摘 要： 1
ABSTRACT: 1
1. 概述 2
1.1 2,4-二甲基苯酚的危險(xiǎn)性概述 2
1.2 2,4-二甲基苯酚的組成信息 2
1.3 2,4-二甲基苯酚的危險(xiǎn)性概述 2
1.4 2,4-二甲基苯酚的急救措施 2
1.5 2,4-二甲基苯酚的消防措施 2
1.6 2,4-二甲基苯酚的泄漏應(yīng)急處理 3
1.7 2,4-二甲基苯酚的操作處置與儲(chǔ)存 3
1.8 2,4-二甲基苯酚的理化特性 3
1.9 2,4-二甲基苯酚的主要生產(chǎn)商 3
2．2,4-二甲基苯酚合成方法 4
2.1 合成路線總述 4
2.1.1 管道化工藝合成2,4-二甲基苯酚法 4
2.1.2 新重氮鹽水解法制備2,4-二甲基苯酚法 4
2.1.3 間二甲苯制取2,4-二甲基苯酚法 4
2.2 市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì) 4
2.3 原料、輔助原料、產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格 5
3. 生產(chǎn)2,4-二甲基苯酚的合成工藝 5
3.1 具體生產(chǎn)工藝過程 5
3.2 生產(chǎn)工藝過程總述 6
3.3 生產(chǎn)工藝流程框圖 6
4. 具體生產(chǎn)過程分析 6
4.1 重氮化過程 6
4.1.1 重氮化過程的機(jī)理 7
4.1.2 重氮化條件的確定 7
4.1.2.1 酸的用量 7
4.1.2.2 亞硝酸的用量 7
4.1.2.3 反應(yīng)溫度 8
4.1.3 重氮化方法的選擇 8
4.1.4 重氮化反應(yīng)器的確定 8
4.2 水解過程 9
4.2.1 水解條件的確定 9
4.2.1.1 溶劑的選擇 9
4.2.1.2 溶劑量的確定 9
4.2.2 水解方法的確定 10
4.3 分離過程 10
4.3.1 分離方法 10
4.3.2 分離設(shè)備 11
4.4 精制過程 12
4.4.1 精制方法的選擇 12
4.4.2 精餾方法的分類 12
4.4.2.1 簡(jiǎn)單精餾 12
4.4.2.2 平衡精餾 12
4.4.2.3 恒沸精餾 12
4.4.2.4 萃取精餾 13
4.4.2.5 加鹽精餾 13
5. 結(jié)束語 14
參考文獻(xiàn) 15
謝 辭 16
年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚車間工藝設(shè)計(jì)
——工藝流程的設(shè)計(jì)
摘 要：2,4-二甲基苯酚作為一種重要的有機(jī)合成中間體，可用于酚醛樹脂，增塑劑，醫(yī)藥，消毒劑，殺蟲劑，染料，潤滑劑等。本文介紹了2,4-二甲基苯酚的理化性質(zhì)及用途、主要生產(chǎn)方法、市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì),對(duì)年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚的車間工藝作了設(shè)計(jì)，分析了整個(gè)生產(chǎn)過程的原理，工藝條件，確定了各個(gè)步驟的具體流程，并繪制了流程圖。
關(guān)鍵詞：2,4-二甲基苯酚；酚醛樹脂； 流程圖
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The design of workshop process of
500 t/a 2, 4 - dimethyl phenol
——The process design
Abstract: 2,4 - dimethyl phenol, as a kind of important organic synthetic intermediates, can be used in the phenolic resin, plasticizer, pharmaceuticals, disinfectants, pesticides, dyes, lubricants, etc. This essay introduces the physical and chemical properties of 2, 4 - dimethyl phenol and purpose, main production methods, market prospect and development trend, the annual output of 500 tons of 2, 4 - dimethyl phenol workshop process design, analyses the principle of the whole production process, process conditions, determine the specific process steps, and draw the flow-process diagram.
Keywords: 2, 4 - dimethyl phenol; phenonic resin; the flow-process diagram
1. 概述
1.1 2,4-二甲基苯酚的化學(xué)品名稱
化學(xué)品中文名稱：2,4-二甲酚?；瘜W(xué)品英文名稱：2,4-xylenol。中文名稱：1-羥基-2,4-二甲苯。英文名稱：2,4-dimethyl phenol。 技術(shù)說明書編碼：2218 CAS。No.：105-67-9。分子式：C8H10O。分子量：122.18。
1.2 2,4-二甲基苯酚的組成信息
分子式：C8H10O 分子量：122.18 有害物成分含量 CAS No. 2,4-二甲酚 >99% 105-67-9。
1.3 2,4-二甲基苯酚的危險(xiǎn)性概述
健康危害：本品蒸氣能刺激眼睛、皮膚和呼吸系統(tǒng)。誤服或經(jīng)皮膚吸收能導(dǎo)致頭痛、眩暈、惡心、嘔吐、腹痛、衰竭、昏迷等癥狀。對(duì)皮膚可造成腐蝕性灼傷。環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)水體和大氣可造成污染。 燃爆危險(xiǎn)：本品可燃，具腐蝕性、刺激性，可致人體灼傷。
1.4 2,4-二甲基苯酚的急救措施
皮膚接觸：立即脫去污染的衣著，用大量流動(dòng)清水沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。 眼睛接觸：立即提起眼瞼，用大量流動(dòng)清水或生理鹽水徹底沖洗至少15分鐘。就醫(yī)。吸入：迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難，給輸氧。如呼吸停止，立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。 食入：盡快徹底洗胃。給飲牛奶或蛋清。就醫(yī)。
1.5 2,4-二甲基苯酚的消防措施
危險(xiǎn)特性：遇高熱、明火或與氧化劑接觸, 有引起燃燒的危險(xiǎn)。具有腐蝕性。 有害燃燒產(chǎn)物：一氧化碳、二氧化碳。
1.6 2,4-二甲基苯酚的泄漏應(yīng)急處理
滅火方法：消防人員須佩戴防毒面具、穿全身消防服，在上風(fēng)向滅火。滅火劑：霧狀水、泡沫、干粉、二氧化碳、砂土。應(yīng)急處理：隔離泄漏污染區(qū)，限制出入。切斷火源。建議應(yīng)急處理人員戴防塵口罩，穿防酸堿工作服。不要直接接觸泄漏物。小量泄漏：避免揚(yáng)塵，小心掃起，收集于密閉容器中。大量泄漏：收集回收或運(yùn)至廢物處理場(chǎng)所處置。
1.7 2,4-二甲基苯酚的操作處置與儲(chǔ)存
操作注意事項(xiàng)：密閉操作，局部排風(fēng)。防止粉塵釋放到車間空氣中。操作人員必須經(jīng)過專門培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過濾式防塵口罩，戴化學(xué)安全防護(hù)眼鏡，穿防毒物滲透工作服，戴橡膠手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。使用防爆型的通風(fēng)系統(tǒng)和設(shè)備。避免產(chǎn)生粉塵。避免與氧化劑接觸。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。儲(chǔ)存注意事項(xiàng)： 儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫房。遠(yuǎn)離火種、熱源。防止陽光直射。包裝密封。應(yīng)與氧化劑分開存放，切忌混儲(chǔ)。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
1.8 2,4-二甲基苯酚的理化特性
主要成分：2,4-二甲基苯酚。含量：>90%。外觀與性狀：針狀結(jié)晶。熔點(diǎn)：26℃。沸點(diǎn)：211.5℃。相對(duì)密度(水=1)：1.036。相對(duì)蒸氣密度(空氣=1)：無資料。飽和蒸氣壓(kPa)：1.33(92℃)。燃燒熱(kJ/mol)：無資料。臨界溫度(℃)： 434.4。臨界壓力(MPa)：無資料。辛醇/水分配系數(shù)的對(duì)數(shù)值：無資料。閃點(diǎn)(℃)：>110。引燃溫度(℃)：無資料。爆炸上限%(V/V)：無資料。爆炸下限%(V/V)： 無資料。溶解性：溶于水、醇。主要用途：用作溶劑、殺菌劑。合成抗氧劑(阻聚劑)TB。
1.9 2,4-二甲基苯酚的主要生產(chǎn)商
上海瑞碩化工有限公司，南京銀旗生物高純化學(xué)品部,北京恒業(yè)中遠(yuǎn)化工有限公司,連云港康寧化工有限公司,上海富蔗化工有限公司,蘇州科瑞德國際貿(mào)易有限公司,寧波市迪盛化學(xué)有限公司,常熟市天嘉化工貿(mào)易有限公司,南京大唐化工有限責(zé)任公司,連云港寧康化工有限公司,南京九龍化工有限公司等。
2. 2,4-二甲基苯酚合成方法
2.1 合成路線總述
2,4-二甲基苯酚的合成路線有多種，其中大多為實(shí)驗(yàn)室制備法，難以在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用。相對(duì)而言，2,4-二甲基甲苯法和新重氮鹽水解法最適用于工業(yè)應(yīng)用。現(xiàn)將其合成路線一一作以介紹。
2.1.1 管道化工藝合成2,4-二甲基苯酚法
以2,4-二甲基苯胺為原料,經(jīng)重氮化及管道化水解得到2,4-二甲基苯酚。采用管道化水解替代了傳統(tǒng)的釜式水解工藝,氣沫流出時(shí)間縮短為1h,顯著提高生產(chǎn)效率,且副產(chǎn)物少,原料轉(zhuǎn)化率高,粗品含量達(dá)92.4%。
2.1.2 新重氮鹽水解法制備2,4-二甲基苯酚法
以2,4-二甲基苯胺為原料,經(jīng)重氮化、水解及水汽蒸餾法合成2,4-二甲基苯酚。將生成的2,4-二甲基苯酚迅速萃取到混合溶劑中并利用水汽蒸餾法及時(shí)從反應(yīng)體系中移出,有效抑制重氮鹽水解的串聯(lián)副反應(yīng),極大地提高了產(chǎn)品收率。同時(shí)溶劑與水解液回收套用,大大降低成本且降低廢酸排放。在本工藝條件下,平均收率88.2%。
2.1.3 間二甲苯法制取2,4-二甲基苯酚法
2,4-二甲基苯酚的合成多以間二甲苯作為原料，經(jīng)過磺化，鹽析，堿熔，酸化等工序來制得。此法原料易得，但反應(yīng)步驟多，操作繁瑣，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，成本較高，且三廢處理量大。
2.2 市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)
2,4-二甲基苯酚是重要的有機(jī)合成中間體，可用于酚醛樹脂，增塑劑，醫(yī)藥，消毒劑，殺蟲劑，染料，潤滑劑等。一般是煤焦油，工業(yè)二甲酚等有機(jī)物中分離而得。隨著石油化工酚的發(fā)展，有機(jī)合成產(chǎn)品的種類不斷增多，市場(chǎng)對(duì)2,4-二甲基苯酚的需求也日益增大。2,4-二甲基苯酚的合成多以間二甲苯作為原料，經(jīng)過磺化，鹽析，堿熔，酸化等工序來制得。此法原料易得，但反應(yīng)步驟多，操作繁瑣，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，成本較高，且三廢處理量大。目前主要通過重氮鹽水解法合成，是先將2,4-二甲基苯胺制成重氮鹽，再將重氮鹽進(jìn)行水解。該反應(yīng)條件溫和工藝操作簡(jiǎn)便，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和工業(yè)化前景。
2.3 原料、輔助原料、產(chǎn)品的主要技術(shù)規(guī)格
原料：2,4-二甲基苯胺（99%）工業(yè)品、亞硫酸鈉（98%）工業(yè)品、硫酸（98%）工業(yè)品、氨基磺酸（99%）工業(yè)品、水等。
表1 產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)
指標(biāo)名稱 質(zhì)量指標(biāo)
外觀 針狀結(jié)晶
含量% 大于或等于99
熔點(diǎn) 26°C
沸點(diǎn) 211.5°C
3. 生產(chǎn)2,4-二甲基苯酚的合成工藝
3.1 具體生產(chǎn)工藝過程
基于對(duì)2,4-二甲基苯酚合成路線的研究分析，比較各個(gè)生產(chǎn)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，并且綜合考慮各自生產(chǎn)成本、反應(yīng)條件和產(chǎn)品分離等因素，現(xiàn)選擇新重氮鹽水解法作為此次工藝設(shè)計(jì)（年產(chǎn)500噸2,4-二甲基苯酚的車間工藝設(shè)計(jì)）的合成工藝。其工藝過程如下:
先在反應(yīng)釜中用濃硫酸和水按比例配制混合酸（50%），并冷卻，將2,4-二甲基苯胺加入反應(yīng)釜，再滴加亞硝酸鈉進(jìn)行重氮化反應(yīng)，之后將重氮化產(chǎn)物在反應(yīng)釜中進(jìn)行水解反應(yīng)，然后將水解產(chǎn)物分離，分離出水與產(chǎn)物，最后將產(chǎn)物送至精餾塔進(jìn)行精制，塔底產(chǎn)品為副產(chǎn)物，塔頂產(chǎn)品為2，4-二甲基苯酚。
水
2，4-二甲基苯胺
配 酸
分 離
水 解
重氮化
濃硫酸
亞硝酸鈉
水
2，4-二甲基苯酚
精 餾
3.2 生產(chǎn)工藝過程總述
用2,4-二甲基苯胺生產(chǎn)2,4-二甲基苯酚分四部進(jìn)行，分別為：
a.用硫酸（98%）和水配置混合酸（50%）；
b.將混合酸與2,4-二甲基苯胺在反應(yīng)釜中混合反應(yīng)并滴加亞硝酸鈉進(jìn)行重氮化；
c.將重氮化產(chǎn)物進(jìn)行水解得2,4-二甲基苯酚；
d.精餾分離出副產(chǎn)物與溶劑，即得產(chǎn)品2,4-二甲基苯酚。
3.3 生產(chǎn)工藝流程框圖
亞硝酸鈉
2，4-二甲基苯胺
分 離
水 解
配酸
重氮化
濃硫酸
水蒸氣
水
濃縮
廢酸
循環(huán)酸
2,4-二甲基苯酚
精 制
?圖1 3,4-二甲基苯胺的生產(chǎn)工藝流程框圖
4． 具體生產(chǎn)過程分析
4.1 重氮化過程
4.1.1 重氮化過程的機(jī)理
重氮化反應(yīng)的機(jī)理是首先由一級(jí)胺與重氮化試劑結(jié)合，然后通過一系列質(zhì)子轉(zhuǎn)移，最后生成重氮鹽。重氮化試劑的形式與所用的無機(jī)酸有關(guān)。當(dāng)用較弱的酸時(shí)，亞硝酸在溶液中與三氧化二氮達(dá)成平衡，有效的重氮化試劑是三氧化二氮。當(dāng)用較強(qiáng)的酸時(shí)，重氮化試劑是質(zhì)子化的亞硝酸和亞硝酰正離子。因此重氮化反應(yīng)中，控制適當(dāng)?shù)膒H值是很重要的。芳香族一級(jí)胺堿性較弱，需要用較強(qiáng)的亞硝化試劑，所以通常在較強(qiáng)的酸性下進(jìn)行反應(yīng)。
8 G, ]4 N# `8 q* |- a# n重氮化反應(yīng)可用反應(yīng)式表示為：1 v+ x: B X9 G% A. p8 \9 Y
Ar-NH2 + 2HX + NaNO2--—Ar-N2X + NaX + 2H20
! z0 y7 [8 l7 Q! p) e8 4.1.2 重氮化條件確定
4.1.2.1 1.1.1酸的用量 ' {1 y8 R0 s1 u3 V' @" B3 {
從反應(yīng)式可知酸的理論用量為2mol，在反應(yīng)中無機(jī)酸的作用是，首先使芳胺溶解，其次與亞硝酸銷生成亞硝酸，最后生成重氮鹽。重氮鹽一般是容易分解的，只有在過量的酸液中才比較穩(wěn)定，所以重氮化時(shí)實(shí)際上用酸量過量很多，常達(dá)3mol，反應(yīng)完畢時(shí)介質(zhì)應(yīng)呈強(qiáng)酸性(pH值為3)，對(duì)剛果紅試紙呈藍(lán)色．重氮過程中經(jīng)常檢查介質(zhì)的pH值是十分必要的。$ ^* u3 R& p9 l2 g* I2 h& g+ ^0 反應(yīng)時(shí)若酸用量不足，生成的重氮鹽容易和未反應(yīng)的芳胺偶合，生成重氮氨基化合物：
$ p' R0 \3 S# {5 _; x" C' u Ar-N2Cl + ArNH2——Ar-N＝N—NHAr + HCl: L4 y4 j* b) }( t$ m3 Y5 d% t7 G; p/ ].這是一種自我偶合反應(yīng)，是不可逆的， 一旦重氮氨基物生成，即使補(bǔ)加酸液也無法使重氮氨基物轉(zhuǎn)變?yōu)橹氐}，因此使重氮鹽的質(zhì)量變壞，產(chǎn)率降低。在酸量不足的情況下，重氮鹽容易分解，溫度越高，分解越快。
4.1.2.2 亞硝酸鈉的用量r3 {* A0 `1 S9 K% _5 _( `
重氮化反應(yīng)進(jìn)行時(shí)自始至終必須保持亞硝酸稍過量，否則也會(huì)引起自我偶合反應(yīng)。重氮化反應(yīng)速度是由加入亞硝酸鈉溶液加速度來控制的，必須保持一定的加料速度，過慢則來不及作用的芳胺會(huì)和重氮鹽作用生成自我偶合反應(yīng)。亞硝酸鈉溶液常配成30％的濃度使用．因?yàn)樵谶@種濃度下即使在－15℃也不會(huì)結(jié)冰。
& R) _+ g" |5 X3 o7 f. Q 反應(yīng)時(shí)檢定亞硝酸過量的方法是用碘化鉀淀粉試紙?jiān)囼?yàn)，一滴過量亞硝酸液的存在可使碘化鉀淀粉試紙變藍(lán)色。由于空氣在酸性條件下也可位碘化鉀淀粉試紙氧化變色，所以試驗(yàn)的時(shí)間以0.5-2s內(nèi)顯色為準(zhǔn)。 k6 _( f& k. I" ^+ A* x
亞硝酸過量對(duì)下一步偶合反應(yīng)不利，所以過量的亞硝酸常加入尿素或氨基磺酸以消耗過量亞硝酸亞硝酸過量時(shí)，也可以加入少量原料芳伯胺，使和過量的亞礎(chǔ)酸作用而除去。
4.1.2.3 3。 反應(yīng)溫度 / s0 G6 W& |7 q3 M
重氯化反應(yīng)一般在0-5℃進(jìn)行，這是因?yàn)榇蟛糠种氐}在低溫下較穩(wěn)定，在較高溫度下重氮鹽分解速度加快的結(jié)果。另外亞硝酸在較高溫度下也容易分解。重氮化反應(yīng)溫度常取決于重氮鹽的穩(wěn)定性，對(duì)-氨基苯磺酸重氮鹽穩(wěn)定性高，重氮化溫度可在10-15℃進(jìn)行；1-氨基萘-4-磺酸重氮鹽穩(wěn)定性更高，重氮化溫度可在35℃進(jìn)行。重氮化反應(yīng)一般在較低溫度下進(jìn)行這一原則不是絕對(duì)的，在間歇反應(yīng)鍋中重氮反應(yīng)時(shí)間長，保持較低的反應(yīng)溫度是正確的，但在管道中進(jìn)行重氮化時(shí)，反應(yīng)中生成的重氮鹽會(huì)很快轉(zhuǎn)化，因此重氮化反應(yīng)可在較高溫度下進(jìn)行。
4.1.3 , t6 H0 d5 |6 {8 ?+ S8 ~9 j1 x/ `4.1.3444三、 重氮化方法的確定, s& f2 }( ^( Y* Z% V; R
重氮化方法有順法和逆法兩種。- R. q# r, \. `6 u8 e* y( l
1、順法就是在色基中先加適量水調(diào)合，再加入規(guī)定量鹽酸，在低溫和不斷攪拌下緩緩加入亞硝酸鈉，使重氮化反應(yīng)完成。色基大紅G、色基橙GC與色基紫醬GBC都可采用順法。重氮化溫度為5～10℃，時(shí)間約10min，溫度過高、時(shí)間過短，都不能得到較好的重氮化結(jié)果。為使重氮化反應(yīng)完全，還需將色基重氮化溶液放置15min左右，臨用前加適量的醋酸和醋酸鈉。大多數(shù)溶于稀無機(jī)酸的芳伯胺采用此法重氮化。: l: P, H" W- @1 D
2、逆法重氮化是將色基與亞硝酸鈉和適量的冷水調(diào)成均勻糊狀并加冰冷卻，然后將它緩慢傾入不斷攪拌的冰鹽酸溶液中，使反應(yīng)完成，色基紅B等就是采用逆法重氮化的。在稀酸中難溶解的氨基芳磺酸等用此法重氮化。
- m& ? D/ E$ D0 G$ z& a 3、亞硝酰硫酸法。用于在稀酸中難溶解的芳伯胺（堿性極弱）重氮化,即先將芳伯胺溶于濃硫酸或冰醋酸中,再向其中加入亞硝酰硫酸溶液。
綜上選用第三種方法進(jìn)行重氮化，且為帶有攪拌器的罐式反應(yīng)器進(jìn)行重氮化反應(yīng)，具有小設(shè)備、大生產(chǎn)、高效率及自動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)。
4.1.4 重氮化反應(yīng)器的確定
反應(yīng)器的選用關(guān)鍵在于反應(yīng)是采用間歇操作還是連續(xù)操作。連續(xù)操作是連續(xù)地將原料加入反應(yīng)器，反應(yīng)后的原料也連續(xù)的流出反應(yīng)釜，所使用的反應(yīng)釜叫連續(xù)釜。間歇操作是原料一次性加入反應(yīng)器，然后在釜內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過一定時(shí)間后，達(dá)到要求的反應(yīng)程度便卸出全部物料，接著清洗反應(yīng)釜，繼而進(jìn)行下一批原料的裝入、反應(yīng)和卸料，即一批一批的反應(yīng)，所以這種反應(yīng)釜又叫分批式反應(yīng)釜或間歇式反應(yīng)釜。要采用哪種發(fā)應(yīng)釜，首先取決于生產(chǎn)規(guī)模。連續(xù)反應(yīng)釜適用于生產(chǎn)規(guī)模較大的生產(chǎn)過程。當(dāng)是液相反應(yīng)而生產(chǎn)量不大時(shí)，采用間歇操作比較有利。間歇操作流程控制簡(jiǎn)單，反應(yīng)釜中各部分的組成和溫度是一致的，物料停留時(shí)間是一樣的。隨著反應(yīng)時(shí)間延續(xù)，反應(yīng)速度逐漸減慢，溫度控制逐步提高，到反應(yīng)告一段落時(shí)，反應(yīng)物料從反應(yīng)器一次流出。
由于本設(shè)計(jì)為年產(chǎn)500噸，生產(chǎn)規(guī)模較小，故采用間歇式反應(yīng)器。因?yàn)樵?,4-二甲基苯胺，硫酸和亞硝酸鈉都具有腐蝕性，為了防腐和保證產(chǎn)品純度，可采用不銹鋼的反應(yīng)釜。
4.2 水解過程
4.2.1 水解條件的確定
4.2.1.1 溶劑的選擇
不同溶劑對(duì)水解的影響見表2。
表2 不同溶劑對(duì)水解的影響
溶劑 收率/％
水 85
水和甲苯 85.5
水，甲苯，BSB 88.4
由表2可知不同的溶劑對(duì)收率影響明顯，溶劑只有水或者水與甲苯時(shí)，新產(chǎn)生的二甲酚不能快速移動(dòng)到有機(jī)相中；加入一定量BSB之后，產(chǎn)品快速轉(zhuǎn)入有機(jī)相而后隨蒸汽脫離反應(yīng)體系，降低了產(chǎn)品濃度，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，提高了反應(yīng)收率。
4.2.1.2 溶劑量的確定
由表3可知，BSB的加入有助于甲苯的萃取效果，保證新產(chǎn)生的二甲酚快速轉(zhuǎn)移到有機(jī)相中而后隨蒸汽脫離反應(yīng)體系；但BSB增加過量，有機(jī)相與水相就很難分離，增加了二甲酚分子脫離體系的難度，造成收率下降甚至分離不出二甲酚。
溶劑量對(duì)水解的影響見表3。
表3 溶劑量對(duì)水解的影響
甲苯/mL BSB/mL 收率/％
100 0 85.5
90 10 86.3
80 20 88.4
70 30 86
50 50 分離困難
4.2.2 水解方法的選擇
1．重氮鹽分幾步升溫到75-85℃水解。
2．重氮鹽滴加到75-85℃得硫酸水溶液中。
3．重氮鹽滴加到沸騰的有萃取劑的硫酸溶液中，并用水汽蒸餾法帶出反應(yīng)產(chǎn)物2,4—二甲基苯酚。
4． 管道化水解將制得的重氮鹽打入管道中，油浴加熱至120℃。
表4 水解方法對(duì)收率的影響
水解方法/mL 收率/％
方法1 78-82
方法2 85
方法3 88-89
由表4可以看出，不同的水解方法所得的收率相差很大，方法1分幾步升溫目的是減少預(yù)熱過程，抑制低活化能的副反應(yīng)，但仍然存在這一過程；方法2更有利于重氮鹽水解的溫度效應(yīng)，85％的收率是最好的證明，也說明保證產(chǎn)物酚的低濃度與重氮鹽低濃度同樣重要；方法3通過BSB快速把產(chǎn)物酚轉(zhuǎn)移到甲苯中，再通過水蒸氣蒸餾法移出反應(yīng)體系，使平衡正向移動(dòng)，有效抑制主反應(yīng)的串聯(lián)副反應(yīng)，收率明顯提高。
4.3 分離過程
4.3.1 分離方法
經(jīng)第一工段水解反應(yīng)后，所得產(chǎn)物主要為2,4-二甲基苯酚和亞硝酸鈉及水，必須在后續(xù)精餾前將水解產(chǎn)物與水進(jìn)行分離，其中水解產(chǎn)物進(jìn)入下一工段進(jìn)行精餾，廢酸經(jīng)處理后作原料循環(huán)使用。
具體分離過程如下：所得水解產(chǎn)物與廢酸共同經(jīng)輸送泵打入連續(xù)分離器中，依水解產(chǎn)物與廢酸（廢酸為無機(jī)酸）的無機(jī)物與有機(jī)物不相混溶的性質(zhì)，混合靜置后而產(chǎn)生分層現(xiàn)象，因酸的密度較硝化產(chǎn)物大一些，出現(xiàn)在連續(xù)分離器的底部，被送入廢酸貯槽中以作后續(xù)循環(huán)原料利用；水解產(chǎn)物出現(xiàn)在上部，貯存在中間罐內(nèi)，作后續(xù)精餾分離。
4.3.2 分離設(shè)備
離心分離機(jī)是利用離心力，分離液體與固體顆粒或液體與液體的混合物中各組分的機(jī)械，又稱管式離心機(jī)。離心分離機(jī)主要用于將懸浮液中的固體顆粒與液體分開；或?qū)⑷闈嵋褐袃煞N密度不同，又互不相溶的液體分開(例如從牛奶中分離出奶油、油和水）；它也可用于排除濕固體中的液體。
工業(yè)用離心機(jī)按結(jié)構(gòu)和分離要求，可分為過濾離心機(jī)、沉降離心機(jī)和分離機(jī)三類。選擇離心離心機(jī)須根據(jù)懸浮液(或乳濁液)中固體顆粒的大小和濃度、固體與液體(或兩種液體)的密度差、液體粘度、濾渣(或沉渣)的特性，以及分離的要求等進(jìn)行綜合分析，滿足對(duì)濾渣(沉渣)含濕量和濾液(分離液)澄清度的要求，初步選擇采用哪一類離心分離機(jī)。然后按處理量和對(duì)操作的自動(dòng)化要求，確定離心機(jī)的類型和規(guī)格，最后經(jīng)實(shí)際試驗(yàn)驗(yàn)證。
對(duì)于液體混合物的分離設(shè)備，除可采用蒸餾的方法外，還可采用萃取的方法，即在液體混合物（原料液）中加入一個(gè)與其基本不相混溶的液體作為溶劑，造成第二相，利用原料液中各組分在兩個(gè)液相中的溶解度不同而使原料液混合物得以分離。液-液萃取，亦稱溶劑萃取，簡(jiǎn)稱萃取或抽提。選用的溶劑稱為萃取劑，以S表示；原料液中易溶于S的組分，稱為溶質(zhì)，以A表示；難溶于S的組分稱為原溶劑（或稀釋劑），以B表示。如果萃取過程中，萃取劑與原料液中的有關(guān)組分不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，則稱之為物理萃取，反之則稱之為化學(xué)萃取。
由于本設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合考慮對(duì)液液兩相分離我們采用離心分離，連續(xù)分離出水解產(chǎn)物和水。
4.4 精制過程
4.4.1 精制方法的選擇
對(duì)于2,4-二甲基苯酚和副產(chǎn)物，二者屬于化學(xué)性質(zhì)相近的兩種有機(jī)物，沸點(diǎn)相差比較小，因此用精餾方法來進(jìn)行分離。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用填料塔連續(xù)精餾方法。
4.4.2 精制方法的分類
精餾有一下幾類分類方法：
a.根據(jù)操作方式，精餾可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；
b.根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；
c.根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過程伴有化學(xué)反應(yīng)，則為反應(yīng)精餾。
4.4.2.1 簡(jiǎn)單蒸餾
簡(jiǎn)單蒸餾又稱微分蒸餾，也是一種單級(jí)蒸餾，常以間歇方式進(jìn)行。
4.4.2.2 平衡蒸餾
平衡蒸餾（又叫閃蒸）是一種單級(jí)蒸餾操作。當(dāng)在單級(jí)釜內(nèi)進(jìn)行平衡蒸餾時(shí)，釜內(nèi)液體混合物被部分汽化，使氣相與液相處于平衡狀態(tài)，然后將氣液兩相分開，這種操作既可以間歇操作又可以連續(xù)操作。
有機(jī)物的分離需結(jié)合被分離物的物理與化學(xué)性質(zhì)而定，常用分離方法有物理分離法與化學(xué)分離法，對(duì)于兩種有機(jī)物的分離采用化學(xué)分離法居多。若二者的沸點(diǎn)相差溫度＞30℃[7]以上，則使用普通的蒸餾方法進(jìn)行分離即可，否則得用精餾法進(jìn)行。
4.4.2.3 恒沸精餾
恒沸精餾是在被分離的二元混合液中加入第三組分，該組分能與原溶液中的一個(gè)或者兩個(gè)組分形成最低恒沸物，從而形成了‘恒沸物—純組分’的精餾體系，恒沸物從塔頂蒸出，純組分從塔底排出，這種形式的精餾稱為恒沸精餾，其中所添加的第三個(gè)組分稱為恒沸劑或者夾帶劑。
恒沸精餾主要用于各種有機(jī)物的脫水以及醛，酮，有機(jī)酸及烴類氧化物的分離。關(guān)于恒沸精餾的研究很多，近幾年的有加入一種恒沸劑來分離硝基氯苯，用恒沸精餾來分離硝基氯苯比普通精餾所用的能耗低，所需的理論塔板數(shù)少，并具有投資小，可連續(xù)生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。
4.4.2.4 萃取精餾
萃取精餾是一種特殊精餾方法 ,適用于近沸點(diǎn)物系和共沸物的分離。萃取精餾按操作方式可分為連續(xù)萃取精餾和間歇萃取精餾 ,間歇萃取精餾是近年發(fā)展起來的新的萃取精餾方法。萃取精餾的關(guān)鍵是溶劑的選擇 ,以往萃取精餾采用的溶劑是單一溶劑 ,近年來人們開始研究使用混合溶劑 ,取得了良好效果。
萃取精餾有連續(xù)萃取精餾和間歇萃取精餾。目前關(guān)于間歇萃取精餾成為研究的熱點(diǎn)。方靜等人研究出先加入溶劑的間歇萃取精餾，該精餾方式是精餾塔釜液接近泡點(diǎn)時(shí)，就將溶劑以一定流量連續(xù)加入精餾塔，當(dāng)蒸汽上升至塔頂就以一定的回流比采出產(chǎn)品。先加入溶劑的間歇萃取精餾比常規(guī)的精餾具有操作簡(jiǎn)單，操作時(shí)間短，能耗低等優(yōu)點(diǎn)。
4.4.2.5 加鹽精餾
加鹽精餾是一種采取特殊萃取劑的萃取精餾，用于難分離混合物的分離，如有機(jī)溶液，乙醇-水，丙醇-水，水-醋酸等。因?yàn)辂}類與水有很強(qiáng)的相互作用，加入鹽類可使有機(jī)物與水的相對(duì)揮發(fā)度增大，有利于采用精餾方法進(jìn)行分離。
加鹽精餾主要用于制取高濃度的硝酸。方法是在硝酸的濃縮過程中，加入適量的硝酸鎂溶液，使硝酸與水的平衡關(guān)系發(fā)生明顯的變化，揮發(fā)能力差異增大。從而采取精餾方法獲取高純度的硝酸。加鹽精餾也可用于制取高濃度的鹽酸。
現(xiàn)在很多研究人員將加鹽精餾和萃取精餾結(jié)合起來研究提高了混合物的分離效果，具有較大的節(jié)能效果。
本設(shè)計(jì)任務(wù)為2,4-二甲基苯酚和副產(chǎn)物的分離。有機(jī)物的分離需結(jié)合被分離物的物理與化學(xué)性質(zhì)而定，常用分離方法有物理分離法與化學(xué)分離法，對(duì)于兩種有機(jī)物的分離采用化學(xué)分離法居多。若二者的沸點(diǎn)相差溫度＞30℃[7]以上，則使用普通的蒸餾方法進(jìn)行分離即可，否則得用精餾法進(jìn)行。對(duì)于2,4-二甲基苯酚和副產(chǎn)物，二者屬于化學(xué)性質(zhì)相近的兩種有機(jī)物，沸點(diǎn)相差比較小，因此用精餾方法來進(jìn)行分離。對(duì)于二元混合物的分離，應(yīng)采用連續(xù)精餾流程。設(shè)計(jì)中采用泡點(diǎn)進(jìn)料，將原料液通過預(yù)熱器加熱至泡點(diǎn)后送入精餾塔內(nèi)進(jìn)行分離。本精餾塔采取常壓精餾，塔頂上升蒸氣采用全凝器冷凝，冷凝液在泡點(diǎn)下一部分回流至塔內(nèi)，其余部分經(jīng)產(chǎn)品冷卻器冷卻后送至儲(chǔ)槽。
結(jié)束語
本文主要介紹了2，4-二甲基苯酚車間工藝設(shè)計(jì)的整個(gè)生產(chǎn)工藝流程的設(shè)計(jì)，2，4-二甲基苯酚的合成是一個(gè)相當(dāng)成熟的工藝，它的生產(chǎn)具有廣闊的市場(chǎng)前景及發(fā)展趨勢(shì)。通過各種渠道查閱了大量資料后，對(duì)各個(gè)生產(chǎn)過程作了理論介紹與綜合生產(chǎn)效益分析，最終確定選用鄰二甲苯硝化還原法生產(chǎn)2，4-二甲基苯酚，其中精餾過程選擇連續(xù)精餾操作流程，最終對(duì)其生產(chǎn)流程過程作了詳細(xì)作圖，具體參見帶控制點(diǎn)的2，4-二甲基苯酚的車間工藝設(shè)計(jì)流程圖詳述。
按設(shè)計(jì)任務(wù)，我所負(fù)責(zé)部分的設(shè)計(jì)已完成，但具體有些部分做得不夠完善，有些問題在資料中具體沒有查到，就按自己理解及平時(shí)所學(xué)積累寫的，請(qǐng)老師給予批評(píng)指正，在以后具體問題中我會(huì)更加努力。
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謝 辭
本論文是在寶雞文理學(xué)院化學(xué)化工系陳虎魁教授的指導(dǎo)下完成的，值此論文完成之際，我謹(jǐn)向陳老師以及所有幫助、關(guān)心我的老師和同學(xué)表示誠摯的感謝。 回想這段時(shí)間，我在作設(shè)計(jì)的過程中遇到了很多問題。開始時(shí)我對(duì)2,4-二甲基苯酚的具體合成工藝知識(shí)認(rèn)識(shí)不足，通過各種方式查閱了大量資料，且以前所學(xué)的CAD制圖已生疏許久，經(jīng)過這次對(duì)2,4-二甲基苯酚的生產(chǎn)流程示意圖的設(shè)計(jì)，對(duì)CAD操作已漸進(jìn)熟練。在面對(duì)和解決問題的過程中，我學(xué)到了很多東西，豐富了自己的理論知識(shí)，實(shí)際操作技能也得到了很大的提高，我深刻體會(huì)到團(tuán)隊(duì)合作精神和集體責(zé)任感的重要性?？傊?，衷心的感謝陳虎魁指導(dǎo)老師，在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成中，給了我們很大的支持和鼓勵(lì)，并給予我們所需要的幫助。同時(shí)，我也感謝和我一起做整個(gè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，我們互相討論，互相學(xué)習(xí)，互相幫助，得到共同提高。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我的實(shí)踐問題分析能力及實(shí)際操作能力都有提高，是我今后學(xué)習(xí)和工作的財(cái)富！
總之，設(shè)計(jì)的完成凝聚著陳老師的幫助、自己的心血以及同學(xué)的幫助，敬請(qǐng)讓我留存于心，在將來的生活和學(xué)習(xí)中，我會(huì)加倍努力表達(dá)對(duì)他們的誠摯謝意。
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