間苯二胺的課程設(shè)計

1、間苯二胺的課程設(shè)計課唐設(shè)計題目間苯二胺課程設(shè)計學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院專業(yè)化學(xué)工程與工藝班級化工xxx班學(xué)生xxx學(xué)號xxxxx指導(dǎo)教師化學(xué)工程系課程指導(dǎo)小組二0一一年十二月十八日學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院專業(yè) 化學(xué)工程與工藝設(shè)計題目間苯二胺的課程設(shè)計學(xué)生xxx學(xué)號xxxxxxxxxxx；一、課程設(shè)計的內(nèi)容主要內(nèi)容為間苯二胺的合成工藝設(shè)計。通過多 種工藝的比較，確定較優(yōu)的工藝路線，繪制出工藝 流程圖、反應(yīng)釜相關(guān)圖紙，并進行經(jīng)濟核算。二、課程設(shè)計的要求查閱國內(nèi)外的相關(guān)文獻不得少于5篇，完成課程設(shè)計任務(wù)。獨立完成給定的設(shè)計任務(wù)后編寫出符合要求 的課程設(shè)計說明書，要求工藝設(shè)計合理；繪 制出必要的設(shè)計圖紙。完成課程設(shè)計

2、的撰寫。三、文獻查詢方向及范圍1 .利用學(xué)校的清華同方數(shù)據(jù)庫、萬方學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、ScienceDirect、ACS（美國化學(xué)學(xué)會） 數(shù)據(jù)庫查詢卟啉在流動注射化學(xué)中的應(yīng)用等 中英文文獻與碩博論文。2.主要參考文獻強計來.高品質(zhì)間苯二胺生產(chǎn)工藝的研究J.天津大學(xué),2002.02.13: 3-15滕俊江，李英春，王現(xiàn)穩(wěn)間二硝基苯催化加 氫制備間苯二胺J.青島科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué) 版). 2003, 24(zl)任效東，張莉間苯二胺的合成山西化工 2003,23(2)Yu Z K, Liao S J, Xu Y. Hydrogenation of nitroaromatics by polym

3、er-anchored bimetallic palladium-ruthenium and palla-dium-platinum catalysts under mild conditionsJ. 1997高蘭玲，周翠文，樊曉偉，甘黎明，楊慧伶制 備間苯二胺工藝的研究與應(yīng)用J.蘭州石化職業(yè) 技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,10(2) TOC o 1-5 h z 1前言1 HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 1.1性質(zhì)及用途1間苯二胺的性質(zhì) 1間苯二胺的用途 11.2產(chǎn)品市場情況 2 HYPERLINK l bookmark60 o Current D

4、ocument 1.3產(chǎn)品工藝介紹3傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝3杜邦公司生產(chǎn)工藝4苯胺直接氨化法 5 HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 2工藝設(shè)計6 HYPERLINK l bookmark78 o Current Document 2.1間苯二胺生產(chǎn)方法6精制原料6精制產(chǎn)品62.2工藝路線的設(shè)計62.3工藝流程圖93可行性分析10 HYPERLINK l bookmark84 o Current Document 3.1工藝可行性分析 10 HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 3.2經(jīng)濟可行性分析 10結(jié)論1

5、2參考文獻131前言1.1性質(zhì)及用途間苯二胺的性質(zhì)中文名：間苯二胺別名：間二氨基苯；1 , 3二氨基苯1 , 3苯二胺英文名：m-Phe ny le ne dia mi ne分子式(Formula)： C6H8N2結(jié)構(gòu)式：C6H4(NH2)2分子量(Molecular Weight)： 108.14NH2Ai間苯二胺的結(jié)構(gòu) 田外觀(Appearance)：灰色至淺棕色結(jié)晶物化性質(zhì)(Physical Properties)偶合值：299.50%；真空干燥后熔點：62。相對密度：1.0696；絕對密度(20。0： 1.139千克每立方米。熔點：63-64C;沸點：282.284。折射率：1.633

6、9純品性狀：白色針狀結(jié)晶。熔點：65C,沸點：287C, 135-140C (0.065kPa)o相對密度：1.139。溶于乙醇、水、氯仿、丙酮、二甲基酰胺，微溶于醍、四氯化碳，難溶于苯、甲苯、 丁醇。在空氣中不穩(wěn)定，易變成淡紅色。毒性：有毒。HI間苯二胺的用途由于間苯二胺具有較強的雙偶氮化和偶氮化能力，因此染料工業(yè)中廣泛用作合 成偶氮染料、毛皮染料、活性染料和硫化染料的中間體。隨著世界染料工業(yè)生產(chǎn)和 貿(mào)易中心的東移，給我國的染料工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了極好的機遇。近年來，我國染料工 業(yè)得到長足發(fā)展，染料工業(yè)快速發(fā)展和更新?lián)Q代以及出口的需求，給作為染料中間 體的間苯二胺的生產(chǎn)提供了很好的發(fā)展機遇。除以上

7、用途外，間苯二胺同時還應(yīng)用于媒染劑、染發(fā)劑、顯色劑、橡膠配合劑、 環(huán)氧樹脂固化劑、石油添加劑、水泥促凝劑以及金屬溶解劑等的合成。近年來，由間 苯二胺與苯二甲酰氯合成芳香聚酰胺樹脂的生產(chǎn)得到快速增長。芳香聚酰胺樹脂是 一種高強度、高模量的新型合成纖維，由于其具有優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，尤其是 耐熱性能，已廣泛應(yīng)用于宇航、導(dǎo)彈、船舶、汽車等國防和現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中。該 類樹脂的飛速發(fā)展，成為間苯二胺的一新興應(yīng)用領(lǐng)域。此外，間苯二胺在礦物酸存 在下還可以水解合成間苯二酚。1.2產(chǎn)品市場狀況我國目前間苯二胺生產(chǎn)企業(yè)有20多家，實際開工企業(yè)不足10家，開工裝置主 要采用了催化加氫新工藝，該工藝規(guī)模較大。目前國

8、內(nèi)部分生產(chǎn)企業(yè)見表1。表1國內(nèi)間苯二胺部分生產(chǎn)廠及規(guī)模生產(chǎn)廠家產(chǎn)能/ （噸/年）生產(chǎn)方法 股份有限公司浙江龍盛集團III25000催化加氫法山東魯化天九6000催化加氫法華工有限公司江蘇洪澤大洋6000催化加氫法化工有限公司安徽海豐精細3000催化加氫法化工股份公司山東富源化工3000催化加氫法有限公司天津華士化工3000 有限公司南京六合雄州3000有機化工廠遼陽濱河化工3000 廠湖北武穴市燕3000 江化工有限公 司催化加氫法鐵粉法鐵粉法鐵粉法鐵嶺市康寧染2000鐵粉法料廠江西潯朋化工1500鐵粉法有限公司截止2002年，國內(nèi)間苯二胺生產(chǎn)全部采用鐵粉法。浙江龍盛集團股份有限公司 與浙江工

9、業(yè)大學(xué)合作，在2003年采用浙江工業(yè)大學(xué)催化加氫新工藝率先建成了一套 3000噸/年裝置。2004年國內(nèi)間苯二胺年需求量、生產(chǎn)量估計分別 在2.2萬噸和1.8 萬噸左右，出口量估計在3000噸左右。目前國內(nèi)對間苯二胺的應(yīng)用在不斷擴大，煙 臺氨綸廠的芳綸生產(chǎn)線已建成投產(chǎn)，需要高品質(zhì)的間苯二胺。催化加氫法已能滿足 高品質(zhì)問苯二胺的需求。預(yù)計2005年國內(nèi)間苯二胺的需求量在2.5萬噸左右，由于 新的催化加氫裝置紛紛建成投產(chǎn)，目前已經(jīng)出現(xiàn)供大于求的狀況。擬建間苯二胺裝 置要慎重。國外，美國DuPont公司、日本MitsuiChemicals公司和德國Bayer公司 是間苯二胺主要生產(chǎn)商。隨著染料行業(yè)轉(zhuǎn)

10、移到以中國為首的亞洲發(fā)展中國家后，歐 洲、日本和美國等發(fā)達國家間苯二胺產(chǎn)量萎縮。目前國外間苯二胺生產(chǎn)規(guī)模較大的 企業(yè)主要是美國DuPont，年產(chǎn)量約2萬噸左右，主要是純度高的聚合級間苯二胺， 用于生產(chǎn)芳綸.我國催化加氫法生產(chǎn)的間苯二胺產(chǎn)品質(zhì)量已經(jīng)完全達到美國DuPont 公司產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并已成功用于芳綸產(chǎn)品的生產(chǎn)。與DuPont公司相比，我國間苯 二胺產(chǎn)品具有明顯的價格優(yōu)勢，完全可以走出國門參與高品質(zhì)市場的競爭，這方面 前景廣闊。11.3產(chǎn)品工藝介紹1.3.1第一種間苯二胺的生產(chǎn)工藝一統(tǒng)生產(chǎn)工藝(1)工藝原理硝基苯通過硝化制得混合二硝基苯、后者經(jīng)精制、還原、蒸餾即得間苯二胺， 其反應(yīng)方程式如

11、下。即硝基苯硝化：NO2NO20L-NO2 + 亦03 玫* + 叫)+ H2ONOH2SO4副反應(yīng)：I + HN03yN02二硝基苯精制：NO(no2no2no2+ Na2SO3SONa*堿性aI (SO3NaSO3NaSO3Na) + NaNO2間二硝基苯還原：NONH22+9Fe+4H2。2+ 3Fe3O4f 3。2、V Fnh2(2)生產(chǎn)工藝流程簡述將發(fā)煙硫酸和硝酸按一定比例混合后加入硝化罐內(nèi)，然后將經(jīng)廢酸提取過的含 有二硝基物的硝基苯，在2070C范圍內(nèi)緩慢投入硝化罐內(nèi)進行硝化反應(yīng)，投完后升 溫至100C保溫1小時，當(dāng)凝固點合格后用少量的水稀釋，靜置后把廢酸轉(zhuǎn)入提取罐， 用下批的硝基

12、苯進行提取。熔融的二硝基苯加液堿中和使pH為7.58.5，加入亞硫 酸鈉溶液進行精制，保溫4hr待凝固點達到88C以上后，用水降溫洗滌3遍，洗滌 水排入地溝，精制過的二硝基苯打入還原高位槽。在還原罐中加入底水、鐵粉和鹽 酸升溫至100C以上，將還原高位槽內(nèi)的二硝基苯徐徐投入還原罐內(nèi)進行還原反應(yīng)， 反應(yīng)完畢后，用純堿溶液中和，使物料pH值為7.58.5，過濾，濾液經(jīng)濃縮后減壓 蒸餾，即得熔鑄體間苯二胺成品1.3.2第二種間苯二胺的生產(chǎn)工藝一一美國杜邦公司的生產(chǎn)工藝3(1)工藝簡述生產(chǎn)工藝與我國不同之處在于硝基苯硝化后所得的二硝基苯不精制，直接還原， 精餾，防氧，造粒得到高品質(zhì)的白色粒狀間苯二胺、

13、鄰苯二胺、對苯二胺產(chǎn)品。工 藝參數(shù)如表2所示：表2美國杜邦公司的生產(chǎn)工藝參數(shù)變量1 Colum2 Colum最小塔板數(shù)222實際塔板數(shù)445最少回流比1410.00001實際回流比1550.3進料位置153塔徑21.5壓力0.40.4材質(zhì)316 ss316 ss（2）間苯二胺、鄰苯二胺、對苯二胺產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)間苯二胺（御。）的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)間苯二胺的含量：N99. 9%外觀：白色粒狀凝固點：N62C鄰苯二胺的含量：W200ppm （氣相色譜法）對苯二胺的含量：W l00ppm （氣相色譜法）1.3.3第三種間漲二胺的生產(chǎn)正藝一一苯胺直接氨化法 其反應(yīng)方程式如下，即nh2/nh2 +NHa+ H23

14、NyN%以鎳和鎳氧化物為催化劑，控制反應(yīng)溫度250500C、反應(yīng)壓力29.439.2Mpa, 所得反應(yīng)物為苯二胺混合物，其間位異構(gòu)體占74.5%，臨位異構(gòu)體占21.8%，對位 異構(gòu)體占3.7%，由于該方法收率低，反應(yīng)溫度和壓力高，而且混合胺又需分離，因 此沒有工業(yè)化。2工藝設(shè)計2.1間苯二胺生產(chǎn)方法目前已見報道的生產(chǎn)方法大致分為兩類：（1）精制原料，即和傳統(tǒng)工藝一樣把粗 制的間二硝基苯精制成高純度的間二硝基苯，然麟將其還原制備高品質(zhì)的間二硝基 胺。（2）精制產(chǎn)品，此方法和傳統(tǒng)王藝有所區(qū)別，是將粗制間二硝基苯直接還原,，然 后再精制以除去其中的鄰苯二胺和對苯二胺，從而獲得高品質(zhì)的間苯二胺。精制原

15、料所謂精制原料即是通過適宜方法除去粗制間二硝基苯中的鄰、對位異構(gòu)體得到 高品質(zhì)的間二硝基苯。由于芳環(huán)上的硝基受鄰、對位上強吸電子基團影響而被活化， 活化的硝基在親核試劑作用下，可以直接進行親核置換反應(yīng)，硝基可轉(zhuǎn)變?yōu)榛撬峄?羥基、氧基、甲氧基等，轉(zhuǎn)化后產(chǎn)物與間二硝基苯可方便的分離，從而使后者得以 提純。常用的原料精制方法有亞硫酸鈉法、輕氧化鈉或低級醇鈉法及相轉(zhuǎn)移催化法。精制產(chǎn)品所謂精制產(chǎn)品即采取適宜方法精制由粗制的間二硝基苯還原而得的間苯二胺 （含鄰位和對位異構(gòu)體），除去鄰苯二胺、對苯二胺和一些其他雜質(zhì)從而獲得高純度 的間苯二胺產(chǎn)品。2.2 工藝路線的設(shè)計1,2,6,7,8將間二硝基苯用溶劑溶

16、解后加入帶有電磁攪拌的1L高壓釜內(nèi)，加入催化荊。用 氮氣、氫氣置換釜內(nèi)空氣，在一定溫度和壓力r，加氫還原，反應(yīng)后，分離出催化劑 （可以循環(huán)使用），減壓蒸餾的反應(yīng)液溶劑，冷卻結(jié)晶，50C真空干燥得到新品，溶 劑可重復(fù)使用。精制產(chǎn)品的方法雖也可以獲得高品質(zhì)的間苯二胺，但相比較而言，還是精制原 料的方法比較適用于工業(yè)化生產(chǎn)，因此在制備高純度間苯二胺時應(yīng)選用相轉(zhuǎn)移催化 法來精制聞二硝基苯，再進一步還原制備間苯二胺。另外間苯二胺遇空氣和水分極易變色，這主要是由產(chǎn)品在制造過程中產(chǎn)生的少 量雜質(zhì)一鄰苯二胺、對苯二胺造成的，這些雜質(zhì)在空氣、光照或潮氣中極易發(fā)生 自由基反應(yīng)，從而引發(fā)了與間苯二胺的鏈反應(yīng)，即nh

17、2+nh2nh2KNH Hnh2nh2N 二N)在上述反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生一些帶有顏色的基團，如一 N=N 一，從而使產(chǎn)品帶有顏 色，這些不純物對空氣和水分十分敏感，容易氧化形成黑色物質(zhì)嘲，嚴(yán)重影響產(chǎn)品 質(zhì)量，特別是外觀質(zhì)量。受橡膠、塑料的防氧化技術(shù)啟發(fā)，預(yù)計通過在間苯=胺成品 造粒過程中，添加抗氧劑的方法有可能解決間苯二胺氧化變色問題。因此選擇合適 的抗氧劑也是生產(chǎn)高品質(zhì)問苯二胺的關(guān)鍵?；谏鲜龇治鑫覀兇_立了如圖2.1所示的生產(chǎn)高品質(zhì)白色粒狀間苯二胺的工藝 路線（下頁）。苯與硝酸、硫酸發(fā)生硝化反應(yīng)，生成鄰、間、對二硝基苯，分層得到的油相經(jīng) 處理后與溶劑混合進行加氫，生成鄰、間、對苯二胺。硝化分

18、層得到的廢硫酸經(jīng)濃 縮后循環(huán)使用。加氫反應(yīng)混合物經(jīng)脫溶劑工段回收溶劑循環(huán)使用，經(jīng)脫水工段脫除 反應(yīng)的生成水進入廢水處理工段；脫溶劑脫水后的鄰、間、對苯二胺混合物經(jīng)精密 分餾分離出鄰、間、對苯二胺產(chǎn)品外銷；蒸餾殘渣則焚燒處理。圖2.1生產(chǎn)高品質(zhì)白色粒狀間苯二胺的工藝路線2.3工藝流程圖圖2.2間苯二胺生產(chǎn)工藝流程方塊3可行性分析3.1工藝可行性分析對原有的間苯二胺生產(chǎn)工藝路線進行改進，提出了生產(chǎn)高品質(zhì)白色粒狀間苯二 胺的工藝路線。其特點是用精劍間二硝基苯方法制各高品質(zhì)的間苯二胺，同時得到 鄰、對位氨基苯甲醚，在間二硝基苯精制過程中無三廢產(chǎn)生，取得了可觀的經(jīng)濟效 益和環(huán)境效益。得到的鄰、對位氨基苯

19、甲醚純度分別為83%和49%，有待于用精餾的方法去分 離。利用該工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)白色粒狀問苯二胺含量達到99. 98%,鄰苯二胺含量 達到96ppm，對苯二胺含量達到72 ?皿，高于美國杜邦公司的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。3.2經(jīng)濟可行性分析5表3間苯二胺成本估算表序號 項目 單耗/單價/單位成本 （t/t）（元 / / （元/噸）噸）1苯0.8569505907.52硝酸1.38195026913氫氣14500.304354甲醇0.5002423.61211.85蒸汽8.015012006催化劑 0.004800003207電 KW.H 8000.453608液堿0.0543021. 59硫酸0.01538

20、05.7（98%）10硫酸 0.450500225（105%）11水1022012循環(huán)水3000.515013工資福利32014折舊92015維修45016財務(wù)費用65017管理費20018銷售費50019合計15567.5間苯二胺現(xiàn)國內(nèi)市場售價在24000至27000元/噸，精品出口價在35000元/噸以上，我們按22000元/噸進行經(jīng)濟核算，預(yù)期年產(chǎn)量為5000噸，則年總利潤為：0.5*（）=1608 萬元所得稅后凈利潤：1608*0.67=1076萬元按總利潤計算投資回收期為:5900/1608=3.66年按所得稅后凈利潤計算投資回收期為：5900/1076=5.5年綜上計算可得，該工藝

21、經(jīng)濟效益好，投資回報率較高，可以實行。結(jié) 論由于間苯二胺具有較強的雙偶氮化和偶氮化能力，因此染料工業(yè)中廣泛用作合 成偶氮染料、毛皮染料、活性染料和硫化染料的中間體。隨著世界染料工業(yè)生產(chǎn)和 貿(mào)易中心的東移，給我國的染料工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了極好的機遇。近年來，我國染料工 業(yè)得到長足發(fā)展，染料工業(yè)快速發(fā)展和更新?lián)Q代以及出口的需求，給作為染料中間 體的間苯二胺的生產(chǎn)提供了很好的發(fā)展機遇。目前國內(nèi)間苯二胺總產(chǎn)能約7萬t/a，出口量約1萬t/a，染料行業(yè)需求約3萬t/a , 聚合物生產(chǎn)約需1萬t/a,間苯二酚生產(chǎn)約需2萬t/a,其他需求約30O0t/a,產(chǎn)量與需求 基本持平。在未來幾年內(nèi)染料行業(yè)的需求增長不大，而間苯二胺在聚合物間苯二酚 及出口領(lǐng)域則呈現(xiàn)出快速發(fā)展態(tài)勢。另外，鐵粉