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天津大学本科生毕业设计（论文）开题报告课 题 名 称 吉 林 建 厂 7500 吨 /年 一 硝 基 甲 苯 生 产 车 间 硝 化 工 段系 名 化 学 工 程 系 专 业 化 学 工 程 与 工 艺学 生 姓 名 指 导 教 师一 、 课 题 来 源 及 意 义1、 课 题 的 选 择 原 因 ： 一 硝 基 甲 苯 是 生 产 多 种 精 细 化 工 的 生 产 中 间 体 ， 工 业 用 途 广 范 。 在 硝 化 工 段中 三 釜 反 应 中 由 硝 基 甲 苯 、 邻 硝 基 甲 苯 、 间 硝 基 甲 苯 混 合 而 组 成 的 混 合 物 ， 其 中 ，对 硝 基 甲 苯 含 量 36%、 邻 硝 基 甲 苯 含 量 60%、 间 硝 基 甲 苯 含 量 4%， 而 我 们 主 要 收集 的 纯 一 硝 基 甲 苯 ， 需 要 将 废 酸 以 及 其 他 副 反 应 所 产 生 的 副 产 物 进 行 分 离 ， 得 到纯 的 一 硝 基 甲 苯 。 纯 品 具 有 低 毒 、 代 用 品 少 的 特 点 ， 广 泛 用 于 染 料 、 颜 料 、 塑 料 、医 药 、 纤 维 以 及 助 剂 中 间 体 等 有 机 合 成 工 业 ， 近 年 伴 随 着 国 际 、 国 内 化 学 工 业 的不 断 发 展 ， 三 种 一 硝 基 甲 苯 的 市 场 需 求 量 增 长 强 劲 。市 场 调 查 ：甲 苯 硝 化 反 应 是 有 机 合 成 中 一 类 重 要 的 反 应 ， 一 硝 基 甲 苯 主 要 用 于 生 产 对 甲苯 胺 ， 3-氯 -4-硝 基 甲 苯 ， 二 硝 基 甲 苯 等 ， 也 用 作 染 料 中 间 体 及 农 药 ， 医 药 ， 塑 料 和 合 成 纤 维 助 剂 的 中 间 体 。 近 年 来 ， 硝 基 甲 苯 的 下 游 用 途 不 断 地 被 进 一 步 开 发 ，其 应 用 前 景 十 分 被 看 好 ， 导 致 国 际 市 场 硝 基 甲 苯 的 供 应 日 益 紧 张 。二 、 国 内 外 发 展 现 状目 前 我 国 一 硝 基 甲 苯 的 产 量 足 以 左 右 欧 洲 市 场 行 情 ， 导 致 了 欧 洲 一 些 中 间 体生 产 企 业 日 渐 萎 缩 和 停 产 ， 中 间 体 生 产 重 心 逐 渐 向 亚 洲 转 移 ， 使 我 国 的 开 发 ， 生产 销 售 出 现 了 良 好 的 机 遇 。国 内 一 硝 基 甲 苯 的 主 要 生 产 企 业 有 ： 江 苏 淮 河 化 工 有 限 公 司 （ 国 营 9395厂 ） ，国 营 375厂 ， 四 川 红 光 化 工 厂 (国 营 565厂 )、 湖 北 东 方 化 工 厂 (国 营 525厂 )、 吉化 公 司 染 料 厂 、 湘 潭 有 机 化 工 厂 、 广 东 茂 名 有 机 化 工 厂 等 ， 总 生 产 能 力 超 过 20 万 吨 。一 硝 基 甲 苯 作 为 医 药 、 农 药 、 染 料 、 香 料 的 中 间 体 ， 应 用 广 泛 。 在 国 际 市 场 上 ，我 国 一 硝 基 甲 苯 及 其 衍 生 物 的 价 格 比 欧 洲 同 类 产 品 平 均 低 30 ， 具 有 极 强 的 竞争 力 。 目 前 ， 我 国 一 硝 基 甲 苯 及 其 衍 生 物 产 品 的 产 量 ， 足 以 左 右 欧 洲 市 场 行 情 ，也 导 致 了 欧 洲 一 些 历 史 悠 久 的 中 间 体 生 产 企 业 日 趋 萎 缩 。 据 统 计 ， 近 10年 中 ，西 欧 被 迫 关 闭 2家 硝 基 甲 苯 生 产 厂 ， 5年 前 ， 2， 6一 二 氯 甲 苯 还 有 1 2家 企 业在 生 产 ， 现 在 已 不 再 生 产 ， 而 间 氯 甲 苯 从 5年 前 4家 厂 生 产 减 少 到 只 有 2家 ， 间二 氯 苯 、 N一 烷 基 苯 胺 也 减 少 了 多 家 生 产 厂 。 美 国 一 些 大 公 司 如 联 合 公 司 、 氰 胺公 司 先 后 退 出 中 间 体 生 产 舞 台 ， 美 国 市 场 上 的 铜 酞 菁 、 2B 酸 等 70 来 自 中 国 及东 南 亚 国 家 ， 国 内 几 乎 不 生 产 。 随 着 西 欧 中 间 体 生 产 企 业 相 继 停 产 ， 中 间 体 的 生 产 重 心 逐 渐 移 向 亚 洲 (主 要 是 中 国 和 印 度 )， 使 我 国 硝 基 甲 苯 及 其 衍 生 物 的 开 发 、生 产 、 销 售 出 现 了 良 好 的 发 展 机 遇 。 近 年 来 ， 国 内 有 关 科 研 单 位 和 生 产 企 业 对 一硝 基 甲 苯 的 生 产 工 艺 进 行 了 许 多 研 究 和 探 讨 。 如 甲 苯 的 一 硝 化 工 艺 ， 国 内 目 前 均采 用 釜 式 串 联 混 酸 硝 化 ， 江 苏 淮 河 化 工 有 限 公 司 在 有 关 专 家 的 的 指 导 下 ， 结 合 硝基 苯 、 二 硝 基 甲 苯 、 三 硝 基 甲 苯 生 产 过 程 中 硝 化 流 程 和 设 备 的 优 点 ， 对 甲 苯 一 硝化 工 艺 及 设 备 进 行 了 相 关 的 改 进 ， 使 原 先 设 备 的 产 品 产 量 翻 番 ， 质 量 提 高 ， 单 耗下 降 。 另 外 随 着 市 场 对 高 附 加 值 的 对 硝 基 甲 苯 需 求 量 增 加 ， 国 内 各 大 型 科 研 院 所对 甲 苯 的 选 择 性 硝 化 也 开 展 了 广 泛 的 研 究 。 江 苏 淮 化 集 团 有 限 公 司 曾 与 南 京 理 工大 学 合 作 开 展 甲 苯 定 向 硝 化 的 研 究 ， 并 取 得 了 可 喜 进 展 ， 但 实 现 工 业 化 生 产 还 有一 定 的 困 难 。 国 外 主 流 技 术 为 绝 热 硝 化 工 艺 ， 绝 热 硝 化 工 艺 是 国 外 20世 纪 70年 代 发 展 起 来一 种 新 型 硝 化 技 术 ， 该 工 艺 突 破 了 硝 化 反 应 必 须 在 低 温 下 恒 温 操 作 的 传 统 观 念 ，取 消 了 冷 却 装 置 ， 节 省 了 大 量 用 以 移 除 反 应 热 的 冷 却 水 ， 充 分 利 用 混 合 热 和 反 应热来 提 高 反 应 速 度 ， 因 而 物 料 停 留 时 间 段 ， 副 反 应 少 ， 并 且 反 应 后 的 稀 酸 浓 缩 可 以循 环 使 用 ， 因 此 绝 热 硝 化 被 认 为 清 洁 的 有 前 景 的 硝 化 技 术 。 德 国 PLINKE公 司 和瑞 士 BIAZZI 公 司 已 联 手 将 他 们 在 各 自 领 域 内 的 经 验 汇 集 起 来 以 提 供 最 先 进 的 绝热 硝 化 技 术 。 PLINKE公 司 是 一 家 高 度 专 业 的 工 程 公 司 ， 自 从 1947年 以 来 它 就 闻名 于 废 酸 浓 缩 工 厂 。 PLINKE公 司 也 是 苯 绝 热 硝 化 的 专 家 ， 1995年 它 就 在 此 领 域有 所 建 树 。 PLINKE 公 司 提 供 工 程 ， 技 术 诀 窍 ， 专 有 和 搪 玻 璃 设 备 并 根 据 需 要 提 供 交 钥 匙 工 厂 。 迄 今 PLINKE公 司 已 成 功 地 在 此 领 域 向 全 世 界 提 供 了 超 过 500套装 置 。 BIAZZI公 司 是 一 家 高 度 专 业 的 工 程 公 司 ， 自 从 1936年 开 始 传 统 地 活 跃 于 炸 药 领 域 的 生 产 并 自 1950年 跨 入 芳 族 硝 化 工 艺 。 BIAZZI公 司 迄 今 共 成 功 地 完 成了 300多 个 项 目 ， 得 到 世 界 各 地 用 户 的 一 致 赞 誉 。近 年 来 国 内 外 研 究 者 正 在 原 有 硝 基 甲 苯 绝 热 硝 化 基 础 上 研 究 完 全 绝 热 的 硝化 新 工 艺 ， 据 报 道 采 用 该 技 术 对 硝 基 甲 苯 进 行 硝 化 得 到 硝 化 产 物 质 量 分 数 约 为 邻硝 基 甲 苯 40%； 对 硝 基 甲 苯 59.5%； 间 硝 基 甲 苯 0.5%； 其 中 邻 硝 基 甲 苯 比 传 统 的硝 化 得 到 邻 位 比 例 高 出 6%,起 到 了 调 节 异 构 体 比 例 的 作 用 。 不 过 目 前 该 技 术 尚 处于 实 验 室 阶 段 ， 而 且 增 加 了 固 体 催 化 剂 的 应 用 ， 导 致 生 产 成 本 的 增 加 ， 不 过 该 技术 不 仅 清 洁 环 保 ， 而 且 可 以 在 一 定 程 度 上 解 决 困 扰 硝 基 甲 苯 生 产 界 多 年 的 异 构 体调 节 难 题 。三 、 研 究 目 标 利 用 甲 苯 和 混 酸 （ 56%硫 酸 、 27%硝 酸 、 17%水 ） 在 三 釜 中 进 行 硝 化 反 应 后 ，在 进 行 硝 化 分 离 ， 从 有 机 层 中 提 取 我 们 所 需 要 的 纯 一 硝 基 甲 苯 ， 并 将 一 些 可 以 循环 利 用 的 物 质 捕 集 进 行 再 利 用 。研 究 内 容甲 苯 与 混 酸 进 行 反 应 时 ， 通 过 控 制 温 度 与 压 强 以 及 其 他 客 观 条 件 ， 从 而 使甲 苯 与 硝 酸 充 分 反 应 尽 可 能 多 的 进 行 主 反 应 ， 硝 化 分 离 中 得 到 的 有 机 层 ， 利 用 我们 所 学 的 知 识 ， 将 主 反 应 产 生 的 一 硝 基 甲 苯 和 副 反 应 产 生 的 副 产 物 以 及 在 反 应 过程 中 产 生 的 废 水 、 废 酸 进 行 分 离 、 回 收 再 利 用 ， 得 到 纯 正 的 一 硝 基 甲 苯 。 一 硝 基甲 苯 在 制 药 、 农 药 以 及 其 他 物 质 的 生 产 中 起 到 主 要 作 用 。 一 硝 基 甲 苯 硝 化 车 间 工段 设 计 主 要 是 研 究 利 用 什 么 样 的 方 法 可 以 尽 可 能 多 的 得 到 一 硝 基 甲 苯 。 研 究 方 法 与 手 段本 次 设 计 硝 甲 苯 的 生 产 方 式 采 用 连 续 化 生 产 ， 绝 热 混 酸 硝 化 方 法 ， 这 种 方 法节 约 能 源 蚀 性 大 。 约 能 源 但 腐 蚀 性 但 腐 大 混 酸 组 成 为H2SO456%,HNO327%,H2O17%。硝 基 苯 生 产 工 艺 主 要 有 四 个 工 序 :配 混 酸 工 序 、 硝 化 工 序 、 后 处 理 工 序 、 分离 工 序 。 而 我 们 设 计 的 一 硝 基 甲 苯 消 化 车 间 工 段 的 生 产 工 艺 主 要 是 三 个 工 序 ： 配制 混 酸 工 序 、 硝 化 工 序 、 后 处 理 工 序 。生 产 关 键 流 程 简 述 ： 在 该 绝 热 硝 化 工 艺 中 ， 循 环 硫 酸 用 泵 从 硫 酸 泵 罐 中 抽 出 ，同 加 入 的 硝 酸 混 合 成 含 有 硝 酸 、 硫 酸 和 水 的 混 合 酸 液 。 混 合 酸 加 入 到 带 搅 拌 的 串 联 的 反 应 器 中 。甲 苯 进 入 反 应 器 同 混 合 酸 进 行 反 应 ， 为 保 证 硝 酸 完 全 转 化 ， 甲 苯 进 料 量 一般 大 于 理 论 量 的 10%。 反 应 后 从 酸 相 中 分 离 出 来 的 粗 硝 基 甲 苯 ， 经 过 热 交 换 器 进入 洗 涤 器 ， 经 过 两 次 碱 洗 除 去 无 机 酸 和 有 机 酸 ， 并 萃 取 回 收 未 反 应 的 甲 苯 ， 回 收甲 苯 再 循 环 到 过 程 中 重 新 使 用 ， 回 收 的 废 酸 进 行 处 理 再 进 行 循 环 利 用 ， 然 后 硝 化后 的 硝 基 甲 苯 进 入 分 离 工 段 中 的 精 馏 结 晶 工 序 进 行 分 离 提 纯 ， 得 到 纯 正 的 一 硝 基甲 苯 进 行 收 集 ， 后 续 处 理 ， 得 到 成 品 。产 品 名 称 ： 一 硝 基 甲 苯建 厂 地 点 ： 吉 林 市 龙 潭 区 设 计 规 模 :7500吨 /年产 品 纯 度 :一 硝 基 甲 苯 含 量 为 99.5%， 其 余 为 水车 间 总 生 产 率 ： 90%原 料 ： 甲 苯 ： 纯 度 98%， 其 余 为 水浓 硫 酸 ： 98%浓 硝 酸 ： 98%甲 苯 转 化 率 ： 1#硝 化 釜 84% 2#硝 化 釜 9%3#硝 化 釜 3%六 、 进 度 安 排2013年 10月 12日 2013年 10月 21日 查 资 料 ， 了 解 一 硝 基 甲 苯 的 生产 工 艺 ， 写 开 题 报 告 ， 确 定 生 产 方 式 、 方 法 ， 绘 制 工 艺 流 程 图 。2013年 10月 22日 2013年 11月 4日 物 料 衡 算 。2013年 11月 5日 2013年 11月 25日 设 备 计 算 与 选 择 。 2013年 11月 26日 2013年 12月 7日 绘 制 流 程 草 图 。 整 理 资 料 ， 撰 写 论 文 ， 提 交 设 计 报 告 。方 案 可 行 性 分 析甲 苯 与 混 酸 在 三 釜 硝 化 器 中 进 行 绝 热 反 应 时 ， 在 分 离 过 程 中 萃 取 未 反 应 的甲 苯 以 及 反 应 过 程 中 产 生 的 废 酸 进 行 循 环 使 用 ， 这 样 可 以 节 约 原 料 ， 得 到 较 多 的纯 的 一 硝 基 甲 苯 。 我 选 择 在 吉 林 市 龙 潭 区 建 厂 的 原 因 ：1、 交 通 优 势吉 林 市 龙 潭 区 位 于 各 条 铁 路 枢 纽 处 ， 周 边 有 吉 林 站 、 吉 林 北 站 、 江 北 站 、 龙潭 山 站 、 哈 达 湾 站 等 大 火 车 站 ， 便 于 向 长 春 、 沈 阳 、 哈 尔 滨 等 地 运 输 ， 吉 林 健 全的 国 家 高 速 公 路 网 ， 完 善 的 区 域 高 速 公 路 网 络 ， 国 家 公 路 运 输 枢 纽 ， 尤 其 是 综 合 客 运 枢 纽 ， 界 河 航 道 等 水 运 设 施 健 全 。2、 原 料 来 源 优 势龙 潭 区 建 厂 ， 吉 林 硝 酸 厂 、 吉 林 幸 福 化 工 厂 提 供 甲 苯 ， 吉 林 市 元 稹 商 贸 公 司可 以 提 供 甲 苯 ， 也 可 以 提 供 建 厂 时 需 要 的 各 种 管 道 ， 距 离 建 厂 位 置 相 对 不 远 ， 节省 运 输 方 面 的 费 用 。 相 邻 大 庆 油 田 也 可 以 从 大 庆 运 输 原 料 ， 周 边 周 边 化 工 厂 相 对较 多 ， 且 选 址 远 离 居 民 区 不 会 对 人 体 产 生 危 害 ， 相 对 松 花 江 不 是 很 远 ， 有 丰 富 的水 资 源 。3、 知 识 资 源 分 丰 富吉 林 化 工 学 院 、 吉 林 职 工 大 学 、 吉 林 铁 道 职 业 技 术 学 院 、 吉 林 工 业 职 业 技 术 学 院 、 吉 林 大 学 等 大 量 的 知 识 资 源 分 布 广 泛 ， 技 术 方 面 优 势 相 对 较 其 他 地 区 具 有优 势 。八 、 主 要 参 考 文 献1、 化 工 原 理 天 津 大 学 天 津 天 津 科 学 技 术 出 版 社 19902、 化 工 过 程 及 设 备 设 计 华 南 理 工 大 学 广 州 华 南 理 工 大 学 出 版 社 19863、 化 工 工 程 制 图 魏 崇 关 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1992 4、 化 工 设 备 机 械 基 础 刁 玉 玮 大 连 大 连 理 工 大 学 出 版 社 19895、 常 用 化 工 单 元 设 备 的 设 计 陈 英 南 华 东 理 工 大 学 出 版 社 上 海 2005.4 6、 英 汉 石 油 化 学 工 程 图 解 词 汇 北 京 燕 山 石 油 化 工 公 司 基 本 建 设 指 挥 部 北 京 化 学 工 业 出版 社 北 京 1995年 重 印7、 有 机 化 工 原 料 大 全 全 国 化 工 学 会 石 油 化 工 学 会 组 织 编 写 魏 文 德 北 京 化 学 工 业 出 版 社1989.5（ 共 四 卷 ）8、 化 工 产 品 手 册 有 机 化 工 原 料 司 航 （ 第 三 版 ） 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1999.1（ 2000.1重 印 ） （ 共 13 分 册 ）9、 化 工 设 计 简 明 手 册10、 化 工 设 备 的 选 择 和 工 艺 设 计 刘 道 德 1991.8（ 再 版 作 者 2002.6） 11、 化 工 物 性 工 艺 算 图 手 册 刘 光 奇 北 京 化 学 工 业 出 版 社 2002.812、 化 工 厂 工 艺 系 统 设 计 指 南 江 寿 建 北 京 化 学 工 业 出 版 社 199613、 化 工 工 艺 设 计 手 册 （ 第 三 版 ） 中 国 石 化 集 团 上 海 工 程 有 限 公 司 编 北 京 化 学 工 业 出版 社 2003、 7（ 共 两 册 ）14、 化 工 工 艺 设 计 手 册 （ 共 两 册 ） 上 海 化 学 工 业 设 计 院 上 海 市 商 务 印 刷 厂 印 刷 197515、 化 学 工 程 手 册 时 钧 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1996.116、 石 油 和 化 学 工 程 师 实 用 手 册 美 卡 尔 布 兰 南 王 江 义 译 北 京 化 学 工 业 出 版 社 2001.3 17、 化 工 分 离 过 程 陈 洪 钫 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1995.522、 化 工 技 术 经 济 （ 第 二 版 ） 苏健 民 北 京 化 学 工 业 出 版 社 1999.518、 化 工 单 元 过 程 设 计 匡 国 柱 北 京 化 学 工 业 出 版 社 2001.10 选 题 是 否 合 适 ： 是 否 课 题 能 否 实 现 ： 能 不 能 指 导 教 师 （ 签 字 ） 年 月 日选 题 是 否 合 适 ： 是 否 课 题 能 否 实 现 ： 能 不 能 审 题 小 组 组 长 （ 签 字 ）年 月 日