连续绝热硝化合成2,4-二硝基氯苯工艺研究

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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(φ)、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>φ>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:φ=2.22,S=0.680,N=0.220,W=0.100(W:混酸中水的质量分数),Q=16mL·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τc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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