5000吨年水合肼次氯酸钠配制工艺流程.doc
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1、5000吨/年水合肼次氯酸钠配制工艺流程设计目录前言2一、 设计背景3(一) 、概述3(二) 、设计思路4二、 设计内容5(一) 、设计技术路线的确定51、生产方法介绍51.1、尿素法51.2、液碱制备法51.3、连续法62、工业技术路线的确定62.1、次氯酸钠的制备62.1.1、制备次氯酸钠原料及辅助材料的规格62.1.2、原料控制表72.1.3、操作控制表72.1.4、反应工序72.1.5、储运工序72.1.6、反应条件控制72.1.7、生产安全82.1.8异常现象和其产生原因及处理方法82.2、 水合肼生产过程82.2.1粗水合肼工业生产82.2.2粗水合肼的提纯9(二) 、主要设备的工
2、艺计算101、物量衡算101.1有效氯和游离碱的含量测定101.2次氯酸钠反应112、热量衡算123、其他设备的确定124、设备汇总13(三) 、工艺流程图141、工艺流程图设计规范及要求142、工艺流程图设计15三、 设计总结16四、 参考文献16前言水合肼是使用非常广泛的有机精细化工原料。现在全球水合肼商场年需要量约8万-9万吨。发达国家的水合肼需求量逐年下降,发展中国家尤其是亚洲国家需要添加迅猛,已变成全球最首要的花费商场之一。目前,国内水合肼产量远远低于国外,难以满足市场需求。因而,开发国内水合肼的出产才能和领先的出产技能有着无穷的经济效益和深远的社会效益。本次设计采用国内最常用的尿素
3、法对水合肼进行生产制备,对次其原料氯酸钠的制备给出了较为详细的工艺技术设计流程,并通过计算对工艺设备进行了合理的选择。一、 设计背景(一) 、概述水合肼又称水合联氨,化学式为N2H4H2O。是一种无色透明的油状液体,有淡氨味,在湿润的空气中冒烟,具有强碱性和吸湿性。水合肼液体以二聚物形式存在,能够与水和乙醇混溶,难溶于乙醚和氯仿;水合肼分子中有4个可被取代的活泼氢原子,因此水合肼反应具有活性和多样性。水合肼分子中有4个可被取代的活泼氢原子,从而确定了水合肼反应的活性和多样性。它能侵蚀玻璃、橡胶、皮革、软木等,高温下能够分解成N2、NH3和H2;水合肼具有氧化还原两性,在碱性环境下能够表现出还原
4、性,碱性越强,其还原性也就越强;在酸性条件下能表现出一定的氧化性,酸性越强,其氧化性越弱,因此水合肼能够用酸做稳定剂,进一步提高安全性能。水合肼能够与无机强酸形成缔合盐。其与卤素、液氨、过氧化氢及其他强氧化剂接触时均可自燃。水合肼具有强腐蚀性、渗透性。在空气中能吸收二氧化碳。水合肼主要用于合成AC、D1PA、TSH等发泡剂;也用作锅炉和反应釜的脱氧和脱二氧化碳的清洗处理剂;在医药工业中用于生产抗结核、抗糖尿病的药物;在农药工业中用于生产除草剂、植物生长调和剂和杀菌、杀虫、杀鼠药;此外它还可用于生产火箭燃料、重氮燃料、橡胶助剂等。水合肼脱水形成无水肼,水合肼的化学性质来自无水肼的结构,故无水肼的
5、化学性质与水合肼的化学性质实质上无差异,但就安全性来说,水合肼的安全性要大于无水肼,故工业生产一般采用水合肼而非无水肼。水合肼工业生产方法主要有拉西法、酮连氮法、过氧化氢法和尿素法4种。其中拉西法使用了过量的氨,设备投资大、环境污染严重且产品产率低,已经逐渐被淘汰。酮连氮法优于拉西法,能耗较低,合成收率也较为接近理论值。过氧化氢法从本质上来说是酮连氮法的改进,其设备投资低,耗能少,生成水合肼的浓度高,无盐类副产品且环境友好,但目前国内尚未采用该生产方法的装置。尿素法的能耗高、物耗高,有大量盐副产品需要处理,且环保压力较大,但是此法工艺成熟,技术易于掌握,故为国内工业制备水合肼最常采用的方法。尿
6、素法制备水合肼需以次氯酸钠为氧化剂,以尿素为氮源。其中次氯酸钠的制备为关键步骤。次氯酸钠的化学式为NaClO,有似氯气的气味,在常温下不稳定,易分解,具有强氧化性。日光照射后,将分解90的有效氯。经常用手接触次氯酸钠的工人,手掌大量出汗,指甲变薄,毛发脱落。次氯酸钠有致敏作用。次氯酸钠放出的氯气有可能引起中毒。次氯酸是一种强氧化剂, 能杀死水里的病菌,可用作杀菌消毒。次氯酸能使染料和有机色质褪色,可用作漂白剂。工业制备次氯酸钠有电解食盐溶液、碳酸钠与漂白粉化学反应和液碱氯化制备法。电解食盐溶液制备法是在食盐水中插入电极,利用电解原理,负离子向阳极移动,正离子向阴极移动,离子的移动使得溶液能够导
7、电,相应的电极放电,这样溶液中可发生氧化还原反应,从而在溶液中生成次氯酸钠。碳酸钠与漂白粉化学反应制备法是将漂白粉与碳酸钠混合,其反应生成的产物为碳酸钠,具有沉淀的性质,碳酸钠经过一段时间的沉淀后能够降到容器的底部,从而可过滤得到次氯酸钠溶液。液碱氯化制备法中液碱指的是Na2CO3溶液或者是NaOH溶液,在低温环境下 往溶液中通氯气,制备次氯酸钠。与碳酸钠和漂白粉的化学制备法相比, 液碱氯化法有更强的实用性, 在生产实际中应用较广。考虑到能耗环保和设备资金等多方面的因素,液碱氯化制备法是国内最常用的制备次氯酸钠的工业生产方法。在目前的国内研究中, 一直致力于对液碱氯化制备法进行改进和更新, 以
8、便使得制备所得的NaClO能够更加方便于使用和运输。(二) 、设计思路本次设计采用尿素法制备水合肼,其原理为:NH2CONH2 + NaClO + 2NaOH = N2H4H2O + NaCl + NaCO3其中次氯酸钠的工业制备方法采用液碱制备法。实验所需要的原料有尿素、氢氧化钠溶液(30%)、氯气(99.8%)。所需要的催化剂为次氯酸钠,需自制。尿素法制备水合肼生产工艺主要包括3步:次氯酸钠的合成。氯气通入碱液(30%)中在次氯酸塔中逆流反应,停止通氯气后,测得其有效氯的含量,再向上述溶液中加入一定量的碱液, 配制成有效氯和游离碱为规定浓度的溶液。粗水合肼的合成。配制一定浓度尿素溶液, 加
9、入催化剂, 与制得的次氯酸钠溶液按比例混合, 进入肼反应器, 生成含水合肼一定质量浓度的粗肼溶液。 蒸馏浓缩。对粗水合肼进行蒸馏提纯,得到精水合肼。二、 设计内容(一) 、设计技术路线的确定1、生产方法介绍1.1、尿素法尿素法又称为拉希改良法,它利用了霍夫曼酰胺降级反应。其中水合肼中氮的来源是尿素。其反应分为尿素氯化和尿素水解两阶段,其中尿素氯化反应为放热反应,尿素水解反应为吸热反应。其反应过程为尿素分子中的氮原子上的一个氢原子被氯取代,在碱的影响下氮原子失去一个分子HCl,然后经过霍夫曼分子重新排列而变成异氰(酸酯),在碱性溶液中水解生成肼和碳酸盐。总的化学反应方程式为:NH2CONH2 +
10、 NaClO + 2NaOHN2H4 H2O+ NaCl + Na2CO3。反应过程中易产生副反应:次氯酸钠过量:N2H4 + 2NaClO N2+ 2H2O + 2NaCl ;尿素深度氧化:NH2CONH2 + 3NaClO + 2NaOH N2 + 3H2O + 3NaCl + Na2CO3 ;尿素水解:NH2CONH2 + 2NaOH 2NH3 + Na2CO3 ;1.2、液碱制备法本次设计采用氯气在工业用氢氧化钠水溶液中,反应生成氯化钠,次氯酸钠和水。其反应过程如下:Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O 在较高的温度下,次氯酸根离子不稳定,易发生歧化反应:3
11、NaClO = 2NaCl + NaClO3故加入的碱应为冷的稀溶液。用30%NaOH水溶液,在低于10时吸收Cl2,滤去NaCl,再冷至-20得到NaClO-5H2O晶体,在低于10真空脱去结晶水即得次氯酸钠。1.3、连续法次氯酸钠溶液的生产常由连续法和间歇法两种。本次设计采用连续法进行次氯酸钠的制备。常规的次氯酸钠制备工艺是将氯气通入一定浓度的氢氧化钠溶液中制得。所得的次氯酸钠有效氯和游离碱含量低,所得到的氯酸钠浓度较低,氯化钠难以析出,产品的质量较差。因此采用连续法工艺制备次氯酸钠,实现次氯酸钠的连续化生产,使生产效率提高,大大节约了能源,同时较容易地实现了高品质产品的生产。2、工业技术
12、路线的确定2.1、次氯酸钠的制备2.1.1、制备次氯酸钠原料及辅助材料的规格氯气分子式:Cl相对分子质量:70.91相对密度:1.4685(0)沸点:-33.9(标准大气压下)固态氯的熔点:-100.5临界压力:0761MPa(7.61大气压)汽化热:2042KJmol 氯气是活泼的化学物质,具有较强的氧化性,能与许多金属反应生成氯化物。工业用氢氧化钠溶液化学式:NaOH相对分子质量:39.997相对密度:2.13(20/4)生成热:42701kJ/mol溶解热:4229kJ/mol熔点:3184(标准大气压下)沸点:1390 比热容:1.58kJ/kg(19100平均值)NaOH是强碱,腐蚀
13、性很强,能严重侵蚀皮肤、衣服、玻璃、陶瓷以及稳定的金属铂。2.1.2、原料控制表原料名称 取样时间 控制项目 控制指标 分析方法氯气 入管口 纯度 99.8% 吸收法工业用氢氧化钠 配碱槽 浓度 30% 中和法2.1.3、操作控制表控制项目 控制指标 控制方法 操作时间碱含量 0.1%1% 中和法 不定期分析冷却水进口温度 30 测量 定期测定2.1.4、反应工序将提供的氢氧化钠溶液在配碱槽内稀释至30%,配制成氢氧化钠水溶液。使用循环吸收杲打压,使得碱液在吸收塔内循环。氯气通入吸收塔中,在始终过量的碱液中充分进行搅拌、反应。反应后的热溶液经过板式热交换器交换后(一般不超过30),再进入塔内吸
14、收氯气,一直循环至循环液的pH值在9至10之间,有效氯和游离碱在规定含量之间时,方可送入半成品罐。在塔顶上部增加局部排风设施,将可能溢出的氯气吸至二级吸收塔,吸收塔下部与液碱逆流接触进行反应吸收。2.1.5、储运工序次氯酸钠存放须用陶瓷制品或硬聚氯乙烯板或其他耐腐蚀材料制成的贮槽。贮运时应在避光、阴凉、周围环境通风良好的条件下进行。2.1.6、反应条件控制用液碱制备法制取次氯酸钠必须对反应条件进行严格控制, 才能保证获得较多的氯酸钠, 并且保证氯酸钠的质量。对于反应条件的控制,主要注意如下几点:反应温度在35以下。次氯酸钠在高温时容易分解, 并且随着温度的升高, 次氯酸钠的分解速度加快, 这样
15、会导致次氯酸钠制备失败。其副反应化学方程式如下:2NaClO = NaCl + O2O2 + NaClO = NaClO3故反应温度应该控制在35以下。控制低压环境。溶液要吸收生成的气体, 压力较低时, 反应进行得更快。因此采用液碱氯化法时, 要压力需要控制在一定的合理区间内。在真空中进行为最佳,但实际生产中难以做到, 在生产实践中,压通常控制在为2KPa至2.67K Pa之间。氯气要适量。如果在氯气反应过程中过量,则会产生分解反应。为了确保生成稳定,需要控制氯气的量。根据大量生产实际分析,次氯酸钠反应液的pH值控制在9至10区间内,反应效果最佳。2.1.7、生产安全开启进氯气总阀时,要缓慢地
16、开启,同时要注意氯气的压力,控制进氯气总阀的开启度,以防止进氯气压力过高。若产生警报,要首先关闭进氯气的阀门,等氯气散尽后才能对现场进行处理。次氯酸钠生产时,装容的总量不可以超过80%,以防止碱液外溅。定期检查空气中的氯气含量,杜绝氯气外漏及阀门泄露的现象。严禁明火,动火必须切断气源放空放压并且在通过合格分析后再进行。2.1.8异常现象和其产生原因及处理方法异常现象 原因 消除方法 反应太快; 关小进氯气的阀门成品颜色异常 反应的温度过高; 开大冷却水的水量氢氧化钠含量过高 反应尚未结束 继续通入少量氯气氯化钠的含量过高 反应初期氢氧化钠的含量高 加入水进行稀释2.2、 水合肼生产过程2.2.
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- 5000 水合 次氯酸 配制 工艺流程

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