目目 录录 摘要摘要1 ABSTRACTABSTRACT .1 设计任务设计任务 .2 1.1. 概述概述 .2 1.1 性状及用途.2 1.2 邻甲苯胺的毒性及其防护与储备.3 1.3 邻甲基苯胺生产工艺总述.3 1.3.1 甲苯硝化还原法.3 1.3.2 邻硝基甲苯铁粉还原法.4 1.3.3 苯胺甲基化法.4 1.3.4 硫化碱还原法.4 1.3.5 催化加氢法.5 1.4 市场前景及发展趋势.5 2 2 工工艺艺介介绍绍 .6 2. 1 原料路线及生产方法的选择.6 22 工艺流程简述.7 3 3 原料、辅助原料、产品的主要技术规格原料、辅助原料、产品的主要技术规格 .7 4 4 加氢还原釜工艺计算加氢还原釜工艺计算 .8 4. 1 物料衡算.8 42 热量衡算.9 5 5 主要设备工艺计算及选型主要设备工艺计算及选型.10 5. 1 工艺计算.10 5. 1. 1 加氢还原釜体积的计算.10 5. 1. 2 传热面积计算.13 5. 2 设备选型 .14 5.2.1 反应釜的选型.14 5.2.2 传热设备的选型.14 5.2.3 搅拌器的选型.15 5.2.3.1 桨式桨叶搅拌器 .15 5.2.3.2 框式和锚式搅拌器 .15 5.2.3.3 推进式搅拌器 .15 5.2.3.4 涡轮式搅拌器 .15 6 6 还原反应釜的主要结构尺寸及计算结果还原反应釜的主要结构尺寸及计算结果.16 结束语结束语 .17 参参考考文文献献 .18 致致 谢谢 .19 1 年产 1000 吨邻甲基苯胺车间工艺设计- 加氢还原釜的设计 摘 要: :邻甲基苯胺是一种重要的精细化工中间体，也是生产染料、农药、医药等的主要 中间体 。本文主要介绍邻甲基苯胺的性质及用途、主要生产方法、市场前景及发展趋势, 设计了年产 1000 吨邻甲基苯胺的车间工艺:以甲苯、混酸（硝酸与硫酸）为原料，经 单釜间歇硝化、水洗、连续精馏、加氢还原、精制后得邻甲基苯胺。我主要负 责还原反应釜的具体设计。根据物料衡算及热量衡算结果，确定了加氢还原釜的工艺 参数和釜体类型及特征尺寸。经最终核算所需还原反应釜的尺寸如下，釜体积 4 m3,筒 体直径 1400mm，封头内径1400mm，筒体高度2715mm，夹套直径1500mm，夹 套高度 1800mm,采用 300 转/分的推进式搅拌器。选用釜体所能承受的压力为 3.2Mpa。 关键词 ：邻甲基苯胺；工艺设计；加氢还原釜 2 Process design of workshop with an annual output of 1000 tons of o-toluidine Hydrogenation reactor design Abstract: O-toluidine is an important intermediates of pesticides, dyes and medicine. In this paper, the nature, uses, production methods, market prospects and development trends of o- toluidine were described. The production technology with an annual output of 1000 tons of o- toluidine was determined. In this process, toluene as raw materials first reacted with mixed acid (nitric acid and sulfuric acid), then through washing by water, continuous distillation, hydrogenation,and finally, the o-toluidine was obtained. I was responsible for the design of reduction reactor. According to mass balance and energy balance, the type and feature size of hydrogenation reactor were determined: Kettle volume is 4m3, cylinder diameter is 1400mm, head diameter is 1400mm, height of the cylinder is 2715mm,jacket diameter is 1500 mm, jacket height is 1800 mm, the use of 300 switch / sub-advance-beater. Selection Kettle body can bear the pressure is 3.2 MPa. Keywords : o-toluidine; Process Design; Hydrogenation reactor 3 设计任务设计任务 该设计的任务是年产 1000 吨邻甲基苯胺车间工艺设计，内容包括：第一， 工艺与工艺流程图；第二，硝化釜的设计；第三，精馏塔的设计；第四，加氢 还原釜的设计；第五，酒精回收塔的设计。本文的主要任务是通过物料衡算和 热量衡算设计加氢还原釜。 1. 概述 1.1 性状及用途1 邻甲基苯胺（亦称：邻甲苯胺2-甲基苯胺2-氨基甲苯邻胺邻氨基 甲苯 ） 英文名称为：o-Toluidine,2-Toluidine ；有不稳定型(-型)及稳定型 (-型)。 分子式：C7H9N 分子量：107.15 外观与性状：常温下为无色至浅黄色液体。曝露在空气中及光照下变为红 棕色。 相对密度（g/mL,20/4）：0.9989 沸点：（，101.3KPa）:200.7 熔点：-21(-型)、-15.5(-型) 相对蒸气密度（g/Ml,空气=1）：3.69 蒸汽压：0.13KPa/44 折射率（20）：1.5728 燃点（）：482 闪点（闭口，）：85 溶解性：微溶于水，但能随水蒸汽挥发，溶于乙醇乙醚丙酮苯等多 种有机溶剂。 邻甲基苯胺是杀虫剂三环唑甲霜灵呋霜灵杀虫杀螨剂杀虫脒螟铃 畏除草剂异丁草胺敌草胺已草胺等中间体，也是染料农药医药的主 4 要有机合成中间体，可制造枣红色基 GBC大红色基 G红色基 RL色酚 As- D酸性红 3B碱性品红 T 等染料品，也可用作有机合成中间体、酸吸收剂和 溶剂以及糖精硫化促进剂选矿剂甲苯砷酸等。 1.2 邻甲苯胺的毒性及其防护与储备 邻甲苯胺生成的高铁蛋白，引起神经障碍的作用很强，并能直接刺激膀胱， 引起膀胱炎，膀胱出血和血尿。本品能因皮肤吸收而中毒，应避免与皮肤接触。 TJ 36-79 规定车间空气中最高容许浓度为 5mg/m3。因此储存于阴凉，通风的库 房。远离火种，热源。包装要求密封，不可与空气接触。应与氧化剂，酸类， 食用化学品分开存放，切记混储。 1.3 邻甲基苯胺生产工艺总述 作为一种重要的精细化工中间体产品，早在 20 世纪 20 年代，人们就对其 表现出了极大的兴趣，开发了多种合成方法。如甲苯硝化还原法、邻硝基甲苯 铁粉还原法、苯胺甲基化法、催化加氢法等。 1.3.1 甲苯硝化还原法2 甲苯与混酸硝化得邻甲基硝基苯和对甲基硝基苯的混合物，分离混合物， 约得到 63%的邻甲基硝基苯和 34%的对甲基硝基苯，再分别还原为邻甲基苯胺和 对甲基苯胺。其中还原步骤大致有以下方法： 1.酰胺、肟和腈的还原； 2.四氢硼化钾-氯化亚铜 还原芳烃硝基为胺基，有较高产率； 3.催化加氢 利用钯或铂、钌或铁化合物、钯/碳、雷尼镍加氢还原得邻甲 基苯胺。 其中催化加氢还原的副产物仅为反应生成水，是所有还原反应中污染最小 的方法。就甲苯消化还原法而言，甲苯硝化时虽有对甲基硝基苯生成，但其还 原产物对甲基苯胺也是重要的精细化工中间体。目前大多数生产企业均采用此 方法生产邻甲基苯胺，所不同的是国内大多数采用铁粉还原而国外大多数采用 催化加氢还原。 1.3.2 邻硝基甲苯铁粉还原法2 5 邻硝基甲苯在氯化铵介质中或混酸中用铁粉还原而得，其反应如下： 4 +9+4 4 +3 277 NOHCFeOH2NHC 9743O Fe 反应产物经分离精馏，既得产品 1.3.3 苯胺甲基化法2 由苯胺用甲醇进行甲基化制得，其反应式如下： + +NHC 76 OHCH3NHC 97 OH2 制备实例：将硝酸铁九水和物 202.0g 溶于 2L 蒸馏水中，然后慢慢加入 25的氨水，调 pH=7，过滤沉淀，沉淀物水洗，向其中加入二氧化锗 0.55g,混 炼 1h，在 90下干燥过夜然后再 450下焙烧 3h，的催化剂，其组成为（三氧 化二铁）：（二氧化锗）=99:1（金属原子比） 。 将上述催化剂粉碎为 6-10 目，并向内径为 20mm 的反应器中加入 20ml,加 热至 370，将苯胺：甲醇=1:5mol 的混合液，以 14ml/h 的速度通过反应管， 苯胺的转化率为 84.5，邻甲基苯胺的选择性为 42.2。 1.3.4 硫化碱还原法 硫化碱常用以还原芳香硝基化合物，本类反应称为齐宁(Zinin )还原，由 于反应比较缓和，可使多硝基化合物中的硝基选择性地部分还原，或只还原硝 基偶氮化合物中的硝基，而保留偶氮基，并应用于从硝基化合物获得不溶于水 的胺类，含有醚、硫醚等对酸敏感基团的硝基化合物，不宜用铁粉还原时，可 应用硫化物还原。 常用的硫化物为硫化钠、硫氢化钠和多硫化钠，其他尚有硫化铵、硫氢化 铵、多硫化铵，有时硫化锰、硫化铁也用作还原剂，工业上多采用二硫化钠， 硒能促使某些还原反应的进行。 1.3.5 催化加氢法10 催化加氢就是分子氢在催化剂作用下经加热加压顺利地将不饱和键或基团 转化为饱和键或基团的还原反应。催化氢化有许多优点，如使反应定向进行， 可使催化氢化生产能力增大，副反应少，产品质量好，产率高，是胺类生产发 展的方向，且对环境污染问题有显著的优越性。催化加氢有气相加氢和液相加 氢两种，由于硝基物沸点高不宜于气相加氢，而液相加氢收率高，操作方便， 故采用液相加氢法。 6 具体到制邻甲基苯胺是将精馏得到的邻甲基硝基苯与溶剂（乙醇）和催化 剂（骨架镍）加入加氢还原釜还原。过滤出催化剂，真空蒸馏，制的纯度高的 邻甲基苯胺。 骨架镍催化剂：将具有催化活性的金属和铝制成合金，再用氢氧化钠溶液 浸渍合金，除去其中的部分铝，即得到活性金属镍的催化剂，称为骨架镍催化 剂，骨架镍活性很高，有足够的机械强度。但骨架镍非常活泼，置于空气中能 自然，所以存于乙醇中。 氢用量：一般总是采用氢过量，氢过量不仅可以提高被加氢物质的平衡转 化率和加快反应速度，且可提高传热系数，有利于导出反应热和延长催化剂的 寿命，有时还能提高选择性，但氢过量太多将使产物浓度降低。 本工艺还原部分采用催化加氢法。 工艺条件的选择： a 工业生产过程中采用操作温度为 80-100； b 操作压力为 1.0-1.5Mpa； c 催化剂骨架镍活性高，有足够的机械强度，且 非常活泼，所以保存于乙醇中，防止自燃。 综上所述，传统的邻甲基苯胺的还原已由加氢还原取代铁粉还原。 虽然催化加氢对生产装置和工业控制的要求较高，且需要优良的催化剂和氢气 来源。但其具有巨大的潜在优势，所以我国应加强研究，加快其工业化进程5。 1.4 市场前景及发展趋势 邻甲苯胺是重要的精细化工中间体，用于生产枣红色基 GBC、大红色基 G、 红色基 RL、色酚 ASD、酸性桃红 3B、酸性品红和碱性红 T 等染料产品，以及农 药杀虫醚、硫化促进剂、选矿剂甲苯砷酸.。用于制备偶氮染料，三苯甲烷染料， 硫化促进剂和糖精等。也用作分析试剂。用作有机合成，染料中间体。在医药 工业用于制备邻氯青霉素，安眠酮，必嗽平，若丁等。农药工业用于合成杀虫 剂。还用于