軋棉

[拼音]:xiaohua

[英文]:nitration

向有機物分子中引入硝基(-NO2)的反應過程。脂肪族化合物硝化時有氧化-斷鍵副反應,工業上很少採用。硝基甲烷、硝基乙烷、1-和2-硝基丙烷四種硝基烷烴氣相法生產過程,是30年代美國商品溶劑公司開發的。迄今該法仍是製取硝基烷烴的主要工業方法。此外,硝化也泛指氮的氧化物的形成過程。

工業上應用較多的是芳烴的硝化,以硝基取代芳環(Ar)上的氫,可用以下通式表示:

Ar─H+HNO3─→Ar─NO2+H2O

硝化方法

常用的硝化劑有各種濃度的硝酸、硝酸和硫酸的混合物(即混酸)、硝酸和醋酐的混合物等。根據被硝化物的性質和所用硝化劑的不同,硝化方法主要有:稀硝酸硝化、濃硝酸硝化、在濃硫酸中用硝酸硝化、在有機溶劑中用硝酸硝化和非均相混酸硝化等。其中混酸硝化主要用於苯、甲苯和氯苯等的硝化。混酸硝化產物的需要量很大,因此,混酸硝化是最重要的硝化過程。

硝基苯的生產

將苯、混酸和迴圈廢酸分別經過轉子流量計連續地送入第一硝化反應器,反應物流經第二和第三硝化反應器後進入連續分離器。分出的硝基苯經水洗、鹼洗、水洗、蒸餾即得工業品硝基苯。分出的廢酸一部分作為迴圈廢酸送回第一硝化反應器,以吸收硝化反應釋放的部分熱量並使混酸稀釋,以減少多硝基物的生成。大部分廢酸要另外濃縮成濃硫酸,再用於配製混酸。

硝基烷烴的生產

烷烴硝化採用氣相反應,將預熱後的丙烷與液體硝酸同時送入反應器,在370~450°C和0.8~1.2MPa條件下反應,反應在絕熱反應器中進行。利用過量的丙烷和酸的汽化移走反應熱。硝化產物經冷凝,液相產物先經化學處理再精製得四種硝基烷烴成品,氣相產物分別送丙烷和氧化氮回收系統。

過程特點

硝化要求保持適當的反應溫度,以避免生成多硝基物和氧化等副反應。硝化是放熱反應,而且反應速率快,控制不好會引起爆炸。為了保持一定的硝化溫度,通常要求硝化反應器具有良好的傳熱裝置。混酸硝化法還具有以下特點:

(1)被硝化物或硝化產物在反應溫度下是液態的,而且不溶於廢硫酸中,因此,硝化後可用分層法回收廢酸;

(2)硝酸用量接近於理論量或過量不多,廢硫酸經濃縮後可再用於配製混酸,即硫酸的消耗量很小;

(3)混酸硝化是非均相過程,要求硝化反應器裝有良好的攪拌裝置,使酸相與有機相充分接觸;

(4)混酸組成是影響硝化能力的重要因素,混酸的硝化能力用硫酸脫水值(DVS)或硝化活性因數(FNA)表示。DVS是混酸中的硝酸完全硝化生成水後,廢硫酸中硫酸和水的計算質量比。FNA是混酸中硝酸完全硝化生成水後,廢酸中硫酸的計算質量百分濃度。DVS高或FNA高表示硝化能力強。對於每個具體硝化過程,其混酸組成、DVS或FNA都要通過實驗來確定它們的適宜範圍。例如苯硝化制硝基苯時,混酸組成(%)為:H2SO446~49.5,HNO344~47,其餘是水,DVS2.33~2.58,FNA70~72。

硝化反應器

硝化過程在液相中進行,通常採用釜式反應器。根據硝化劑和介質的不同,可採用搪瓷釜、鋼釜、鑄鐵釜或不鏽鋼釜。用混酸硝化時為了儘快地移去反應熱以保持適宜的反應溫度,除利用夾套冷卻外,還在釜內安裝冷卻蛇管。產量小的硝化過程大多采用間歇操作。產量大的硝化過程可連續操作,採用釜式連續硝化反應器(圖1)或環型連續硝化反應器(圖2),實行多臺串聯完成硝化反應。環型連續硝化反應器的優點是傳熱面積大,攪拌良好,生產能力大,副產的多硝基物和硝基酚少。

產品用途

硝基烷烴為優良的溶劑,對纖維素化合物、聚氯乙烯、聚醯胺、環氧樹脂等均有良好的溶解能力,並可作為溶劑新增劑和燃料新增劑。它們也是有機合成的原料,如用於合成羥胺、三羥甲基硝基甲烷、炸藥、醫藥、農藥和表面活性劑等。各種芳香族硝基化合物,如硝基苯、硝基甲苯和硝基氯苯等是染料中間體(見苯系中間體)。有些硝基化合物是單質炸藥,如2,4,6-三硝基甲苯(即梯恩梯)。芳香族硝基化合物還原可製得各種芳伯胺,如苯胺等。

參考文章

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