一種4-硝基鄰二甲苯的連續(xù)化合成系統(tǒng)及合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種4-硝基鄰二甲苯的連續(xù)化合成系統(tǒng)及合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]4-硝基鄰二甲苯，分子式CsH9N02，分子量151. 16,熔點(diǎn)29-31°C，沸點(diǎn)255-257°C，密度1. 112g/mL，是核黃素、除草劑二甲戊樂靈、高能材料和高檔有機(jī)染料的重要中間體；用作醫(yī)藥中間體；是化學(xué)合成法生產(chǎn)維生素B2的重要原料。
[0003]硝化反應(yīng)中，根據(jù)硝化試劑分類，主要包括稀硝酸硝化，硝硫混酸硝化，有機(jī)硝酸酯硝化及氮氧化物硝化等。
[0004]以硝酸為硝化試劑硝化芳香化合物是一種常見的制備硝基化合物的方法。如果直接使用硝酸對(duì)芳香化合物進(jìn)行硝化，反應(yīng)時(shí)間較長，硝酸用量超過了化學(xué)計(jì)量用量，會(huì)產(chǎn)生大量高酸性廢水；目標(biāo)產(chǎn)物的選擇性比較低。因此，在硝酸硝化中，通常加入催化劑來縮短反應(yīng)時(shí)間，提尚轉(zhuǎn)化率以及提尚硝化反應(yīng)的選擇性。
[0005]硝硫混酸體系是工業(yè)上制備硝基化合物常用的方法。在該反應(yīng)中，硫酸作為吸水劑，提供氫質(zhì)子，硝酸作為質(zhì)子受體，在此條件下硝酸產(chǎn)生硝酰正離子，然后進(jìn)攻芳香化合物，生成σ -絡(luò)合物，絡(luò)合物不穩(wěn)定，脫除質(zhì)子，從而生成硝基化合物。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中，比較多的是通過對(duì)催化劑的優(yōu)選來提高硝化反應(yīng)的專屬性及轉(zhuǎn)化率，較少對(duì)反應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。如，現(xiàn)有硝基苯的生產(chǎn)多為單鍋間歇生產(chǎn)、多鍋?zhàn)內(nèi)葸B續(xù)性的生產(chǎn)，反應(yīng)的核心設(shè)備為鍋式硝化器。
[0007]公開號(hào)為CN1821211A的中國專利文獻(xiàn)公開了一種等溫硝化芳族有機(jī)化合物的方法，其中芳族有機(jī)化合物與硫酸和硝酸的混合物接觸并反應(yīng)。使硫酸和硝酸的混合物與芳族有機(jī)化合物通過混合噴嘴互相接觸，所述混合噴嘴包括大抵圓柱形的管式反應(yīng)器和圍繞著管式反應(yīng)器的環(huán)形間隙。芳族有機(jī)化合物流過管式反應(yīng)器，硫酸和硝酸的混合物流過環(huán)形間隙，它們在從管式反應(yīng)器和環(huán)形間隙流出后混合在一起，其中管式反應(yīng)器中芳族有機(jī)化合物與環(huán)形間隙中硫酸和硝酸的混合物的平均流速之比為0.5 : 1至10 : 1。該反應(yīng)設(shè)備的物料混合效果差，原料的轉(zhuǎn)化率不高，物料及廢水浪費(fèi)較多。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明解決現(xiàn)有技術(shù)硝化反應(yīng)目標(biāo)產(chǎn)物選擇性較差，廢酸過多且無法循環(huán)的技術(shù)問題，通過本發(fā)明的連續(xù)化生產(chǎn)系統(tǒng)及生產(chǎn)方法實(shí)現(xiàn)4-硝基鄰二甲苯的高效生產(chǎn)及物料循環(huán)套用。
[0009]—種4-硝基鄰二甲苯的連續(xù)化合成系統(tǒng)，包括硝化系統(tǒng)、洗滌系統(tǒng)和精餾系統(tǒng)；硝化系統(tǒng)由多臺(tái)臥式雙環(huán)形硝化反應(yīng)器疊置而成，洗滌系統(tǒng)由多級(jí)迷宮洗滌槽串聯(lián)而成；精餾系統(tǒng)由多級(jí)精餾塔串聯(lián)而成；還包括串聯(lián)在硝化系統(tǒng)與洗滌系統(tǒng)之間的第一分相槽；串聯(lián)在洗滌系統(tǒng)與精餾系統(tǒng)之間的第二分相槽；
[0010]每臺(tái)雙環(huán)形硝化反應(yīng)器包括:
[0011]主通道，其一端的頂面帶有進(jìn)料口，另一端的底面帶有出料口 ；
[0012]兩條返料子通道，位于主通道外部兩側(cè)且并聯(lián)在主通道的兩端之間；
[0013]推進(jìn)式攪拌槳，沿主通道長度方向布置，推進(jìn)方向?yàn)槌隽峡谥吝M(jìn)料口 ；
[0014]相鄰兩臺(tái)雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的主通道布置方向相反，即上方一臺(tái)的出料口正對(duì)下方一臺(tái)的進(jìn)料口；
[0015]最后一級(jí)雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的出口與第一分相槽入口連接，第一分相槽的油相出口與洗滌系統(tǒng)的第一級(jí)迷宮洗滌槽的入口連接，洗滌系統(tǒng)的最后一級(jí)迷宮洗滌槽的出口與第二分相槽入口連接，第二分相槽的油相出口與精餾系統(tǒng)的第一級(jí)精餾塔的入口連接，精餾系統(tǒng)的最后一級(jí)精餾塔設(shè)有產(chǎn)品出口。
[0016]作為優(yōu)選，第一分相槽的水相出口與干燥濃縮設(shè)備入口連接，干燥濃縮設(shè)備的出口與硝硫混酸高位槽入口相連；第二分相槽的水相出口與MVR濃縮系統(tǒng)連接，MVR濃縮系統(tǒng)的冷凝液用導(dǎo)管接入迷宮洗滌槽作為洗滌用水回用，MVR濃縮系統(tǒng)的濃縮液通過管路接入硝硫混酸高位槽；精餾系統(tǒng)收集的鄰二甲苯餾分通過管路接入鄰二甲苯高位槽中循環(huán)套用。
[0017]本發(fā)明提供的雙環(huán)形硝化反應(yīng)器相比于現(xiàn)有立式的管式硝化反應(yīng)器，物料分流更均勻，可有效避免反應(yīng)液的反流，增加鄰二甲苯與硝硫混酸的接觸機(jī)會(huì)、提高原料的轉(zhuǎn)化率；且換熱面積更充分、可有效降低副反應(yīng)。本發(fā)明提供的生產(chǎn)系統(tǒng)的各物料實(shí)現(xiàn)循環(huán)回用，降低生產(chǎn)成本，且有效提高單批生產(chǎn)的原料轉(zhuǎn)化率，降低廢酸廢水量。
[0018]作為優(yōu)選，MVR濃縮系統(tǒng)的冷凝液先經(jīng)過干燥濃縮設(shè)備干燥處理后再返回至硝硫混酸高位槽循環(huán)回用。
[0019]本發(fā)明中，鄰二甲苯與硝硫混酸分別由各自的高位槽放入混合器內(nèi)，混合后由氮?dú)饣蚱渌栊詺怏w壓入臥式雙環(huán)形硝化反應(yīng)器內(nèi)，在所述推進(jìn)式攪拌槳的推動(dòng)下，混合進(jìn)料形成返流，在主通道和返料子通道循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，充分接觸并發(fā)生消化反應(yīng)。部分混合物料在流經(jīng)至出料口時(shí)在重力及進(jìn)料壓力的雙重作用下進(jìn)入下一級(jí)雙環(huán)形硝化反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，經(jīng)過多級(jí)硝化反應(yīng)后進(jìn)入第一分相槽內(nèi)分層。
[0020]第一分相槽的有機(jī)相含有較多產(chǎn)物及原料，下層為酸相，酸相經(jīng)過干燥后返回至硝硫混酸高位槽中循環(huán)回用。上層的有機(jī)相經(jīng)過洗滌系統(tǒng)，進(jìn)入第二分相槽內(nèi)分相，第二分相槽下層的酸水相經(jīng)過濃縮處理，冷凝液(主要為水)循環(huán)至洗滌系統(tǒng)循環(huán)利用，濃縮液經(jīng)過干燥后返回至硝硫混酸高位槽中循環(huán)回用。
[0021]第二分相槽的上層進(jìn)入精餾系統(tǒng)，收集4-硝基鄰二甲苯、鄰二甲苯、3-硝基鄰二甲苯及輕相組分，其中鄰二甲苯返回至鄰二甲苯高位槽中循環(huán)套用。
[0022]作為優(yōu)選，所述的雙環(huán)形硝化反應(yīng)器呈8字形。
[0023]作為優(yōu)選，所述雙環(huán)形硝化反應(yīng)器為8字形的圓滑腔體結(jié)構(gòu)，如此可有效減少混合物料在反應(yīng)器內(nèi)反流現(xiàn)象，有助于物料在反應(yīng)器內(nèi)的循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)減輕了反應(yīng)器的清洗難度。
[0024]作為優(yōu)選，各雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的內(nèi)壁采用耐酸材料制成，進(jìn)一步優(yōu)選，各雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的內(nèi)壁具有粗糙表面。
[0025]將反應(yīng)器內(nèi)壁設(shè)置成粗糙表面，一方面能降低硝化反應(yīng)過程的噪音，另一方面可以提高硝硫混酸和鄰二甲苯的接觸機(jī)會(huì)，降低混合物料中油相與酸相的界面張力，進(jìn)一步提高反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率，提高產(chǎn)物的收率。
[0026]作為優(yōu)選，所述雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的主通道為圓柱形腔體，如此有助于提高推進(jìn)式攪拌槳的攪拌推進(jìn)效率，使混合物料充分接觸，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)降低副反應(yīng)。
[0027]作為優(yōu)選，每臺(tái)雙環(huán)形硝化反應(yīng)器中兩條返料子通道和主通道處在同一平面，且兩條返料子通道和主通道之間安裝換熱器。
[0028]返料子通道和主通道處在同一平面，有利于各雙環(huán)形硝化反應(yīng)器疊置組合，提高硝化反應(yīng)效率。在每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)都可設(shè)置兩個(gè)換熱器，能提高換熱效果，有利于硝化反應(yīng)向正向移動(dòng)。
[0029]進(jìn)一步優(yōu)選，各雙環(huán)形硝化反應(yīng)器上下對(duì)正布置，換熱器貫穿所有雙環(huán)形硝化反應(yīng)器。
[0030]作為優(yōu)選，硝化系統(tǒng)中，各雙環(huán)形硝化反應(yīng)器的推進(jìn)式攪拌槳通過聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)。
[0031]硝化反應(yīng)液進(jìn)入第一分相槽內(nèi)分層，上層進(jìn)入洗滌系統(tǒng)進(jìn)行迷宮洗滌；所述的洗滌系統(tǒng)有多級(jí)串聯(lián)的迷宮洗滌槽串聯(lián)而成。
[0032]作為優(yōu)選，所述的洗滌系統(tǒng)由1-3級(jí)迷宮洗滌槽串聯(lián)而成。
[0033]進(jìn)一步優(yōu)選，所述的洗滌系統(tǒng)由第一級(jí)迷宮洗滌槽和第二級(jí)迷宮洗滌槽串聯(lián)而成，第一級(jí)迷宮洗滌槽設(shè)有物料入口，第一級(jí)迷宮洗滌槽的出口與第二級(jí)迷宮洗滌槽的入口連接，第二級(jí)迷宮洗滌槽的出口與第二分相槽的入口