4-氯-3，5-二硝基三氟甲苯清洁生产工艺研究

【摘要】：4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯是一种重要的中间体,以对氯三氟甲苯为原料,经两步硝化而制成。它可以合成多种除草剂,但在我国该产品的生产情况并不令人满意,存在收率低、污染严重等问题。 本文针对现有的4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯的硝化生产工艺进行改进,目的是减少生产过程的废酸,减少对环境的污染。本文主要研究的内容有: (1)通过红外光谱测定废酸中的有机物大部分为4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯(二硝化物);用萃取剂处理废酸是一种常用的方法,通过实验筛选认为原料4-氯三氟甲苯是最好的萃取剂。 (2)在现有生产方案的基础上,引入三氧化硫代替发烟硫酸以降低硫酸的排放量,并对影响4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯硝化的主要因素,如原料配比、反应温度、反应时间、三氧化硫浓度、硝酸的浓度、三氧化硫的摩尔量等,通过正交实验进行考察,得出最佳工艺条件。以小试结果为基础,进行工程设计和扩大实验,产品收率从83%提高至90.1%。 (3)使用温和反应条件,减少反应时间、减少反应物添加量、减少副反应,使用常规分离方法,提高反应物收率。具体方法是当一硝(4-氯-3-硝基三氟甲苯)的转化率为90%以上时,就停止反应、保温、静止分层,对上层有机物进行减压蒸馏,将未反应的一硝化产物蒸出,使产品中一硝化物含量小于0.5%。温和反应条件配合产品蒸馏使得产品4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯的产率在92.7%以上。 (4)引入三氧化硫作为反应吸水剂,使废硫酸产生的数量减少到最小;使用温和反应条件减少副产物生成,使废硫酸回用成为可能。这两种方法减少了废酸污染,提高产品收率,构成当前技术水平下4-氯-3,5-二硝基三氟甲苯的清洁生产工艺。 【关键词】：4-氯-3 5-二硝基三氟甲苯 清洁工艺 废酸循环利用 原料萃取
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TQ242
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 符号说明10-11
• 1 前言11-12
• 2 文献综述12-29
• 2.1 课题背景及意义12
• 2.2 工业生产污染现状12-13
• 2.3 清洁生产总述13-17
• 2.3.1 清洁生产的含义13-14
• 2.3.2 清洁生产的方法14-15
• 2.3.3 清洁生产的主要目标15
• 2.3.4 实行清洁生产的紧迫性15-16
• 2.3.5 清洁生产可采用的途径16
• 2.3.6 清洁生产对环境保护的意义16
• 2.3.7 清洁生产与传统生产工艺的比较16-17
• 2.4 4-氯-3，5-二硝基三氟甲苯介绍17-18
• 2.4.1 4-氯-3，5-二硝基三氟甲苯性质17
• 2.4.2 应用范围17-18
• 2.4.3 反应方程式18
• 2.5 硝酰阳离子18-22
• 2.5.1 硝酸硝酰阳离子的生成19
• 2.5.2 混酸硝酰阳离子的生成19-20
• 2.5.3 超酸硝酰阳离子的生成20-21
• 2.5.4 硝酸-醋酐-水中硝酰阳离子的生成21-22
• 2.6 硝化剂22-26
• 2.6.1 硝酸硝化剂的宏观特性及应用22-23
• 2.6.2 混酸硝化剂宏观特征及应用23-24
• 2.6.3 硝酸-醋酐（醋酸）硝化剂宏观特征及应用24-25
• 2.6.4 超酸硝化剂的宏观特征及应用25-26
• 2.7 绿色硝化26-28
• 2.7.1 绿色硝化的意义26-27
• 2.7.2 绿色硝化技术的现状与发展27-28
• 2.8 本论文研究的主要内容28-29
• 3 废酸的循环利用研究29-35
• 3.1 废酸产生原因29
• 3.2 废酸处理的国内外研究现状及其发展状况29-30
• 3.3 实验部分30-31
• 3.3.1 实验原料和仪器30
• 3.3.2 实验步骤30-31
• 3.4 结果与讨论31-34
• 3.4.1 废酸分析31-32
• 3.4.2 萃取剂的选择32-33
• 3.4.3 萃取前后废酸中物质的量的比较33-34
• 3.5 三氧化硫的引入34
• 3.6 小结34-35
• 4 硝化的基本理论35-40
• 4.1 芳烃硝化反应机理35
• 4.2 硝化反应影响因素35-38
• 4.2.1 被硝化物的性质35
• 4.2.2 硝化剂的选择35-37
• 4.2.3 反应温度的影响37
• 4.2.4 加料顺序的影响37-38
• 4.2.5 搅拌速度的影响38
• 4.2.6 相比与硝酸比的影响38
• 4.3 本实验硝化机理38-40
• 5 4-氯-3，5-二硝基三氟甲苯工艺现状40-43
• 5.1 国内现有生产路线40
• 5.2 国外现有生产路线40-42
• 5.2.1 Kwiatkowski路线40-41
• 5.2.2 Schneider 路线41-42
• 5.3 国内外硝化工艺分析42-43
• 6 改进方案一43-64
• 6.1 实验部分43-44
• 6.1.1 实验原料和仪器43-44
• 6.1.2 实验步骤44
• 6.2 结果与讨论44-53
• 6.2.1 单因素实验44-50
• 6.2.2 正交实验方法50-53
• 6.3 中试实验（方案一）53-57
• 6.3.1 中试步骤54-56
• 6.3.2 中试生产工艺图56
• 6.3.3 中试实验结果56-57
• 6.4 反应动力学研究（方案一）57-62
• 6.4.1 动力学模型的建立57-59
• 6.4.2 实验部分59
• 6.4.3 实验结果与讨论59-62
• 6.5 本章小结62-64
• 7 改进方案二64-72
• 7.1 实验部分64
• 7.1.1 原料和仪器64
• 7.1.2 实验步骤64
• 7.2 结果与讨论64-67
• 7.2.1 反应温度对反应的影响64-65
• 7.2.2 反应时间对反应的影响65
• 7.2.3 三氧化硫浓度对反应的影响65-66
• 7.2.4 硝酸的量对反应的影响66
• 7.2.5 三氧化硫的量对反应的影响66-67
• 7.3 减压蒸馏67-70
• 7.3.1 减压蒸馏的依据67-68
• 7.3.2 减压蒸馏的装置与步骤68
• 7.3.3 减压蒸馏条件的选择68-69
• 7.3.4 馏分的分析69-70
• 7.4 中试实验（方案二）70-71
• 7.4.1 中试步骤70
• 7.4.2 中试工艺流程图70-71
• 7.4.3 方案二的优缺点71
• 7.5 本章小结71-72
• 结论72-74
• 参考文献74-79
• 附录79-81
• 致谢81-82
• 攻读学位论文发表的学术论文目录82-83

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