连续制备二硝基甲苯的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及连续制备二硝基甲苯的方法和适用该方法的设备，所述的方法是用甲苯与硝酸和硫酸组成的混酸在恒温条件下反应分两步制备二硝基甲苯，两步反应中都将有机相和废酸相静置分离，第一、第二阶段分离的酸相循环使用；甲苯、硝酸和混酸同时加入反应器内的导流筒中间，通过桨式搅拌器搅拌使物料充分混合后，在导流筒内部（搅拌区）和外部（循环区）进行循环；物料在反应器内充分反应后通过提升装置进入分离器内进行重力沉降分离，分离器内部设计安装有废酸循环装置、停车循环装置和碟片式分离装置。废酸循环装置可以将分离器内的废酸直接返回到反应器内参与反应，改变反应器内有机相和无机相的比例关系，进而提高反应效果；停车循环装置可以简化开车和停车的操作，并提高了反应器的安全性能；碟片式分离装置可以在不增加分离器面积的情况下，增加分离器的分离能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用硝、硫混酸分两步对甲苯硝化制备二硝基甲苯(DNT)的方法，具体地说，本专利技术涉及的是在特别设计的装置中连续制备二硝基甲苯(DNT)的方法。
技术介绍
二硝基甲苯(DNT)简称为地恩梯，主要用做制备甲苯二异氰酸酯的前体，分子式为C6H3CH3(NO2)2，它共有六种异构体，需要生产的是2，4-DNT和2，6-DNT两种结构的二硝基甲苯，产品中2，4-DNT和2，6-DNT的质量比约为80/20，所以也叫(80/20)DNT。其余四种结构的二硝基甲苯均为副产物。所述制备二硝基甲苯的常规工业方法是甲苯与硝硫混酸分两步恒温硝化反应，见Ullmanns Encyklopadie Der technischen chemie，第四版，第17卷，第392页，Verlag Chemie，Weinheim 1979。其反应过程分为两个阶段第一阶段由甲苯硝化为一硝基甲苯(MNT) 第二阶段由一硝基甲苯硝化为二硝基甲苯(DNT) 现有工艺中存在成品得率低、副产物多、设备多、路线长、能耗高等缺陷。针对存在的上述缺陷，科技人员进行了大量的研究，发表了大量的文献试图解决，下面是几个典型的探索。EP95111993A公开了一种方法，其特征是甲苯连续二步硝化反应生产DNT异构体化合物(1)在连续式反应器中甲苯与硝酸反应，其中含(i)80-100％(wt)无机物由60-90％(wt)H2SO4，1-20％(wt)HNO3和至少5％(wt)水构成，(ii)0-20％(wt)有机物由70-100％硝基甲苯异构体和副产品构成，环境温度0-140℃，摩尔比率HNO3∶甲苯＝(0.7∶1)-(1.2∶1)；(2)二级分离；(3)经闪蒸，加热后，去除酸相中至少5％的水分，加入50-100％(wt)HNO3，并连续返回到(1)段；(4)反应有机相主要是一硝基甲苯，环境温度20-200℃，摩尔比率HNO3∶一硝基甲苯＝(0.7∶1)-(1.2∶1)；(5)分离进入阶段2；(6)经闪蒸后浓缩酸相，加入MNT。EP96108857A公开了一种方法，其特征是一硝基甲苯异构混合物(MNT)经连续硝化反应生成DNT异构体化合物(1)MNT与硝酸(I)在环境温度下反应，HNO3与MNT摩尔比(0.7-1.4)∶1；(2)两相分离；(3)闪蒸，去除酸相中至少5％的水份，如有必要，加热，加入50-100％(wt)HNO3，循环返回系统；(I)组成(i)80-100％(wt)无机化合物成分60-90％(wt)H2SO4，1-20％(wt)HNO3和至少5％(wt)水分构成，(ii)0-20％(wt)有机化合物，由70-100％硝基甲苯异构体和剩余副产品构成。中国专利技术申请200410006845.8公开了一种方法，其特征是这种方法由以下步骤组成a)第一步，使甲苯和硝化酸进行绝热反应，将至少90％的甲苯反应掉，且不超过70％的所用甲苯反应形成了二硝基甲苯，然后将所述包含一硝基甲苯的有机相和所述包含硫酸的酸性水相分离，通过闪蒸将所述包含硫酸的酸性水相浓缩，并将所得浓硫酸循环返回到第一步反应中，和/或返回到第二步反应中，和/或返回到第二步的浓缩过程中，b)第二步，使来自第一步的包含一硝基甲苯的有机相完全和硝化酸进行等温反应，然后将所述有机相和所述包含硫酸的酸性水相分离，通过真空蒸发将所述包含硫酸的酸性水相浓缩，并将所得浓硫酸循环返回到第一步反应中，和/或返回到第二步反应中。CN9510929448公开了一种方法，其特征是在绝热条件下用硝化酸硝化甲苯，其方式使得一些一硝基甲苯存在于反应混合物中，然后处理硝化反应混合物以除去5％(重量)水，然后将反应混合物分离成有机相和酸相。从有机相中回收产物二硝基甲苯，酸相可在加入硝酸以补充在硝化反应中所消耗的硝酸后再循环使用。中国专利技术申请96106184.7公开了一种方法，其特征是用特定的硝化酸将邻位异构体含量低的一硝基甲苯和一硝基甲苯异构体混合物硝化。硝化反应在绝热条件下进行。在硝化反应中硝酸与一硝基甲苯的摩尔比通常大约0.7∶1-1.4∶1。然后将有机相和包含硫酸的酸性水相分离。处理酸相以除去至少5％(重量)水。除去水后，将浓度为大约50-100％(重量)的硝酸加到经处理的酸相中，加入量满足本专利技术方法可用的硝化酸的组成限制。然后将浓缩的酸相返回到硝化反应中。与以上所述的方法相比采用本专利技术生产的产品纯度较高，原材料消耗较低，容易实现工业化大规模连续生产。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种连续制备二硝基甲苯(DNT)的方法，该方法较现有技术相比易于大规模工业化生产，确保生产的安全稳定和产品的质量，降低原材料的消耗，减少废水的产生量。本专利技术要解决的另一个技术问题是通过对设备和工艺的关系的研究，提供一种实现连续制备二硝基甲苯(DNT)的方法的专用装置，减少现有技术的设备，缩短工艺路线，节能降耗，操作安全。本专利技术的总体技术方案是甲苯与硝酸和硫酸组成的混酸在恒温条件下分两步反应制备二硝基甲苯加入的浓硫酸的浓度应在80％(质量)以上，优选在90％(质量)以上，硝酸浓度在80％(质量)以上，优选在90％(质量)以上；第一步是甲苯和硝酸反应生成一硝基甲苯(MNT)，反应中混酸组成为60～80％(质量)的硫酸、0.02～3％(质量)的硝酸、20～40％(质量)的水和0～2％(质量)的氮氧化物，温度控制在20～60℃之间，优选控制在30～50℃之间，在反应中投入的甲苯和浓硝酸的摩尔比为1∶0.7～1.3，优选控制在1∶0.8～1.2之间；第二步是反应生成的一硝基甲苯继续和硝酸反应生成二硝基甲苯(DNT)，反应中混酸组成为70～80％(质量)的硫酸、2～7％(质量)的硝酸、15～25％(质量)的水、0～2％(质量)的氮氧化物和0～1％的氧化物，温度控制在55～100℃之间，优选控制在58～80℃之间，在反应中投入的一硝基甲苯(MNT)和浓硝酸的摩尔比为1∶0.7～1.3，优选控制在1∶0.8～1.2之间，甲苯和浓硫酸的摩尔比为1∶1.3～2.2，优选控制在1∶1.4～2.0。工艺流程具体为甲苯加入反应釜(1)、(3)，浓硝酸加入反应釜(3)、(4)，浓硫酸加入反应釜(4)，反应釜(1)反应分离后的酸性甲苯进入反应釜(3)进行第一步反应生成一硝基甲苯(MNT)；反应釜(3)反应分离后的一硝基甲苯(MNT)进入反应釜(4)进行第二步反应生成二硝基甲苯(DNT)，反应釜(4)反应后的二硝基甲苯和废酸一起进入反应釜(5)进行进一步反应，将没有完全反应的一硝基甲苯全部硝化成二硝基甲苯，物料在反应釜(5)反应分离后二硝基甲苯进入反应釜(6)，同时加入热水进行洗涤得到含有少量杂质的二硝基甲苯；反应分离的废酸从反应釜(5)依次进入反应釜(4)、(3)、(2)、(1)，而反应产生的硝化物从反应釜(3)依次进入反应釜(4)、(5)，这样废酸和硝化物形成了逆向流动的特点；反应釜(3)产生的废酸一部分进入反应釜(2)，一部分进入反应釜(4)进行循环使用，即第一步反应分离后的废酸返回第二步参与反应；反应釜(5)分离后的废酸一部分返回反应釜(4)，一部分返回反应釜(3)；反应釜(6)分离后的洗涤水也进入反应釜(2)并和废酸混合后进入反应釜(1)，本文档来自技高网...

【技术保护点】
连续制备二硝基甲苯的方法，其特征在于，甲苯与硝酸和硫酸组成的混酸在恒温条件下分两步反应制备二硝基甲苯；加入的浓硫酸的浓度应在８０％（质量）以上，优选在９０％（质量）以上，硝酸浓度在８０％（质量）以上，优选在９０％（质量）以上；ａ）第一步是甲苯和硝酸反应生成一硝基甲苯（ＭＮＴ），反应中混酸组成为６０～８０％（质量）的硫酸、０．０２～３％（质量）的硝酸、２０～４０％（质量）的水和０～２％（质量）的氮氧化物，温度控制在２０～６０℃之间，优选控制在３０～５０℃之间，在反应中投入的甲苯和浓硝酸的摩尔比为１∶０．７～１．３，优选控制在１∶０．８～１．２之间；ｂ）第二步是反应生成的一硝基甲苯继续和硝酸反应生成二硝基甲苯（ＤＮＴ），反应中混酸组成为７０～８０％（质量）的硫酸、２～７％（质量）的硝酸、１５～２５％（质量）的水、０～２％（质量）的氮氧化物和０～１％的氧化物，温度控制在５５～１００℃之间，优选控制在５８～８０℃之间，在反应中投入的一硝基甲苯（ＭＮＴ）和浓硝酸的摩尔比为１∶０．７～１．３，优选控制在１∶０．８～１．２之间，甲苯和浓硫酸的摩尔比为１∶１．３～２．２，优选控制在１∶１．４～２．０；具体为：甲苯加入反应釜（１）、（３），浓硝酸加入反应釜（３）、（４），浓硫酸加入反应釜（４），反应釜（１）反应分离后的酸性甲苯进入反应釜（３）进行第一步反应生成一硝基甲苯（ＭＮＴ）；反应釜（３ ）反应分离后的一硝基甲苯（ＭＮＴ）进入反应釜（４）进行第二步反应生成二硝基甲苯（ＤＮＴ），反应釜（４）反应后的二硝基甲苯和废酸一起进入反应釜（５）进行进一步反应，将没有反应完的一硝基甲苯全部硝化成二硝基甲苯，物料在反应釜（５）反应分离后二硝基甲苯进入反应釜（６），同时加入热水进行洗涤得到含有少量杂质的二硝基甲苯；反应分离的废酸从反应釜（５）依次进入反应釜（４）、（３）、（２）、（１），而反应产生的硝化物从反应釜（３）依次进入反应釜（４）、（５），这样废酸和硝化物形成了逆向流动的特点；反应釜（３）产生的废酸一部分进入反应釜（２），一部分进入反应釜（４）进行循环使用，即第一步反应分离后的废酸返回第二步参与反应；反应釜（５）分离后的废酸一部分返回反应釜（４），一部分返回反应釜（３）；反应釜（６）分离后的洗涤水也进入反应釜（２）并和废酸混合后进入反应釜（１），没有外排的酸性废水；反应釜（１）内的废酸经甲苯萃取分离后去脱硝浓缩处理，回收后返回系...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹世英，张金鹏，张路遥，雍亚兰，李明，
申请(专利权)人：甘肃银光化学工业集团有限公司，
类型：发明
国别省市：62[中国|甘肃]