[发明专利]用于生产硝基苯的方法和设备

说明书

本发明涉及通过苯与硝酸在硫酸存在下的绝热硝化反应特别是连续生产硝基苯的方法和设备，其中，硝化反应后，在与环境压力相比减压下通过加热进行所述硫酸的多阶段浓缩，和其中使用在苯的绝热硝化反应中产生的热进行所述加热。

利用硝酸在硫酸的存在下通过苯的绝热硝化反应生产硝基苯的方法已久为人知。

例如，该方法早在1939年就以其基本形式递交，并在1941年授权为专利US 2256999。

目前，例如在US 4091042、US 5313009和US 5763697中描述了基本实施形式。

其中所描述的基本上绝热的方法的共同特征是：所述硝化反应的实际起始原料(苯和硝酸)在大量过量的硫酸存在下进行反应。

此外，在所有上述现有技术方法中，都是将所述硝酸与过量的硫酸预混合。其中以及在本发明中，如此获得的基本上包含硫酸和硝酸的混合物被称为混合酸。

苯与硝酸生成硝基苯和水的反应是高度放热的(△H = -117kJ/mol)，和在上述方法中大量过量的硫酸几乎定量地吸收了反应过程中释放出的热的形式的反应焓，以及由此形成的水。

同样地，上述方法的共同特征是：使用至少部分来自所述反应焓的储存在反应产物中的热量通过水的蒸发再浓缩所述硫酸，所述硫酸在反应过程中被水高度稀释。

因此，在US 4091042中，所述方法在四个串联连接的搅拌容器中进行，离开第四个搅拌容器的反应产物被传递到同样是连续操作的相分离器内，在所述相分离器内从基本上有机的所谓粗硝基苯中分离出基本上含水的所谓废酸。

关于本发明，废酸是指包含水和硫酸的基本上极性的含水混合物，其中部分硝基苯任选仍然溶解在所述硫酸中，和粗硝基苯是指包含苯和硝基苯的基本上非极性的有机混合物，其中部分硫酸和水任选仍然溶解在所述硝基苯中。

在US 4091042中，所述废酸在闪蒸器中使用储存在所述废酸中的反应热进行浓缩。根据US 4091042，该浓缩在90℃和约80 毫巴下单阶段地进行。

根据US 4091042，所述粗的硝基苯还进一步通过连续地通入四级逆流萃取洗涤器进行后处理，其中酸性成分如硫酸残留物和副反应产物如，例如二硝基苯酚和苦味酸通过与碳酸钠溶液接触萃取。

最后，由此纯化的粗硝基苯进行水蒸汽蒸馏，其中分离出剩余的苯以便将其返回到硝化反应。

US 4091042没有公开多阶段蒸发。

在US 5313009描述的用于硝基苯的绝热生产的方法中，硝酸也与大量的硫酸混合形成混合酸，和将苯计量加入到所述混合酸中，然后，苯与硝酸反应得到水和基本上硝基苯。

与根据上述US 4091042的方法相反，根据US 5313009的方法，选择反应温度、苯的浓度、硝酸的浓度和硫酸的浓度使得在第一反应区后已经获得了苯、硝基苯、硫酸和水的基本上不含硝酸的混合物。就是说，根据US 5313009 ，所述方法如此操作使得硝酸的转化是定量的。为此目的，基于硝酸的量计以至少化学计量的量使用苯。

在US 5313009中，还将所述反应区下游得到的基本上不含硝酸的反应混合物输送到单一的相分离器，其中，从所述废酸中分离出粗硝基苯。

类似于US 4091042的方法，所述废酸输送入闪蒸器，其中同样在与环境压力相比减压下和升高的温度下从所述废酸中蒸发出水。这里同样，使用至少部分来自反应产物的热浓缩上述闪蒸器内的硫酸。

US 5313009仅仅描述了从闪蒸中得到的浓缩的酸在其组成上与在该方法的开始时所用的大致相同。US 5313009没有公开所述闪蒸的确切压力以及所述闪蒸的确切温度。

相应地，US 5313009同样没有公开所述废酸的多阶段闪蒸。

在根据US 5763697的方法中也只提到“纯化和浓缩阶段”，但是在US 5763697中没有精确地公开纯化和浓缩如何进行。对于其它的，US 5763697的方法与上述US 5313009的相似。

因此，上述现有技术通常已知的方法全部特征在于：所述废酸的进一步的处理在单一阶段中在减压下以闪蒸进行，至少其部分热来自苯与硝酸的绝热反应。

结果，除了为了浓缩所述硫酸进行的所需的水的蒸发外，所述废酸的其它成分通常同时进行蒸发，因为所需的水的分离速率必须在一个阶段中实现，这利用反应焓提供的可用的热可以仅通过显著和特别快速的压力降低来实现。