proiect loredana coloranti

Universitatea Politehnica Bucuresti

Facultatea de Chimie Aplicata si Stiinta Materialelor

Predimensionarea instalației de obținere a 1,3-fenilendiaminei din

benzenProiect Coloranți

Bradu Loredana

CISOPC IV

Predimensionarea instalației de obținere a 1,3-fenilendiaminei din benzen

Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Cuprins1. Literatura de specialitate...............................................................................................................3

1.1. Introducere............................................................................................................................3

1.2. Proprietăți fizice....................................................................................................................3

1.3. Proprietăți chimice................................................................................................................3

1.4. Obținerea..............................................................................................................................4

1.5. Protecția mediului.Toxicitatea în apă....................................................................................4

1.6. Caracteristici de calitate........................................................................................................4

1.7. Stocarea și transportarea......................................................................................................5

1.8. Utilizări...................................................................................................................................5

1.9. Metoda de obtinere a 1,3 fenilen diaminei din benzen.........................................................6

1.10. Fluxul de operații...............................................................................................................8

2. Bilanturi de materiale si predimensionari......................................................................................9

2.1. Bilanț de materiale la 1kmol de reactant...............................................................................9

2.2. Bilanțul de timp...................................................................................................................15

2.3. Bilanț de materiale pe instalația industrială........................................................................17

2.4. Predimensionare instalație..................................................................................................21

2.5. Analiza și controlul calității.Analiza calitativă......................................................................27

2.6. Analiza cantitativă................................................................................................................28

2.7. Instrucțiuni operare proces.................................................................................................28

2.8. Norme de protecție a muncii...............................................................................................30

3. Bibliografie...................................................................................................................................31

2


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

1. Literatura de specialitate

1.1. Introducere

Fenilendiamina este numele obișnuit acordat derivatilor diaminici de benzen. Aceștia sunt în numar de 3 izomeri , orto , meta și para. Ca toate aminele aromatice simple pot fi preparate prin nitrare prin reacție de substituție electrofina aromatică , urmată de reducerea grupei nitro , de obicei hidrogenare catalitică , până la grupa amino. Această chimie a fost pusă la punct la începutul anilor 1800. Până la mijlocul secolului al 20-lea , acești compuși erau folosiți în principal pentru prepararea vopselelor , dar în prezent sunt mult mai importante pentru producerea de fibre textile de înaltă performanță, îngrașăminte pentru agricultură și diizocianați pentru prepararea unei game variate de produse poliuretanice.

1.2. Proprietăți fizice

Toate diaminele benzenului sunt solide albe cristaline , dacă sunt pure. Sunt solubile în apa fierbinte sau în solvenți organici comuni , cum ar fi alcoolii , cetonele , sau eteri. Datorită solubilității scazute în apă rece , izomerii orto și para pot fi recristalizați din apa.

1,3-fenilendiamina

Proprietate

Numărul CAS

Punct de topire

Punct de fierbere

Valoare

[108-45-2]

62-63 oC

284-287 oC

1.3. Proprietăți chimice

Proprietățile chimice ale acestor compuși sunt tipice aminelor aromatice; reacționează ca baze în soluții apoase și formează saruri stabile cu acizi. Proprietatea lor cea mai notabilă este în schimb reactia de oxidare și formare de complecși colorați , acest lucru îi face folosibili pentru vopsele. Oxidarea poate avea loc și dacă sunt depozitați în prezența aerului. Inelul aromatic poate fi hidrogenat catalitic la diaminociclohexan.

3


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Meta-fenilendiamina poate fi ușor acilată cu acid clorhidric pentru a forma amide substituite. Formează poliamide cu , clouri diacide; de exemplu cu o clorură de isoftalat formeză m-fenilenizoftalamidă, care este o materie primă pentru fibrele textile. Când

m-fenilendiamina este reac ionată cț u exces de acid azotic , ambele grupe amino sunt diazotate și cuplează cu m-fenilen diamină nereacționată formând 5,5-[(4-metil-m-fenilen)bisazo]bis(toluene-2,4-diamina) , cunoscut ca Maro Bismark , unul din primii coloranți azoici.

1.4. Obținerea

Prepararea fenilen diaminei aproape tot timpul începe de la benzen cu nitrare și apoi reducere , dar exista și unele excepții. Izomerul meta este sintetizat prin hidrogenare catalitică a 1,3 dinitrobenzenului, care este obținut la randul lui ca produs principal al reactiei de dinitrare a benzenului cu un amestec sulfonitric. O anumită cantitate de orto- si para-fenilendiamina (aproape 10%) sunt produși secundari , dar pot fi eliminați prin tratament chimic , atunci când numai ce s-a terminat reacția de nitrare sau înaintea hidrogenării sau în timpul separarii metafenilendiaminei prin distilare. Hidrogenarea are loc de obicei în metanol sau în apa pe un suport de paladiu sau catalizator nichel Raney.

1.5. Protecția mediului.Toxicitatea în apă

Concentratia letală pentru 50% din subiecți (LC50) a o-fenilendiaminei determinată pe o specie de pești este de 44 mg/L (la 96 de ore de expunere). Pentru izomerul para este de doar 0,028 mg/L , ceea ce indică fatpul că p-fenilendiamina este mult mai toxică pentu mediu acvatic. LC50 pentru izomerul meta este mai mare de 1 mg/L dar mai puțin de 50 mg/L. În schimb pentru toluendiamine este mult mai mare decât acestea ajungând la valori mai mari de 400 mg/L.

1.6. Caracteristici de calitate

Toți cei 3 izomedi ai fenilendiaminei sunt disponibili pe piață ca solide sub formă de fulgi; izomerul meta mai este disponibil și turnat ca solid sau topitură. Produșii comerciali au o culoare ce variază de la un maro deschis pană la maro închis. Ei tind să se decoloreze pe durata stocării , sau în prezenței aerului , a umezelii , sau la temperaturi ridicate se intensifică deteriorarea culorii. Cu toate acestea , doar culoarea nu este un criteriu al purității datorită faptului că un material foarte colorat poate fi în continuare peste specificațiile minime de puritate. Specificațiile tipice ale producătorului sunt arătate în urmatorul tabel:

4


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

1.7. Stocarea și transportarea

Toate diaminele aromatice ar trebui să fie stocate în recipiente închise ermetic , într-o pozitie verticală , într-o cameră rece și ventilată și departe de caldură și surse de aprindere. În Statele Unite , transportul izomerului orto altul decăt pe calea aerului nu este permis. Izomerii meta si para sunt transportați sub clasa de pericol ORM-A and UN no. 1673. Pentru transport internațional pe apă sau aer , toți trei izomerii sunt transportați sub numele de fenilendiamine și sub clasa de pericol Otrava β, 6.1.

1.8. Utilizări

Pentru o perioadă de aproape 100 de ani , fenilendiaminele si toluendiaminele au fost folosite în totalitate aproape pentru fabricarea de vopsele și intermediari ai acestora. Cu toate acestea la mijlocul secolului trecut , aceste materiale au devenit materii prime importante pentru o varietate de polimeri , care acum este cea mai mare utilizare a acestora.

Metafenilendiamina

Cea mai rapidă crestere în utilizarea metafenilendiaminei o reprezintă producerea de fibre aramidice (poli metafenilenizoftalamide) , care este obținut prin reacția dintre metafenilendiamină și clorura de izoftalol. Acest material este utilizat în domeniile în care este nevoie de rezistență la temperaturi foarte înalte sau ignifuge care împiedică aprinderea și combustia. Niste exemple ar fi armurile (veste antiglonț) sau interioarele avioanelor. Acest polimer este produs în Statele Unite de către Du Pont (Nomex) , în Japonia de Teijin și în Rusia. Metafenilendiamina mai este folosit și pentru reticularea rașinilor epoxidice , rezultând materiale cu rezistență la temperaturi ridicate și o bună rezistență la solvenții. Asfel de rășini tratate sunt folosite în filamente de bobine și ca adezivi de carcase.

5


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Metafenilendiamina este folosită în continuare ca materie primă pentru multe vopsele. Exemple ar fi Maro bazic 1 (Maro Bismarck) , Portocaliu bazic 2 și Negru direct 38.

Toxicologie

Toate diaminele aromatice sunt toxice în momentul în care sunt ingerate sau intră în contact cu pielea și ochii pe care le irită. La unii indivizi , inhalarea poate duce la probleme respiratorii sau la astm. Asfel , aceste diamine ar trebui sa fie trate ca materii periculoase și orice contact direct cu acestea ar trebui evitat prin folosirea echipamentului de protecție adecvat.

Metafenilendiamina

Efectul toxic a fost observat la animale de la o perioadă scurtă de expunere la izomerul meta , prin inhalare , ingestie , sau contact cu pielea și dăunează ficatului și rinichiului. Deoarece nu sa descoperit activitate cancerigenă a acesteia la testele pe animale nu este considerată o sunstanță cancerigenă , chiar dacă este mutagnă în culturile de bacterii și poate avea ativitate embriotoxică.

1.9. Metoda de obtinere a 1,3 fenilen diaminei din benzen

Într-un vas de reacție corespunzător se introduc 130g de H2SO4 de conc. 85% și 87g de benzen. Cu agitare continuă se adauga un amestec de 650g de HNO3 (22,1%) și H2SO4

(71.4%) într-o perioadă de 3 ore și se menține temperatura la aproximativ 50oC pe durata primelor 2 ½ ore , iar în ultimile 30 de minute se menține la 60oC. După ce a fost adăugat tot amestecul de acizi , temperatura este ridicată la 80 de grade și se menține timp de o oră.

După ce reacție este completă , 145 de grame de apă este adaugată în amestecul de reacție și se agită înca 10 minute la temperatura de 90oC.

Apoi amestecul de reacție este lasat sa se separe în două straturi. Stratul de sus de dinitrobenzen este decantat din amestecul de reacție. Dinitrobenzenul este spalat cu apă si o soluție diluată Na2SO3.

6


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Într-un vas de reacție de fontă , de 3 l , prevăzut cu agitator și cu refrigerent , se introduc 1,5 l de apă , 400 g pilitură de fontă și 20 ml HCl concentrat. Amestecul se fierbe timp de 5-10 minute. Apoi sub agitare energică , se adaugă , la fierbere 168 g (1 mol) 1,3 dinitrobenzen în porțiuni de câte 2 g. După fiecare porțiune , masa spumează puternic. Dacaz se adaugă prea repede , lichidul din vas se colorează în brun , ceea ce indică formarea de azoxiderivat , care împiedică reducerea ulterioară. În unele cazuri , o calitate necorespunzătoare a fierului poate duce la aceleași rezultate negative.

La sfarșitul reacăției , masa este de culoare slab brună sau chiar incoloră. O picătură din masă pe hârtia de filtru trebuie să dea o aureolă aproape incoloră , care la aer devine roșiatică.

În masa de reacție se introduc în porțiuni mici , circa 10 g de Na2CO3 ,până la reacție alcalină , față de hârtie galben briliant , și se fierbe încă 5 minute. Dacă în aureola unei probe mici pe hârtia de filtru nu se mai formează o pată neagră la atingerea cu o picătură de soluție de sulfură de sodiu(1:10), care indică descompunerea sărurilor de fier solubile , masa se poate filtra fierbinte.

Analiza soluției se efectuează cu ajutrul anilinei diazotate.

Pentru obținerea produsului cristalizat , solutia neacidulată se evaporă la început la aer , apoi la vid , până la un conținut de diamină de 40%. Apoi fie că se elimină total apa în vid , fie ca se racește soluția la 0oC când cristalizează 1,3 fenilen-diamina sub formă de crostașe alb-roșiatice (eventual se adaugă germeni de cristalizare).

7


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

1.10. Fluxul de operații

8


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

2. Bilanturi de materiale si predimensionari

2.1. Bilanț de materiale la 1kmol de reactant

Nitrarea

Reacția are loc cu un randament de 95%.

denumire formulamasa

moleculara(kg/kmol)intrare(kg

)iesire (kg)

reziduu(kg)

benzen C6H6 78 78 3.9

0

acid sulfuric H2SO4 98 515.15 515.15

acid azotic HNO3 63 128.78 9.082

apa H2O 18 55.36 89.567

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4 168 0 159.6

total 777.31 777.31 0

9


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Procedeul de spălare și separare.

Aceste doua etape au pierdere de 4%. Apa care va spăla produsul va fi în cantitate de 3 ori mai mare decât dinitrobenzenul care a fost obținut. Produsul va ramane un pic umed. 1% din apă și acizi va rămâne în nitrobenzen.



)iesire (kg)

reziduu(kg)

benzen C6H6 78 3.90 3.90

1088.07



apa H2O 18 568.36 5.68

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4 168 159.60 153.22

total 1256.11 168.04 1088.07

1256.11

10


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Spălarea și neutralizarea resturilor de acizi.

Această etapă are o pierdere de 2 %.

denumire formula masa moleculara(kg/kmol)

intrare(kg)

iesire (kg)

reziduu(kg)


3.91


apa H2O 18 465.33 465.82

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4

168 153.22 150.15

sulfit de sodiu Na2SO3 126 3.40 0.00

bisulfit de sodiu NaHSO4 104 0.00 5.47

dioxid de sulf SO2 64 0.00 1.73

Azotat de sodiu NaNO3 85 0.00 0.12

627.19 623.29 3.91

11


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Reducere

Această etapă decurge cu un randament de 93% .



)iesire (kg)

reziduu(kg)

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4 168 150.15 10.51

50.08

apa H2O 18 1344.83 1344.83

Fier Fe 56 358.62 354.73

Acid clorhidric HCl 36.5 7.61 0.00

1,3fenilendiamina C6H8N2 108 0.00 89.77

clorura ferica FeCl3 162.5 0.00 11.29

1861.21 1811.13 50.08

1861.21

12


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Neutralizare și precipitarea sării solubile de fier

3Na2CO3 + 2FeCl3 → Fe2(CO3)3 ↓+ 6NaCl


moleculara(kg/kmol)intrare(g

)iesire (kg)

reziduu(kg)

1,3dinitrobenzenC

6H4N2O4 168 10.51 10.51

0.00

apa H2O 18 1344.83 1344.83

Fier Fe 56 354.73 354.73



Carbonat de sodiu Na2CO3 106 11.05 0.00

Carbonat feric Fe2(CO3)3 292 0.00 10.15

Clorura de sodiu NaCl 58.5 0.00 12.20

1822.18 1822.18 0.00

13


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Filtrarea

La acest pas există pierderi de 2%. Deoarece filtrarea se face la cald 1,3 etilendiamina este solubilă și trece în soluție.

denumire formula masa moleculara(kg/kmol) intrare(kg)iesire (kg) reziduu(kg)

1,3dinitrobenzen C6H4N2O4 168 10.51 10.51

1.80

apa H2O 18 1344.83 1344.83

Fier Fe 56 354.73 354.73


Carbonat feric Fe2(CO3)3 292 10.15 10.15


total 1822.18 1820.38 1.80

1822.18

Evaporarea la aer

denumire formula masa moleculara(kg/kmol) intrare(g) iesire (kg) reziduu(kg)

apa H2O 18 1344.83 131.961212.87


total 1432.80 219.93 1212.87

1432.80

Evaporarea la aer se face până când diamina se concetrează la 40%.

14


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Evaporarea la vid

denumire formula masa moleculara(kg/kmol) intrare(kg) iesire (kg) reziduu(kg)

apa H2O 18 131.96 0.00131.96


total 219.93 87.97 131.96

219.93

2.2. Bilanțul de timp

Pentru realizarea producției anuale de 100t/an trebuie stabilită timpul de producție al unei șarje/ durata de șarjă, care este influențat direct de timpul de lucru cel mai mare al unui utilaj din cadrul instalației. Pentru stabilirea timpului de lucru al utilajului se vor exprima toate operațiile efectuate de utilaj în intervale de timp real. Timpul necesar pentru realizarea unei șarje trebuie exprimat printr-o valoare reală de lucru, adică se va lua un exces.

Nr. Faza

denumire faza Utilaj Etape

timp (h)

Timp pe utilaj (h)

1 nitrare reactor Incarcare acid sulfuric 0.5 8

incarcare benzen 0.5

Adaugare amestec sulfonitric si incalzire 50oC 2.5

Adaugare amestec sulfonitric si incalzire 60oC 0.5

incalzire 80oC 1

Spalare cu apa 1

Perfectare reactie 90oC 0.5

Descarcare pregatire 3

15


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

2

decantare decantor

incarcare 0.5

2decantare 2

golire 0.5

3 amestecarevas de amestecare

incarcare apa 0.5

2incarcare sulfit de sodiu 0.5

incarcare dinitrobenzen 0.5

golire 0.5

4 decantare decantor

incarcare amestec 0.5

2.5decantare 1.5

golire 0.5

5 reducere reactor

pregatire reactor(pilitura de fier) 1

10

incarcare cu apa 0.5

Incarcare acid clorhidric concentrat 0.5

incalzire la fierbere 100oC 3

adaugare dinitrobenzen 3

neutralizare cu Na2CO3 0.5

incalzire 100oC 1

golire 0.5

6 filtrare filtru NUCE

incarcare filtru 2,5

5spalare cu apa 1.5

golire filtru 1

7 evaporare la aer

evaporator incarcare evaporator 0.5 2

evaporare 1

16


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

golire evaporator 0.5

8evaporare la vid

evaporator de vid

incarcare evaporator 0.5

3

vidare evaporator 0.5

evaporare la vid 1

depresurizare 0.5

descarcare evaporator 0.5

9 racire racitor

incarcare racitor 0.5

2cristalizare 1

golire racitor 0.5

Durata de șarjă: 10 h

Numarul de șarje: =(numar de zile * timp de lucru) / durata sarja = 200*24/10=480 sarje/an

Capacitatea 100 tone/an

Producția pe șarja = capacitatea*1000/nr. șarje = 100*1000/480 = 208,33kg/sarja

= 208,33/87.97 =2.3678

2.3. Bilanț de materiale pe instalația industrială

1)Nitrarea

denumire formulamasa moleculara(kg/kmol) intrare(kg) iesire (kg)

pierderi(kg)

benzen C6H6 78 184.71 9.23

0



apa H2O 18 131.1 212.1

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4 168 0

377.9640448

17


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

total 1840.82 1840.82 0

2)Separare spălare


pierderi(kg)

benzen C6H6 78 9.24 9.24

2576.76



apa H2O 18 1345.99 13.46

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4 168 377.96 362.85

total 2974.72 397.96 2576.76

3)Spălarea

denumire formulamasa moleculara(kg/kmol)

intrare(kg) iesire (kg)pierderi(kg)


9.25


apa H2O 18 1102.00 1103.15

1,3dinitrobenzen

C6H4N2O4

168 362.85 355.59

sulfit de sodiu Na2SO3 126 8.06 0.00

bisulfit de sodiu NaHSO4 104 0.00 12.95

dioxid de sulf SO2 64 0.00 4.09

Azotat de sodiu NaNO3 85 0.00 0.29

18


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

total 1485.32 1476.07 9.25

4)Reducere


pierderi(kg)

1,3dinitrobenzenC6H4N2O4 168 355.59 24.89

118.60

apa H2O 18 3184.82 3184.82

Fier Fe 56 849.28 840.07

Acid clorhidric HCl 36.5 18.02 0.00



total 4407.71 4289.11 118.60

5)Neutralizare

denumire formulamasa moleculara(kg/kmol) intrare(g) iesire (kg)

pierderi(kg)


0.00

apa H2O 18 3184.82 3184.82

Fier Fe 56 840.07 840.07



Carbonat de sodiu

Na2CO3 106 26.17 0.00

19


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Carbonat fericFe2(CO3)3 292 0.00 24.03


total 4315.28 4315.28 0.00

6)Filtrarea


pierderi(kg)


4.25

apa H2O 18 3184.82 3184.82

Fier Fe 56 840.07 840.07


Carbonat fericFe2(CO3)3 292 24.03 24.03


total 4315.28 4311.03 4.25

7)Evaporarea la aer

denumire formulamasa moleculara(kg/kmol) intrare(g) iesire (kg)

pierderi(kg)

apa H2O 18 3184.82 312.51

2872.311,3fenilendiamina C6H8N2 108 208.34 208.34

total 3393.15 520.85 2872.31

20


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

8)Evaporarea la vid


pierderi(kg)

apa H2O 18 312.51 0.00

312.511,3fenilendiamina C6H8N2 108 208.34 208.34

total 520.85 208.34 312.51

2.4. Predimensionare instalațieEtapa de predimensionare a instalației are rolul de a asigura funcționalitatea acestei în

condițiile impuse de fluxul de operații și bilanțul de materiale. O predimensionare greșită a instalației conduce la posibile accidente și nerealizarea procesului la standardele impuse.

E1Bazinul de acid sulfuric 87%

Materile Cantitate (kg) Densitate (kg/m3) Volumul parțial (m3)

acid sulfuric 201.66 1830.00 0.11

apa 30.133753 1000 0.03

vol necesar 0.2m3

E2 Bazinul de benzen


benzen 184.71 876.5 0.21

21


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

vol necesar 0.25m3

E3

bazinul de amestec sulfonitric


acid azotic 304.99 1513 0.20

acid sulfuric 988.1919 1830 0.54

apa 89.90034599 1000 0.09

total 0.83

volumul necesar 1m3

E4 bazinul de apa


apa 1240 1000 1.24

volumul necesar 1.5m3

E5 reactor de nitrare


benzen 184.71 876.5 0.21

acid sulfuric 1219.99 1830 0.67

22


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

acid azotic 304.99 1513 0.20

apa 131.1 1000 0.13

total 1.21

volumul necesar 2m3

E6 decantor


benzen 9.24 876.5 0.01

acid sulfuric 1220 1830 0.67

acid azotic 21.53 1513 0.01

apa 1345.99 1000 1.35

1,3dinitrobenzen 377.96 1000 0.38

volum necesar 2.7m3

E7bazin colectare ape de proces


ape de proces 2576.76 1000 2.58

volum necesar 2.7m3

E13bazin sulfit de sodiu 10 %


23


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

sulfit de sodiu 8.06 1000 0.01

apa 72.54 1000 0.07

total 0.08


E12vas de amestecare


apa 1102 1000 1.10

1,3dinitrobenzen 362.85 1000 0.36


total 1.47


E14 decantor


apa 1102 1000 1.10

1,3dinitrobenzen 362.85 1000 0.36


bisulfit de sodiu 12.95 1480 0.01

dioxid de sulf 4.09 2.63 1.56

Azotat de sodiu 0.29 2257 0.00

24


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

total 3.03


E15 Reactor reducere

Materile Cantitate (kg)

Densitate (kg/m3) Volumul parțial (m3)

1,3dinitrobenzen 355.59 1000 0.36

apa 3184.82 1000 3.18

Fier 849.28 7874 0.11

Acid clorhidric 18.02 1179 0.02

total 3.66

coeficient de umplere 0.6 dsatorita spumarii


E16 bazin carbonat de sodiu


carbonat de sodiu 26.17 2540 0.01


25


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

E17 bazin de acid clorhidric


acid clorhidric 18.02 1179 0.02

apa 32.04 1000 0.03

total 0.05


E20vas deschis de colectare ape reziduale


ape reziduale(E14) 1102 1000 1.10

1,3dinitrobenzen 24.89 1000 0.02

Fier 840.07 7874 0.11

Carbonat feric 24.03 1000 0.02

Clorura de sodiu 28.88 2165 0.01

total 1.27


E27 Evaporator cu aer


apa 3184.82 1000 3.18

1,3fenilendiamin 208.34 1140 0.18

26


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

a

total 3.37

E29 vas de colectare produs finit

1,3fenilendiamina 208.34 1140 0.18

volum necesar 0.25m3

2.5. Analiza și controlul calității.Analiza calitativă

Prezența grupei amino legată de un inel aromatic se determină calitativ prin diazotarea acesteia , la rece (0-5oC) , cu soluție de azotit de sodiu , urmată de cuplarea sării de diazoniu formată cu soluție alcalină de sare R(sarea de sodiu a acidului 2-naftol-3,6-disulfonic; sau rezorcină , componente care cuplează ușor cu sărurile de diazoniu; are loc formarea de colorant azoic. Lipsa formării unei colorații indică absența grupei amino din compusul aromatic analizat.

27


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Determinarea sfârșitului reacției de diazotare se realizează cu ajutorul hârtiei iod-amidonate (KI si amidon îmbibate din soluție apoasă pe hârtie de filtru); un mic exces de acid azotos produce albăstrirea instantanee a acesteia:

I2 colorează amidonul prezent în albastru.

Înainte de cuplare se tamponează de aciditate soluția sării de diazoniu cu acetat de sodiu și se distruge excesul de acid azotos prin adaugare de uree sau acid sulfamic .

Determinarea calitativă a prezenței grupei amino primare aromatice se poate simplu și repede în felul urmator : la proba de soluție apoasă și rece a compusului organic analizat se adaugă o cantitate mică de soluție de azotit de sodiu și apoi se controlează existența acidului azotos cu ajutorul hârtiei iodamidonate: lipsa apariției colorației albastre pe acesta indică consumarea acidului azotos. Metoda aceasta se poate folosi atunci când se știe cu siguranță că în proba analizată nu există amină primară alifatică și nici amină secundară alifatică sau aromatică deoarece și acestea consumă acidul azotos.

2.6. Analiza cantitativă

Determinarea conținutului de amină primară aromatică într-o probă analizată se efectuează prin metoda diazotării , reacția dintre amină și acidul azotos format din azotit de sodiu în mediu acid având loc cantitativ conform următoarei ecuații :

Pentru aceasta , se lucrează cu soluție de azotit de sodiu cu titru (de obicei 0,1N sau 0,5N) și factor determinat ; după consumul soluției de nitrit se calculează apoi cantitatea corespunzătoare de amină din proba analizată. Se numeste indice de nitrit , numarul de grame de nitrit necesar diazotării a 100 de grame de probă de amină analizată.

Fiecare amină primară aromatică se diazotează în anumite condiții (aciditate , temperatură , timp , concentrație de amină în soluție , concentație soluție nitrit etc.) care trebuie respectate. Metoda analizei prin diazotare nu se aplică în cazul aminelor care se comportă diferit la diazotare , pentru acestea folosindu-se metode aparte.

Se mai pot folosi și alte metode cum sunt: cuplarea sarurilor lor de diazoniu cu fenoli, titrarea alcalimetrică a clorhidraților aminici în prezența fenolftaleinei , titrarea aminelor cu anhidridă acetică (având loc formarea de produși acetilați) , determinarea bromometrică a aminelor din seria benzenului care se bromurează ușor (cu bromat bromură în mediu acid , folosind ca indicator hârtia iodamidonată) , separarea din amestec a unor amine a unor amine ca săruri greu solubile.

28


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Controlul procesului de reducere , a nitrocompusilor aromatici , la amine primare are loc prin efectuarea a doua determinări cu aceeași probă; întâi se dermină conținutul în amină , apoi se supune reducerii cu praf de zinc și acid acetic (sau clorhidric) și din nou se dozează amina ; dacă a doua determinare arată un conținut mai mare de amină , aceasta indică prezența de nitroderivat nereacționat în amestec.

Cantitățile mici de nitrobenzen (0.000015-1%) din anilină pot fi determinate polarografic ; analog se determină 1-nitronaftalina în prezența 1 naftilaminei și nitroxilenii în xilidine.

2.7. Instrucțiuni operare proces

Procesul de nitrare

Nitrarea se efectuează practic în aparate construite din fontă sau oțel , numite nitratoare , cu condiția ca acidul uzat sa nu fie prea diluat (minimum 72-73% acid sulfuric), pentru a se evita coroziunea acestora. În general se folosesc ca materiale de constructie fonta silicioasă și oțelurile aliate Cr-Ni.

Pentu acidul azotic mai concentrat de 80% se folosesc vase de aluminiu deoarece se acoperă cu o peliculă de oxid format datorita actiunii oxidante a acidului.

Nitratoarele sunt vase închise , de diferite tipuri și capacități , prevăzute cu o bună posibilitate de răcire și cu sistem eficace de agitare a masei de reacție: în afară de manta de răcire sunt prevăzute și cu elemente interioare , suplimentare , de răcire: serpentine , manșon , “baionete” numite și “lumânări” etc.

Felul agitatorului utilizat este în funcție de temperatura de reacție. Se folosesc agitatoare tip elice , turbină sau cu șnec (în tambur) cu turații mari pentru lichide nemiscibile și agitatoare tip ancoră cu brațe pentru produse mai vâscoase sau insolubile în mediul de reacție.

Cele mai obișnuite nitratoare sunt vase cilindrice verticale , cu fundul și capacul în formă de calote sferice, rezistente la presiune interioară. Pe capac sunt dispuse conducte pentru introducerea substanței organice , amestecul sulfonitric și aerul comprimat , conducta de golire a vasului , teaca cu termometru , ventil pentru eliminarea gazelor azotoase formate în timpul reacției legat la un burlan lung prin care se poate evacua masa în cazul pericolului de ambalare a reacției.

În cazul când dintr-un motiv oarecare se opreste agitarea , există un regulator centrifugal pe axul , agitatorului care opreste automat intrarea în vas a substanței organice care se nitrează. Unele nitratoare sunt prevăzute cu barbotoare de aer comprimat dispuse pe fundul vasului , pentru agitarea energică a masei de reacție.

Nitrarea cu acid azotic diluat se efectuează în aparate de ceramică , oțel emailat sau oțel inox idabil.

Procesul de reducere

29


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

Reducerea nitroderivaților aromatici cu praf de fontă și apă se efectuează industrial în vase cilindrice verticale , cu capac bombat și fund plat construite din oțel sau fontă , căptușite în interior cu materiale rezistente la acizi și la eroziunea masei în timpul agitarii acesteia: cărămizi antiacide , plăci de ceramică , plăci de ferosiliciu etc. , lipite cu un chit antiacid. Reductoarele au în general capacități mari care variază între 5-7 până la 20 m3 și sunt prevăzute cu un agitator de tip greblă , construit din fontă silicioasă , cu ax vertical gros , dispus aproape de fundul vasului , cu unul , doua sau trei brațe orizontale pe care sunt montate gheare sau raclete , care se demontează și se înlocuiesc periodic când se uzează; agitatorul se învârte cu o vitreză suficient de mare (35-60 rot/min) pentru a permite amestecarea și suspendarea masei grele de reacție , fiind acționat în acest scop de un motor puternic , cu consum mare de energie , dispus pe capacul vasului. La unele reactoare axul agitatorului este gol în interior și gaurit din loc în loc pentru introducerea aburului în masa de reacție în unele faze ale procesului , chiar în timpul agitării ( încalzite la pornirea reducerii și antrenarea aminei volatile din masă la terminarea reducerii).

Pe capacul reductorului este prevăzut un dispozitiv pentru încarcarea prafului de fontă , de exemplu buncăr cu melc , care permite alimentarea continuă și asigură totodată protecția operatorului față de vaporii toxici din vasul de reacție.

Tot pe capac se află un tub (burlan) cu diametrul de 25cm și înalțimea de 3-4m prin care pleacă vaporii din masă în timpul reacției , legat la un condensator tubular de la care condensatul se întoace în reductor sau poate fi îndepărtat spre un vas de recepție.

În partea de jos a reductorului , lateral , se află un stuț de evacuare a nămolului de oxizi de fier , rămas după scoaterea aminei din vas.

2.8. Norme de protecție a muncii

Procesul de nitrare

În procesele industriale de nitrare a compușilor aromatici se impune respectarea cu strictețe a normelor de proteție și securitate a muncii.

În afară de arsurile grave care pot fi produse de acizii concentrați cu care se lucrează (HNO3, H2SO4) , un pericol permanent îl constitue substanțele organice care sunt vehiculate prin secție , atât materiile prime (benzen , toluen , clorbenzen etc.) cât și produsele nitrate obținute (nitrobenzen, nitrofenoli, nitrotolueni, clornitrobenzeni etc.). Pericolul generat de acestea se poate exprima în diferite forme : inflamabilitate , acțiune toxică asupra organismului , explozii.

Prevenirea unor consecințe nedorite se asigură printr-o corectă manipulare a substanțelor , folosind mijloace de protecție individuală , o bună funționare a aparatelor și o ventilație eficace în secție , calificarea și instruirea permanentă a personalului care lucrează în secție.

Procesul de reducere

30


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

În procesul de fabricație a aminoderivaților precum și la manipularea lor trebuie sa se țină seama de marea lor toxicitate și în consecință să se ia măsurile de siguranță care se impun; de asemenea trebuie să se cunoască simptomele intoxicației și măsurile de prim ajutor ce trebuie acordate. Încaperile în care se lucrează.

Încaperile în care se lucrează cu amine trebuie asigurate cu o bună ventilație , întreținute curat , iar aparatura bine etanșeizată , evitându-se astfel inhalarea de vapori toxici. Cei care lucrează cu amine trebuie să se ferească de contactul acestora cu pielea , prin care pătrund usor în organism , să nu mănânce , să nu fumeze și sp nu consume alcool în prezența lor.

În cazul stropirii cu amine , hainele se schimbă imediat și se trimit la spalat , iar pielea se spală cu apă calda acidulată cu acid acetic.

Intoxicații cu amine manifestă dureri de cap , scăderea temperaturii corpului , tulburări senzoriale(vederea) , cianorizarea (albastrirea) buzelor , obrazului , urechilor și degetelor , săngerări sub piele și în organele interne , anemie , iar în cazuri grave icter și leziuni ale corneei. Benzidina favorizează producerea cancerului la vezică.

În intoxicații ușoare , bolnavului i se fac inhalații cu oxigen , în cazuri grave i se fac infuzii și clisme cu ser fiziologic , iar la comă transfuzii de sânge și administrare de excitante.

În intoxicațiile cronice se recomandă odihnă , plimbări în aer liber și o alimentație substanțială.

3. Bibliografie

[1]Chimia și tehnologia intermediarilor aromatici și a coloranților organici, L. Floru, F. Urseanu, C. Tărăbășanu, R. Palea, Editura Didactică și pedagogică, București, 1981.

[2]Sinteza intermediarilor aromatici și a coloranților, H. Sanielevici, F. Urseanu, Editura Didactică și pedagogică, București.

[3]G.E. Taylor, L.P. Russe, 1953, US 2643271.

31


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

32


Student:

Bradu Loredana

Grupa:1141 A CISOPC

33

proiect loredana coloranti

Documents