4. Производство нитробензола.

Бензол нитруют в каскаде реакторов с мешалками. После каждого аппарата установлен сепаратор для отделения органической фазы от нитрующей смеси кислот. Бензол подают в головной реактор, а свежую нитрующую смесь – в последний. Так совершается противоток нитрующей смеси по отношению к органическому реагенту. При температуре 70-80⁰С протекают реакции:

С₆Н₆ + HNO₃  C₆H₅NO₂ + H₂O

C₆H₅NO₂ + HNO₃  C₆H₄ (NO₂)₂ + H₂O

Тепловой эффект снимается охлаждающими змеевиками в реакторах и испарением части бензола и воды. Далее пары охлаждают, конденсируют и отделяют от воды бензол, который возвращают в процесс. Реакционную массу из последнего сепаратора охлаждают, нейтрализуют раствором щелочи и подвергают ректификации.

На основании приведенного описания составить и описать функциональную, структурную, операторную и технологическую схему производства нитробензола. Приведите технологическую классификацию реакции, выберите объекты и инструменты управления ей.

5. Производство фталевого ангидрида окислением о-ксилола кислородом воздуха в жидкой фазе.На первой стадии окисление о-ксилола проводят в барботажной колонне с охлаждающими змеевиками при температуре 140-180⁰С и давлении 0,6-1 МПа:

С₆Н₄(СН₃)₂ + 1,5О₂  C₆H₄ (СН₃)СООН + H₂O

Пары о-ксилола из отходящих газов конденсируют и возвращают в процесс.

На второй стадии реакционная масса из колонны окисления подается в верхнюю часть эфиризатора. Противотоком к ней движутся перегретые пары метанола. Реакция идет при температуре 250⁰С и давлении 2,5 МПа:

C₆H₄ (СН₃)СООН + СН₃ОН  C₆H₄ (СН₃)СООСН₃ + H₂O

Из паров, выходящих из аппарата, регенерируют метанол. Реакционную массу в нижней части эфиризатора дросселируют и разгоняют под вакуумом. Верхним погоном выделяют метил-о-толуилат.

На третьей стадии эфир окисляют в условиях, аналогичных окислению о-ксилола. При этом протекает ряд реакций, суммарно выражающихся уравнением:

C₆H₄ (СН₃)СООСН₃ + 1,5О₂  C₆H₄ (СО)₂О + H₂O + СН₃ОН

Реакционную массу разделяют вакуумной ректификацией.

На основании приведенного описания составить и описать функциональную, структурную, операторную и технологическую схему производства фталевого ангидрида окислением о-ксилола кислородом воздуха в жидкой фазе. Приведите технологическую классификацию реакции, выберите объекты и инструменты управления ей.

6. Производство синильной кислоты из метана и аммиака. Воздух, метан и аммиак смешивают и подают в реактор с катализатором, изготовленным в виде платиновой сетки. Температура в реакторе за счет выделения теплоты реакции поднимается до 980-1000⁰С:

СН₄ + NН₃ + 1,5О₂  НСN + H₂O

СН₄ + 2О₂  СО₂ + 2Н₂О

СН₄  С + 2Н₂

Горячие газы сразу подают в котел-утилизатор. Из охлажденной смеси водным раствором пентаэритрита и борной кислоты извлекают синильную кислоту, аммиак и большую часть воды, остальные газы после дополнительной очистки сбрасывают в атмосферу. При нагревании раствора до 88⁰С в вакууме происходит отгонка синильной кислоты. Из кубовой части выделяют аммиак и абсорбент.

На основании приведенного описания составить и описать функциональную, структурную, операторную и технологическую схему производства синильной кислоты из метана и аммиака. Приведите технологическую классификацию реакции, выберите объекты и инструменты управления ей.