2-ая стадия; (получение динитротолуола): В трёхгорлую колбу, снабжённую мешалкой, капельной воронкой и термометром заливают 220 грамм нитрующей смеси состава: H2SO4 – 67%, HNO3 – 23%, H2O – 10%. и помещают на водяную баню.(Количество моногидрата HNO3, взятого на нитрацию, должно составлять 200% от теоретически необходимого). Затем постепенно сливают при работающей мешалке 100 грамм мононитротолуола. Нагревом или охлаждением водяной бани регулируют температуру содержимого реактора, таким образом чтобы температура постепенно возрастала, начиная с комнатной и заканчивая 70 – 80°С. (Слив мононитротолуола продолжается от 30 минут до 1 часа). После слива всего мононитротолуола постепенным нагревом водяной бани повышают температуру реакционной смеси до 100°С и делают при этой температуре выдержку в течение 30 минут. Далее охлаждают содержимое реактора до 70 – 80°С и медленно прибавляют 100 мл воды. Скорость прилива воды регулируют таким образом, чтобы выделившийся динитротолуол был всё время в расплавленном состоянии (температура не ниже 70°С) и, чтобы с другой стороны не имел бы место слишком сильный подъём температуры (выше 90°С). Затем реакционная смесь сливается в предварительно подогретую делительную воронку, где в течение 5 – 10 минут происходит отделение слоя расплавленного динитротолуола (верхняя фаза) от отработанной кислоты. Слой динитротоуола сливают в фарфоровую чашку. 3-ая стадия; (получение тринитротолуола): В трехгорлую колбу емкостью 1 литр, снабженную термометром, капельной воронкой, механической мешалкой и помещённой на водяную баню, заливается 100 грамм расплавленного динитротолуола. Затем нагревают содержимое колбы до 75°С и при этой температуре начинают медленно сливать из капельной воронки нитрующую смесь в количестве 400 грамм состава: H2SO4 – 83%, HNO3 – 17%. Во время слива кислотной смеси содержимое колбы непрерывно перемешивается и нагревом или охлаждением водяной бани обеспечивается равномерный подъём температуры от 75° С до 85°С – к концу слива. Слив кислотной смеси должен продолжаться около 1 часа. Когда вся кислотная смесь слита, повышают температуру содержимого колбы до 110 – 115°С. (С этой целью сменяют водяную баню на заранее приготовленную нагретую до 90 – 100°С масляную баню). Период подъёма температуры должен продолжаться около 30 минут. После этого при температуре 110 – 115°С, выдерживают содержимое колбы в течение 1 часа, при непрерывной работе мешалки (3-ая стадия нитрации толуола сопровождается значительными окислительными процессами, проявляющимися в выделении окислов азота). При недостаточном соблюдении температурного режима нитрации возможны местные перегревы, которые могут повлечь за собой резкий температурный скачок. В этом случае необходимо прекратить слив нитрующей смеси и озаботиться о максимальном охлаждении реакционной массы. Не следует поднимать температуру выше 140°С). По истечении этого периода нитрация закончена. Содержимое колбы охлаждают до 80 – 85°С, и затем медленно при работающей мешалке приливают в реакционную колбу из капельной воронки около 100 мл воды. Время слива воды регулируют таким образом, чтобы температура содержимого колбы находилась в пределах 90 – 100°С. По окончании слива воды содержимое колбы переливается в предварительно подогретую делительную воронку ёмкостью в 1 литр, где в течение 3 – 5 минут происходит отделение слоя расплавленного тротила (верхний слой) от отработанной кислоты (нижний слой). Слой расплавленного тротила сливается в фарфоровую чашку. Выход сырого кислого тротила составляет 110 – 115 грамм. Температура затвердевания хорошо пронитрованного продукта не ниже 78°С. Отмывка кислого тротила от кислот: Полученный тротил содержит значительное количество кислых примесей, как минерального, так и органического характера. Для удаления последних применяют промывку тротила от кислот в расплавленном состоянии горячей водой. В автоклав ёмкостью 500 см3, снабжённый мешалкой, помещают 50 – 100 грамм кислого тротила и тройное по весу количество горячей воды. Расплавившийся тротил перемешивают с горячей водой в течение 5 – 10 минут. Затем останавливают мешалку и осторожно сливают сифоном кислую воду. Затем заливают в автоклав свежую порцию горячей воды и снова повторяют промывку по вышеописанному способу. Операцию промывки проводят несколько раз, пока промывные воды не покажут нейтральной реакции на лакмус. После этого тщательно отделяют сифоном последнюю промывную воду и расплавленный тротил сливают в тарированную фарфоровую чашку. После этого тротилу дают остыть в течение 1 часа до комнатной температуры, сливают находящуюся на поверхности воду и помещают в сушильный шкаф, в котором сушат при 110°С в течение 6-ти часов. После этого высушенный тротил остужают в эксикаторе над CaCl2 до комнатной температуры. Сульфитная очистка тротила: Сухой неочищенный тротил тонко измельчается в фарфоровой ступке. 50 грамм измельчённого тротила помешается в автоклав емкостью 500 см3, снабжённый механической мешалкой и термометром. Туда же заливается 100 мл свежеприготовленного водного раствора сульфида натрия, при этом раствор принимает красную окраску. Затем нагревом водяной бани доводят содержимое до 40° – 50°С, при этой температуре перемешивают в течение 1 часа, после чего переносят содержимое колбы на воронку Бюхнера, где тротил тщательно отжимают от промывных вод и промывают теплой (40° – 50°С) водой до полного обесцвечивания промывных вод. После этого очищенный тротил пересыпается в фарфоровую чашку, в которой сушиться при 110°С в течение 6-ти часов. Выход очищенного продукта 45 – 47 грамм. Перекристаллизация из спирта: В колбу, соединённую обратным холодильником и помещённую на водяную баню, помещают 50 грамм сырого тротила и 250 – 300 мл 96%-ного спирта. Нагревом водяной бани доводят спирт до кипения, при этом тротил растворяется в спирте. После этого полученный раствор (окрашенный в красный цвет) фильтруют, и дают остужаться до следующего дня. После этого выделившиеся кристаллы отфильтровывают на воронке Бюхнера и промывают небольшим количеством чистого спирта. Отжатые от спирта кристаллы сушат при 40 – 50°С. Выход кристаллического продукта 42 – 44 грамма.
Глава 3. ИЗВЛЕЧЕНИЕ СУЛЬФИТ НАТРИЯ ИЗ ОТХОДОВ ПРОЦЕССА ПРОИЗВОДСТВА ТРИНИТРОТОЛУОЛА
Сточные воды процесса производства тринитротолуола (ТНТ), окрашенные в красный цвет, содержат сульфит натрия, который может быть выделен из раствора. Согласно процессу, разработанному В.Р. Куком, эти сточные воды подвергают обработке для выделения соединений натрия без рецикла золы, образующейся при сжигании, и без формования из нее твердых гранул.
Смесь гидроксида алюминия и сточных вод, содержащих щелочной металл, пропускают чрез горячую печь, где происходит их сушка и образование гранул. При сгорании органических компонентов гранул протекает химическая реакция и получается гранулированная зола, содержащая алюминат щелочного металла. Алюминат натрия взаимодействует с отходящими газами, содержащими SOa, в результате чего образуется сульфит натрия и гидроксид алюминия, который возвращают в процесс.