Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Посібник Спорягин, Нестерова.docx
Скачиваний:
8
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
3.06 Mб
Скачать

Технологія отримання тротилу

Сучасне виробництво тротилу базується на застосуванні безперервного протитечійного нітрування, що забезпечує найменші витрати кислот і проведення процесу за низької температури. Це підвищує вихід тротилу в результаті зниження частки процесів окиснювання.

Нітрування толуолу до тротилу здійснюють за сімома стадіями (рис.6), кожна з яких включає нітратор і сепаратор. На перших двох стадіях відбувається протитечійне нітрування толуолу до МНТ, на наступних п'яти – одержання ди - і тринітротолуолу. Нітратор має U-подібну форму (рис.5).

В одному коліні нітратора встановлена нагнітальна турбіна, що проштовхує рідину вниз і піднімає її на 0,20 – 0,25 м по сусідньому коліну, причому обидва коліна з'єднані верхнім і нижнім перетіканнями.

Рис.5. Апарат нітратор - сепаратор:

1 - нітратор; 2 - сепаратор

Емульсія з коліна з високим рівнем переходить у сепаратор, звідки нітропродукт надходить у наступний, а кислота – в попередній нітратор. У процесі цього здійснюється рециркуляція кислоти між сепаратором і нітратором однієї стадії, що знижує кількість нітропродукту в системі. Нітрування проводять олеумом,

96% - ю і 60% - ю HNO3 (табл.2).

Таблиця 2 – Технологічні режими процесу нітрування

№ нітратора

1

2

3

4

5

6

7

Температура, 0С

40

50

70

80

87

92

100

Склад нітрувальної суміші,%

H2SO4

68,9

71,6

81,4

87,1

87,2

87,5

88,0

HNO3

0,5

3,0

4,0

6,0

10,9

14,2

16,0

HNO2

0,3

4,0

5,6

5,9

1,9

0,3

H2O

30,3

25

9,0

1,0

Фактор нітрувальної активності, Ф, %

69,3

74,3

95,6

96,6

98,0

100

101,7

Відпрацьовану кислоту, що надходить із другої стадії, звільняють від оксидів азоту продуванням повітрям, що дозволяє зменшити окисні процеси й запобігає комплексоутворюванню толуолу з нітрозилсірчаною кислотою на першій стадії нітрування. Завдяки цьому можна проводити протитечійне нітрування толуолу до МТН із використанням відпрацьованої кислоти із другої стадії. Вихід тротилу становить 87% від теоретичного.

Рис.6. Технологічна схема одержання тротилу:

1 – нітратор; 2 – сепаратор; 3 – змішувач; 4 – резервуар для відпрацьованої кислоти;

5 – промивна колона; 6 – сушильна ванна; 7 – барабан для переробки тротилу у луски; 8 – вага

Температура в нітраторах (рис.5) підтримується автоматично. У разі неконтрольованого підвищення температури вміст нітраторів автоматично скидається в аварійний чан.

В іншому технологічному процесі (рис.7) нітрування реалізується за шість стадій, на кожній установлені один нітратор (V=1,6м3) і один сепаратор (V=0,6м3), за винятком 1 і 3 стадій, на яких є по два нітратори.

Толуол вводять на першій стадії, олеум – на шостій, вони рухаються протитечією. HNO3 подають у всі нітратори. На першій стадії толуол нітрується до МНТ, а на наступних – до ди – й тринітротолуолу. Температура в нітраторах послідовно підвищується: 50, 55, 70, 80, 85, 90, 95, 1000С.

Нітратор (рис.8), використовуваний у схемі (рис.7), є циліндрична посудина з мішалкою, змонтованою всередині тягової труби, яка знаходиться в центрі нітратора.

Рис.7. Технологічна схема нітрування толуолу до ТНТ:

1 – резервуар для приймання відпрацьованої кислоти; 2 – резервуар з толуолом; 3 – резервуар з промивальною водою; 4 – резервуар зі слабкою HNO3 ;5 12 – нітратори; 13 19 – сепаратори; 20 – резервуар з концентрованою HNO3 ; 21 – резервуар з олеумом; 22 – резервуар для

приймання сирого ТНТ

Мішалка забезпечує необхідне перемішування і створює перепад тиску між тяговою трубою і нітратором, що є рушійною силою для перетікання рідини з нітратора в сепаратор і в протилежному напрямку. Така система тяги забезпечує внутрішню рециркуляцію відпрацьованої кислоти і зовнішній протитечійний рух кислоти й продукту, який нітрують. Внутрішня рециркуляція дозволяє підтримувати відповідну температуру в сепараторі, а також змінювати в нітраторі співвідношення об'ємів органічної та мінеральної фаз. Останнє визначає час перебування продукту, який нітрують, у зоні реакції.

Рис.8. Схема нітратора із сепаратором:

1 – відстійник; 2 – сепаратор; 3 – труба для емульсії кислоти і нітропродукту; 4 – труба для

рециркуляції; 5 – нітратор

Відпрацьована кислота виходить із сепаратора через відстійник, що дозволяє регулювати силу потоку, і направляється в попередній нітратор, а із сепаратора першої стадії – на денітрацію. Сирий тротил із останнього сепаратора надходить на очищення від залишкової кислоти й домішок ізомеру.

Промивання тротилу від кислоти: тротил-сирець, отриманий у відділенні нітрування, містить 3 – 5% кислоти, яку необхідно відмити водою. Застосування лугу для нейтралізації кислоти під час остаточного промивання не допускається з метою уникнути одержання високочутливих і малостійких металевих похідних тротилу. Тротил (у розплавленому стані) промивають гарячою водою, при цьому крім мінеральної кислоти в розчин переходить також частина продуктів побічних реакцій (тринітрокрезол, тринітробензойна кислота). Промивання тротилу проводять в апаратах безперервної дії (аналогічних до установок нітрування) за протитечійного руху тротилу й промивної води. Це знижує кількість промивної води до мінімуму, а отже, скорочує втрати тротилу й зменшує кількість токсичної промивної води. Тринітробензойна кислота під час гарячого промивання частково перетворюється на тринітробензол:

Очищення тротилу: тротил, одержують зі вмістом до 5% несиметричних ізомерів ТНТ. Промитий тротил-сирець із температурою замерзання не нижче 77,40C містить до 6% домішок, що являють собою головним чином несиметричні ізомери три - та динітротолуолу, а також тетранітрометан, продукти окиснювання тощо. Ці домішки спричиняють зниження температури затвердіння тротилу і погіршують його експлуатаційні якості (надають оливистості). Очищають тротил-сирець хімічними або фізичними способами.

Хімічні способи очищення тротилу ґрунтуються на перетворенні домішок шляхом впливу на них різними реагентами на розчинні у воді сполуки. Одним із широко використовуваних реагентів є сульфіт натрію, що реагує на холоді з несиметричними ізомерами ТНТ, утворюючи динітротолуолсульфонати натрію,

добре розчинні у воді:

Тетранітрометан досить легко взаємодіє з Na2SO3 (кінцевий продукт – тринітрометан):

C(NO2)4 + Na2SO3 + H2O → C(NO2)3H + NaNO2 + NaHSO4.

Із тринітробензолом Na2SO3 утворює адитивну сполуку яскраво-червоного кольору, легко розчинну в розведених розчинах Na2SO3. Продукти окиснення фенольного типу також легко розчиняються в розведених розчинах Na2SO3, утворюючи феноляти. Розведені розчини Na2SO3 на ДНТ, динітробензол, тринітро-м-ксилол не діють (тротил на сульфітному очищенні повинен містити мінімальну кількість цих сполук). Розчинність α - ТНТ у розчинах Na2SO3 з підвищенням концентрації розчину й температури зростає. Тому необхідно працювати з розведеними розчинами Na2SO3. Якщо очищення проводять за 800С, то концентрація розчину не більше 2%; за 600С і нижче - концентрація 5 – 6%.

Основними апаратами майстерні сульфітного очищення є кристалізатори й вакуумні лійки. У кристалізатор за умов працюючої мішалки заливають гарячу воду (800С) і розплавляють тротил у співвідношенні 1:1 (за об'ємом). Включивши вентиляцію, суміш охолоджують до 56 – 580С і доливають 10 – 15% - й розчин Na2SO3 у такій кількості, щоб його концентрація в кристалізаторі дорівнювала

2,5 – 3%. По закінченні очищення масу із кристалізатора спускають на лійку й відсмоктують сульфітний матковий розчин у спеціальний приймач. Потім тротил промивають теплою водою. Сульфітну воду (матковий розчин) і промивну кислу воду не можна змішувати. Їх необхідно направляти в різні вловлювачі, тому що сульфітна вода містить натрієву сіль динітротолуолсульфокислоти CH3C6H2(NO2)2SO3Na, Na2SO3 і NaNO2. У результаті змішування цієї води з кислою водою, що містить Н2SO4, можуть відбутися такі реакції:

Na2SO3 + 2Н2SO4 → 2NaНSO4 + Н2О + SO2;

Натрієва сіль нітроамінотололсульфокислоти, що утворюється, у кислому середовищі діазотується:

К інцевий продукт реакції нітродіазотолуолсульфокислота нестійка до температурних впливів і дуже чутлива до удару, внаслідок чого її утворення небезпечне й небажане.

Рис.9. Схема безперервного промывання розтопленого тротилу прямоструминним проточним методом:

1 – промивні колони; 2 – сепаратори.

Порівняно легко відбувається сульфітне очищення розтопленого тротилу безперервним методом (рис.9), однак ступінь очищення при цьому нижчий і більші втрати α - ТНТ унаслідок високої температури, за якої проходить процес. Під час очищення розтопленого тротилу необхідне тонке емульгування для збільшення контакту реагуючих компонентів. У цьому випадку температура затвердіння сирцю може бути підвищена на 2 2,20С.

Фізичні способи очищення: сульфітний метод очищення має досить істотні недоліки – великі незворотні втрати продукту (до 10%) і утворення значної кількості дуже токсичної відпрацьованої води. У разі фізичних способів очищення (перекристалізація із розчинника або промивання кристалів розчинниками) втрати тротилу знижуються. Домішки, виділені з розчинника, можуть бути використані як ВР. Схема безперервної кристалізації тротилу із НNO3 наведена на рис.10.

Установка складається з п'яти послідовно з'єднаних кристалізаторів, із оболонками для охолодження і мішалками. Перетікання маси з одного кристалізатора в інший відбувається по трубах через кишені. Із останнього апарата кристали евакуюються шнеком.

У першому кристалізаторі під кришкою встановлений маленький апарат із мішалкою для розчинення тротилу. У нього подають розтоплений тротил і НNO3.Отриманий розчин перетікає через кристалізатор G1, що підігрівається, другий охолоджується, у ньому починається кристалізація, що закінчується в п'ятому апараті.

Рис.10. Схема безперервної кристалізації тротилу з азотної кислоти:

1 – апарат для розчинення; 2, 7 – мішалки; 3 – патрубок вентиляційної труби; 4 – кишеня для перетікання; 5 – труба для перетікання; G1, G2 ,…G5 – кристалізатори; 8 – оболонка для

охолодження апарату; 9 – шнек.

Сушіння тротилу: тротил сушать в окремій будівлі, оточеній земляним валом. Сушильні агрегати складаються із сушильної ванни й барабана для переробки тротилу. Сушильні ванни являють собою циліндричні або прямокутні апарати, на дні яких є змійовики для глухої пари й повітряні барботери. Сушіння реалізується продуванням стисненого повітря під тиском 3040 кПа через шар розтопленого (90 – 1000С) тротилу. Відпрацьоване повітря разом із вологою йде у вентилятор через трубу у верхній кришці, під якою змонтовані зрошувальні труби

дренчерної системи для гасіння водою у випадку займання тротилу.

Об'єм сушильної ванни визначає швидкість сушіння, що залежить від товщини шару, температури й швидкості продування повітря. Висушений тротил із ванни стікає в корито, що обігрівається, під барабаном для переробки тротилу у луски. Барабан являє собою порожній горизонтальний циліндр, що обертається, охолоджуваний зсередини водою. Він частково занурений у розтоп тротилу і, обертаючись, захоплює на свою холодну поверхню тротил, що застигає тонкою кіркою, а потім знімається з барабана бронзовим ножем. Луски падають у бункер.

Знешкодження стічних вод: вода після промивання забруднена кислотою, а у випадку очищення сульфітним методом – значною кількістю нітротолуолу (вона в цих випадках дуже токсична). Спочатку стічні води пропускають через лабіринт уловлювачів для осадження суспензії тротилу, що знаходиться в них. При цьому вловлювачі для кислих і лужних вод повинні бути розділені для попередження утворення високочутливої ВР – динітродіазотолуолсульфокислоти. Кисла вода, як правило, нейтралізується вапном. Лужні води випарюють і мокрий залишок спалюють разом із залізним каталізатором за температурою 7600С і вище.

Охорона праці й ТБ:отримання тротилу супроводжується вибухонебезпечністю, пожежонебезпекою, можливістю займання тротилу від іскри (температура спалаху 2900С, температура займання 5540С), від контакту з концентрованою HNO3 або її випарами, а також унаслідок сушіння й тривалого його контакту з нагрітими тілами.

Шкідливість технологічних процесів отримання ТНТ полягає в тому, що під час його реалізації виділяються дуже небезпечні речовини. Наприклад, оксиди азоту (у перерахуванні на NO2) і пари азотної кислоти впливають на кров і протоплазму (ГДК = 5мг/м3); пари толуолу впливають на кров, органи дихання, нервові клітини (ГДК = 50мг/м3); пари Н2SO4 (пари SO3 з олеуму) впливають на слизові оболонки (ГДК = 1мг/м3). Крім того, Н2SO4 , НNO3, відпрацьована кислота й промивна вода викликають опіки шкіри.

Приміщення й будівлі, у яких працюють із ВР, повинні бути максимально вогнестійкими і по можливості невисокими. Усі небезпечні майстерні й склади мають бути обваловані. Сховища толуолу повинні бути розташовані поза будівлями. Споруда повинна мати легку фасадну сторону з великими вікнами і вибивний дах.

Нітратори й сепаратори першої та другої стадій повинні бути забезпечені пристроями для подачі вуглекислого газу у випадку пожежі. Необхідна дренчерна система гасіння пожежі. Усередині всіх будинків обов'язкова наявність гідрантів, закільцьованої водогінної мережі.

Для швидкої евакуації людей необхідно, щоб було не менше двох виходів у кожному приміщенні на відстані не більше ниж 15 м від робочого місця. Використовувати треба тільки вибухобезпечне електрообладнання.

Вентиляція: у нітраторах, сушильних камерах та інших подібних апаратах застосовують індивідуальне відсмоктування газів. Гази на абсорбцію необхідно збирати у два різні колектори: перший для газів із апаратів першої стадії, другий – для апаратів другої і третьої стадій, щоб уникнути контакту випарів толуолу з випарами міцної НNO3. Конденсат із цих колекторів необхідно направляти в різні резервуари.