Технологія отримання динітронафталіну

Під час нітрування нафталіну звичайно виходить суміш різних ізомерів, число яких збільшується з підвищенням ступеня нітрування. Практично досяжний граничний ступінь нітрування нафталіну сірчано-азотними кислотними сумішами

відповідає отриманню тетранітронафталіну. У разі подальшого нітрування відбувається руйнування молекули.

Мононітронафталін отримають за реакцією:

C₁₀H₈ + HNO₃ → C₁₀H₇NO₂ + H₂O.

Продукт нітрування є α – ізомер, що містить сліди β – ізомеру й продукти окиснення: нітробензойні C₆H₄(NO₂)COOH, нітрофталеві C₆H₃(NO₂)(COOH)₂ кислоти та нітронафтоли C₁₀H₅(NO₂)OH. Технічний динітронафталін отримують нітруванням сірчано-азотними кислотними сумішами або HNO₃. Продукт нітрування складається із 40% ізомеру 1,5- (або α-) і 60% 1,8- (або β-) з невеликою домішкою ізомеру 1,3- (або γ-). Низька температура нітрування сприяє переважному утворенню ізомеру α – динітронафталіну.

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

Технічний продукт являє собою тверді гранули, луски або ясно-жовті кристали (залежно від способу нітрування й сушіння) і має t_пл=150 – 160⁰С.

β – изомер; t_пл.=173.5⁰C

β – изомер; t_пл.=173.5⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α – изомер; t_пл.=217⁰C

α-ізомер; t_пл=217⁰С β-ізомер; t_пл=173,5⁰С γ-ізомер; t_пл=144⁰С

Розведена HNO₃ за 150⁰С окиснює α – динітронафталін у нітропохідні фталевої та бензойної кислот. NaNO₂ і луги помітної дії на нього не мають. β – ізомер взаємодіє із сульфатом натрію і не взаємодіє з кислотами й лугами. Суміші з 88% аміачної селітри і 12% динітронафталіну, а також із 80% аміачної селітри й 20% динітронафталіну (динафталіти або шнейдеріти) застосовують у наш час. В анілінофарбовій промисловості динітронафталін використовують як напівпродукт для одержання барвника сірчистого коричневого.

Технологічна схема отримання динітронафталіну за дві стадії періодичним методом подана на рис.11. У нітратор 1 через люк за умов працюючої мішалки завантажують нафталін. Потім із вимірника 2 поступово зливають сірчано-азотну кислотну суміш і витримують нітромасу певний час, перемішуючи. По закінченні процесу мішалку зупиняють і нітромасу після відстоювання передавлюють стисненим повітрям у сепаратор 3. Частину відпрацьованої кислоти залишають у нітраторі, де вона служить середовищем для подальших операцій нітрування. Із сепаратора 3 відстояний мононітронафталін зливають у вимірник, а відпрацьовану кислоту за допомогою підйомника 4 подають у відстійну колону. Із вимірника 6 у нітратор 7 зливають усю призначену для нітрування кислотну суміш, а потім повільно за умов працюючої мішалки доливають розплавлений мононітронафталін.

Рис.11. Технологічна схема одержання динітронафталіну:

1, 7 – нітратори; 2, 5, 6, 11 – вимірники; 3 – сепаратор; 4, 9 – підйомники; 10 – промивний чан; 12 – підігрівач; 8, 13 – нутч-фільтр; 14 – збірник води

По закінченні зливу й витримки вміст нітратора переводять на нутч-фільтр 8. Відпрацьовану кислоту з нутч-фільтра направляють у відстійний стовпчик, а динітронафталін спеціальними гребками через бічний люк фільтра збирають у лійку, звідки подають у промивний чан.

Динітронафталін кілька разів промивають гарячою водою, яка надходить із підігрівача через вимірник 11. По закінченні промивання все спускається (разом із водою за працюючої мішалки) на нутч-фільтр 13, де воду віджимають. На другій стадії нітрування застосовують кислотну суміш складу: 64% H₂SO₄ і 15% HNO₃, тому що більш високий вміст HNO₃ спричиняє грудкування нітропродукту. Відпрацьовану кислоту від другої стадії використовують для складання кислотної суміші першої стадії. На першій стадії нітрування температуру поступово підвищують до 50⁰С. До кінця зливу кислотної суміші витримку проводять при 60⁰С протягом однієї години. На другій стадії мононітронафталін зливають у кислотну суміш протягом 4 год за умов поступового підвищення температури від 15 – 18⁰С до 40⁰С. Така низька температура під час зливу необхідна, щоб запобігти грудкуванню нітропродукту. Причиною грудкування є утворення низькотопкої (43,5⁰С) евтектичної суміші у співвідношенні динітронафталін : мононітронафталін =

40 : 60. Мононітронафталін, потрапляючи в холодну кислотну суміш, яку постійно перемішують, застигає у вигляді дрібних гранул. Гранули мононітронафталіну поступово, починаючи з поверхні, нітруються вглиб, процес нітрування проходить у твердій фазі й швидкість його залежить від швидкісті дифузії кислотної суміші всередину цих гранул. Сушать промитий продукт у камерних сушарках на стелажах за 90 – 95⁰С або подібно до тротилу в розплавленому стані за

160 – 180⁰С у сушильних ваннах. Після сушіння – переробка у луски.