Технологія отримання октогену

Нітрацію проводять за дві стадії оцтовоангідридним методом:

(CH₂)₆N₄ + 2CH₃COOH → (CH₂)₆N₄ ∙2CH₃COOH – діацетат уротропіну;

2(CH₂)₆N₄ ∙2CH₃COOH + 2HNO₃ + 4NH₄NO₃ + 12(CH₃CO)₂O → 3(CH₂ N-NO₂)₄ + +26CH₃COOH.

На першій стадії до оцтовокислого розчину уротропіну в присутності оцтового ангідриду й параформальдегіду додають нітрат амонію в HNO₃ і оцтовий ангідрид у кількості, що забезпечує перетворення уротропіну на дициклодинітропентаметилентетрамін (ДПТ) (отримують у результаті дії на розчин уротропіну в крижаній оцтовій кислоті суміші HNO₃ (2,2 моль) і оцтового ангідриду (6,5 моль) за

температури 15 – 30⁰С). На другій стадії в нітратор додають іншу кількість реагентів. Мольне співвідношення HNO₃ : NH₄NO₃ : (CH₃CO)₂O : CH₂O : C₆H₁₂N₄ = (5 – 7) : 3,5 : (10 – 11) : (0,27 – 0,54) : 1 забезпечує максимальний вихід октогену за мінімального виходу гексогену. Реакцію проводять із постійним перемішуванням за температури 44⁰С. Після закінчення нітролізу додають воду, гострою парою доводять температуру маси до 98⁰С і витримують. Потім суміш охолоджують, фільтрують, промивають до нейтральної реакції і продукт висушують. Для виділення октогену октоген-сирець розчиняють в ацетоні й кип'ятять розчин протягом 45 хв. За цей час будь-яка форма октогену в гарячому ацетоні перетворюється на β-форму. Ацетон відганяють водяною парою. Стабілізацію проводять тривалим кип'ятінням водної суспензії β - форми октогену після відгону ацетону. Під час кип'ятіння нестабільні сполуки розкладаються. Потім продукт охолоджують, фільтрують і сушать. Сухий продукт містить 30 – 40% гексогену й 60 – 70% октогену. Поділ здійснюють шляхом обробки продукту трикратною кількістю ацетону за

4 0 – 50⁰С. При цьому в ацетон переходить практично весь гексоген і лише невелика кількість октогену. Із відфільтрованого октогену залишок гексогену відокремлюють повторним розчиненням його в ацетоні. Оброблений у такий спосіб і висушений октоген має достатню стабільність і температуру плавлення більше 268⁰С. Ацетоновий матковий розчин розбавляють водою і відфільтровують гексоген. Вихід чистого октогену за цим способом становить 50 – 55% за уротропіном. У випадку безперервного процесу, коли компоненти подають одночасно й паралельно, октоген виходить забрудненим домішками гексогену й ДПТ(рис.16).

Рис. 16. Технологічна схема одержання октогену:

----- - труби; - - - - електрокабелі:

1 – сховище крижаної оцтової кислоти; 2 – сховище розчину уротропіну в оцтовій кислоті; 3 – сховище розчину аміачної селітри в азотній кислоті; 4 – оцтовому ангідриді; 5 – 8 – вимірники; 9 – реактор; 10 – апарат для витримки; 11 – керуючий пристрій

Сховища 1 – 4 з'єднані трубами з вимірниками 5 – 8 для подачі в них відповідних компонентів і обладнані електроприладами, пов'язаними з керуючим пристроєм (ЕОМ). Електроприлади включають подачу компонентів у вимірники. Як тільки вимірники заповнюються, по команді ЕОМ здійснюють злив. Компоненти зливають у певному порядку: оцтова кислота, оцтовий ангідрид (вміст його в нітромасі повинен бути 3 – 5%). Після встановлення в реакторі температури 45 ±2⁰С за кілька прийомів зливають розчин уротропіну в оцтовій кислоті й одночасно також за кілька прийомів 40% оцтового ангідриду і 40% розчину аміачної селітри в HNO₃. Після перемішування маси протягом 5 – 10мін починається друга, завершальна стадія. Залишок вмісту вимірників 7 і 8 зливають повільно, щоб уникнути різкого підвищення температури, потім злив прискорюють.

Злив і на цій стадії регулюють автоматично. Потім також автоматично вміст реактора 9 переводять в апарат 10 і після 45 – 60 хв витримки октоген із нього автоматично направляється на очищення або перетворення на β - модифікацію. Одночасно із запиранням зливальної труби цикл автоматично відновляють.

Безперервний метод прямого отримання β - модифікації октогену за рахунок енергійного перемішування реагентів, тривалої витримки реакційної маси в останньому нітраторі й високої температури гідролізу побічних продуктів, наведений на рис. 17.

Рис. 17. Технологічна схема виробництва β - модифікації октогену:

1 – термостат; 2 - 4 – нітратори; 5 – змішувач; 6 – баки для витримки.

Розчини уротропіну в оцтовій кислоті й аміачній селітри в HNO₃, а також оцтовий ангідрид перед дозуванням їх у нітратор 2 пропускають через термостат 1 для підігріву до 100⁰С. Процес проводять за дві стадії.

На першій стадії в основний нітратор 2 дозують весь розчин уротропіну в оцтовій кислоті, частину розчину аміачної селітри в HNO₃ і частину оцтового ангідриду в кількостях, необхідних для утворення проміжних продуктів синтезу октогену. Нітромаса з нитратора 2 надходить у буферний нітратор 3, потім в основний нітратор другої стадії 4, куди одночасно й безупинно подається частина, що залишилася, розчину аміачної селітри в HNO₃ і оцтовий ангідрид. Далі нітромаса надходить у змішувач 5 і потім в один із баків витримки 6. Час перебування компонентів на першій стадії 30 хв, на другий – 64 хв (4 хв у нітраторі й 60 хв у змішувачі). У всіх апаратах підтримується температура 40 – 60⁰С.

У бак витримки подають воду для гідролізу побічних продуктів і нагрівають нітромасу до 102⁰С, витримуючи її за цієї температури 30хв. По закінченні витримки нітромасу охолоджують і відфільтровують октоген - сирець від відпрацьованої оцтової кислоти (октоген - сирець містить 20 – 30% гексогену). Нітратори – резервуари з оболонками, обладнані потужними мішалками, а також обертовими шкребками у вигляді лопаток для запобігання прилипання речовини до стінок апарата. Октоген застосовують у вигляді β-модифікації з t_пл=270⁰С і кислотністю за оцтовою кислотою не більше 0,03%. Транспортують октоген у водонепроникних мішках( гумових, пластмасових і т.д.) у пастоподібному виді зі вмістом не менше 10% суміші розчинників (40% мас. ізопропілового спирту й 60% мас. води).