6.1. С-нитроеоединения. Тротил

Основным бризантным взрывчатым веществом во всех арми­ях мира с первого десятилетия XX в. и до настоящего времени является 2,4,6 - тринитротолуол (ТНТ, тротил, тол).

Тротил - это белое, желтеющее на свету кристаллическое вещество с температурой затвердевания 80,5-80,85°С. Плотность монокристалла 1,663 г/см³, плотность отливки 1,55-1,6 г/см , максимальная плотность прессования 1.62 г/см при давлении 430 МПа.

Причиной широкого применения тротила является сочетание ряда уникальных свойств. Так, тротил обладает достаточно высокой мощностью в сочетании с низкой чувствительностью к механическим воздействиям (4-8% чувствительность к удару по стандартной пробе), что делает его сравнительно безопасным при переработке и позволяет применять различные методы сна­ряжения вплоть до шнекования. Тротил химически инертен (не взаимодействует с металлами, иными химическими вещества­ми), обладает высокой стойкостью в сочетании с низкой темпе­ратурой плавления, что допускает проведение технологической обработки в расплавленном состоянии (промывка, очистка, суш­ка, чешуирование и т.д.), снаряжение крупногабаритных бое­припасов методом заливки, изготовление литьевых составов, сплавов с повышенной фугасностью (в смеси с порошкообраз­ным алюминием и аммонийной селитрой - аммонал, аммотол), бризантностью (сплавы с гексогеном).

Тротил является токсичным веществом (предельно допусти­мая концентрация равна 0,001 мг/л). При хронических отравле­ниях воздействует на центральную нервную систему, снижает гемоглобин.

Технология производства тротила почти за вековой период его применения претерпела кардинальные изменения: от одно- , двухстадийного периодического метода без какого-либо кисло-тооборота она развилась до автоматизированного непрерывного экономически рационального трехстадийного производства с полным кислого- и водооборотом.

При этом введение каждой последующей нитрогруппы идет труднее в сравнении с предыдущей. Например, реакционная

Нитрование толуола до тринитротолуола проводится в три стадии:

способность мои о нитротолуола (МНТ) на пять порядков ниже толуола. Естественно, снижение реакционной способности при­водит к тому, что на каждой последующей стадии приходится создавать более жесткие условия реакции. Это наглядно отобра­жено в табл. 6.2.

Таблица 6.2- Параметры процесса нитрования толуола до тринитротолуола

На рис. 6.1 представлена принципиальная схема получения ТНТ.

На всех стадиях синтеза реакционная масса представляет не--смешивающуюся систему из двух жидкостей - минеральной фа­зы (кислотная смесь) и органического компонента. Эффектив­ный массообмен в реакторах между минеральным и органиче­ским слоями обеспечивается за счет интенсивного перемешива­ния реакционной массы механическими пропеллерными мешал­ками. На I и II стадиях синтеза используется отработанная ки­слота (ОК) с последующей стадии, «освеженная» добавлением АК или меланжа. На III стадии нитрования используются свежие кислоты.

Синтез МНТ сопровождается большим выделением тепла, составляющим 1733 кДж/кг (414 ккал/кг) толуола. Для снятия этого тепла и поддержания температуры в заданном режиме в реакторах предусмотрено устройство для охлаждения, одна из конструкций которого показана на рис. 6.2. Аппарат изготовлен из кислотоупорной стали 12Х18Н10Т (12% хрома, 18% никеля, 10% титана) и представляет цилиндрический сосуд со сфериче­ской крышкой и днищем. Внутри аппарата имеются диффузор, лопастная мешалка и система теплообменных элементов в виде трубок, внутри которых движется реакционная масса, а по меж­трубному пространству - хладоагент. Такая конструкция обес­печивает интенсивную циркуляцию нитромассы (10 циклов в минуту) и эффективный отвод тепла.

После завершения реакции мононитрования толуола нитро-масса перетекает в разбавитель, разбавляется кислой водой и по­дается в сепаратор, в котором за счет разности плотностей про­исходит разделение на минеральный (нижний) и органический (верхний) слои. Разбавленная ОК идет на регенерацию, где раз­деляется на АК и СК, затем кислоты концентрируются и воз­вращаются в производство ТНТ.

На стадиях получения ДНТ и ТНТ используются совмещенные аппараты, в которых операции нитрования и сепарации осуюдествляются в одном агрегате (рис. 6.3).

Аппарат изготовлен из кислотоупорной стали 12Х18Н10Т. В нитрационной части агрегата происходит нитрование, затем нитромасса шнек-подъемником, закрепленным на валу мешалки, поднимается в сепаратор. Двигаясь по сепаратору, масса рас­слаивается. Нижний слой, минеральный, проходит под перего­родкой и попадает в кислотный карман. Нитропродукт сливается в продуктовый карман и проходит по нему до перегородки, где выходит через штуцер.

Синтез ДНТ осуществляется: в одном или нескольких рабо­тающих параллельно совмещенных аппаратах (в зависимости от производительности). На фазе синтеза ТНТ процесс идет в 10-12 последовательно работающих аппаратах в противоточном ре­жиме (за исключением 2-3 последних реакторов, которые рабо­тают в режиме прямотока).

Кислый тротил с третьей стадии нитрования подвергается водной промывке и далее поступает на химическую очистку, суть которой заключается в превращении присутствующих в ко­личестве 4-5% несимметричных тринитронроизводных толуола при взаимодействии с сульфитом натрия в легкорастворимые в воде динитротодуолсульфонатът натрия по реакции:

Водный раствор динитротолуолсульфонатов натрия (сульфит­ные щелока) подается на установку упаривания и сжигания.

Очищенный тротил сушится в расплавленном состоянии бар-ботированием горячего воздуха и далее идет на чешуирование, автоматическое развешивание, укупорку, приемку военным представителем или ОТК.