Описание технологического процесса получения мнт.

Нитрование толуола. Нитрование толуола до МНТ производится в нитрационной системе, состоящей из двух аппаратов — основного и буферного, причем в качестве дореактора используется совмещенный нитратор со шнековым подъемником и спиральным сепаратором. В основной аппарат дозируются толуол и кислотная смесь с фактором нитрующей активности 70% состава  63% серной кислоты,  15% азотной кислоты и  22% воды, которая готовится из абсорбционной азотной кислоты и купоросного масла. Для предотвращения образования зон неоднородного состава с повышенной концентрацией реагентов дозировка кислот производится через смеситель. Избыток азотной кислоты 3-5% сверх теоретически необходимого.

При использовании технического МНТ для получения чистых изомеров основным ограничивающим параметром является содержание в нем ДНТ. Это объясняется требованиями техники безопасности, т.к. разделение изомеров осуществляется ректификацией и накопление в кубе взрывчатого ДНТ недопустимо. Полностью исключить образование ДНТ при нитровании толуола серно-азотными кислотными смесями весьма трудно, т.к. снижение содержания серной кислоты в кислотной смеси (снижение ф.н.а.) приводит к замедлению процесса, а при низких концентрациях азотной кислоты может происходить потемнение реакционной массы вследствие образования «комплекса Баттге» состава (СН₃С₆Н₅) (NOSO₄H)₂ (H₂SO₄)₃. Тем не менее, учет факторов, приводящих к образованию динитросоединений в процессе нитрования, позволил создать технологию получения МНТ с минимальным (не более 0.2%) содержанием ДНТ в продукте реакции. К ним относятся:

– состав кислотной смеси. В процессе использована кислотная смесь с ф.н.а. 70% ( 30 мол.% серной кислоты), но с более низким содержанием азотной кислоты (ср. табл.),и, следовательно, обладающая более низкой нитрующей активностью;

– температура реакции. В основном реакторе нитрование проводят при 30-40⁰С. Это связано с тем, что снижение температуры процесса приводит к более значительному уменьшению скорости химической реакции нитрования, чем скорости диффузии компонентов в зону реакции. (Температурный коэффициент скорости химической реакции 3-4, температурный коэффициент скорости диффузии 1.5-2.0). Причем оказалось, что снижение температуры приводит к заметному уменьшению не только скорости динитрования МНТ (с образованием ДНТ), но и скорости мононитрования (образования МНТ), вследствие чего массовая доля толуола в МНТ достигает  8%.

– время реакции. За время пребывания компонентов в основном аппарате 60 мин. в указанных выше условиях процесс нитрования протекает в отработанной кислоте, содержащей 0.2-1.0% азотной кислоты. Оказалось, что при такой концентрации кислоты реакция динитрования протекает с низкой скоростью, особенно при наличии в реакционной массе непрореагировавшего толуола.

Из основного аппарата реакционная масса по перетоку самотеком поступает в реакционное отделение буферного совмещенного аппарата, куда одновременно подается кислая промывная вода из сепаратора первого промывного аппарата кислой промывки МНТ (и при необходимости слабая азотная кислота). Донитровывание не вступившего в реакцию толуола в разбавленной кислотной смеси производится при более высокой температуре 45-50⁰С и времени реакции 15 мин., что приводит к снижению его содержания в МНТ до 3%. Разбавление реакционной массы позволяет утилизировать кислую промывную воду, снизить унос с отработанной кислотой МНТ за счет снижения его растворимости. (разбавление до концентрации по серной кислоте 63-68%).Р-ть?

Поддержание указанного температурного режима достигается подачей в змеевики основного аппарата рассола и буферного – захоложенной воды.

Из реакционной части буферного аппарата эмульсия МНТ в разбавленной отработанной кислоте шнековым подъемником передается в сепарационную часть, где вследствие разности удельных весов происходит отделение МНТ от отработанной кислоты. Отработанная кислота поступает в приемник, затем на отстой и регенерацию, а МНТ – на промывку и очистку.

Промывка МНТ. Присутствие в МНТ нитропроизводных крезолов и фенолов, обладающих повышенной реакционной способностью, может привести к смолообразованию на стадии ректификации, и поэтому из технической смеси МНТ их необходимо тщательно удалять. Для этой цели МНТ промывают водой, растворами соды (или едкого натра) и снова водой. Необходимость щелочной промывки объясняется тем, что растворимость нитрокрезолов в воде значительно ниже, чем в нитротолуоле, и поэтому водные промывки не позволят их полностью удалить.

Промывка осуществляется непрерывным методом в режиме противотока в четырех аппаратах совмещенного типа при 70-80⁰С. (пар в змеевики)

Водная промывка кислого МНТ с целью удаления из него главным образом растворенной и эмульгированной отработанной кислоты производится в первых двух аппаратах системы. В зону промывки первого аппарата поступает кислый МНТ и промывная вода из сепаратора второго промывного аппарата. Эмульсия МНТ в промывной воде шнековым подъемником подается в сепарационную зону, откуда после разделения кислая промывная вода (с массовой долей H₂SO₄ 10-15%) самотеком поступает в буферный аппарат (разбавитель), а МНТ в промывную зону второго промывного аппарата, куда дозируется чистая вода на промывку. Из сепаратора второго промывного аппарата кислая вода направляется в зону смешения первого промывного аппарата, а МНТ – на щелочную промывку. В зону промывки аппарата щелочной очистки поступают также промывная вода из аппарата окончательной промывки и 12-18% раствор NaOH в таком количестве, чтобы его массовая доля в промывной воде была 0.5-1.5%.(лучше в автоматическом режиме поддерживать рН 7-8). Модуль 1-2.

В процессе щелочной промывки содержащиеся в МНТ кислые примеси органического характера взаимодействуют с NaOH, образуя растворимые в воде соли.

Из сепаратора аппарата щелочной промывки промывная вода после дополнительной сепарации (отстоя) передается в отделение термического уничтожения промстоков, а нейтральный МНТ направляется в аппарат окончательной промывки. Промытый МНТ из сепаратора четвертого аппарата непрерывно самотеком поступает в приемник, откуда направляется на стадию разделения изомеров., которая осуществляется путем вакуумной ректификации в колоннах непрерывного действия.