СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИСТРИНИТРОЭТИЛ-ЭТИЛЕНДИНИТРАМИНА (ВЕЩЕСТВА "Н") ЧЕРЕЗ НЕЙТРАЛИЗОВАННОЕ МЕТИЛОЛЬНОЕ ПРОИЗВОДНОЕ ЭТИЛЕНДИАМИНА

Бистринитроэтилэтилендинитрамин (бистетрин, вещество "Н") является одним из наиболее мощных синтезированных взрывчатых веществ. Наряду с высокими мощностными характеристиками вещество "Н" обладает достаточной для практических целей химической стойкостью. Вещество "Н" рекомендовано для применения в качестве компонента литых и прессованных составов новых мощных взрывчатых веществ для снаряжения боеприпасов общего и специального назначения. Вещество "Н" может быть применено в качестве компонента твердого ракетного топлива и термопластичных взрывчатых составов, применяется также для снаряжения электроискровых безопасных капсюлей-детонаторов.

Ранее был рекомендован для опытно-валового производства периодический способ получения вещества «Н» и предусмотрено создание опытно-валового производства бистринитроэтилэтидендинитрамина.

Периодическому способу получения бистетрина присущи все недостатки периодических процессов и, кроме того, процесс аппаратуроемок и малопроизводителен, поэтому разрабатывался непрерывный процесс его получения.

К основным недостаткам разработанного непрерывного способа следует отнести большой расход кислотных смесей на единицу выпускаемого продукта и необходимость частого отключения аппарата-пастообразователя для удаления корки, нарушающей теплообмен в аппарате.

Настоящий способ ставит целью устранить необходимость частого отключения аппарата-пастообразователя, сократить расход кислот на единицу ботового продукта и сделать процесс пастообразования безопаснее.

Процесс прост в аппаратурном оформлении и может быть осуществлен на существующем технологическом оборудовании.

Способ получения бистринитроэтилэтилендинитрамина через нейтрализованное метилольное производное этилендиамина (МПЭДА) может быть осуществлен как при периодическом, так и при непрерывном оформлении процесса.

Пример 1. Периодическое получение вещества "Н" через нейтрализованное метилольное производное этилендиамина

В аппарат, снабженный мешалкой, рубашкой и змеевиком для охлаждения заливается 90% серная кислота и при температуре 4-8°С дозируется 45% водный раствор МПЭДА с 5-6% ОП-10. Дозировка осуществляется в течение 15 минут. Затем при температуре 4-8°С дозируется рабочая смесь, приготовленная из 65% азотной кислоты и нитроформа, с концентрацией последнего 25-26%. Время дозировки рабочей смеси - 10-15 минут. По окончании дозировки дается выдержка при той же температуре в течение 2-х часов. Полученная паста затем в течение 15 минут дозируется в аппарат-нитратор, куда предварительно заливается нитрующая смесь состава 65% HNO₃, 35% H₂SO₄. Температура при дозировке пасты - 18-20°C. Затем проводится часовая выдержка при 30-35°C. Продукт сливается на вакуумную воронку, отжимается от отработанной кислоты, промывается водой и передается на перекристаллизацию.

Расход компонентов определяется следующими соотношениями:

На одну весовую часть 100% нитроформа, введенного с рабочей смесью, расходуется:

Выход вещества "Н", удовлетворяющего всем требованиям ОПТУ 582-59, составляет 65-70% от теоретически возможного по нитроформу.

Пример 2. Непрерывное получение вещества "Н" через нейтрализованное метилольное производное этилендиамина

Установка состоит из 7-8 каскадно-расположенных аппаратов, соединенных между собой перетоками, и непрерывно действующего фильтра.

Первый аппарат-нейтрализатор служит для нейтрализации метилольного производного этилендиамина серной кислотой. В нем отводится основное реакционное тепло. Второй аппарат-пастообразователь служит для получения пасты. Следующие 3-4 аппарата - буферные пастообразователи. В двух последних аппаратах (нитратор и буферный нитратор) полученная паста нитруется до вещества "Н". На фильтре вещество "Н" отжимается от отработанной кислоты, промывается водой и передается на перекристаллизацию. Перекристаллизация осуществляется известными способами для получения кристаллов нужных размеров (высокодисперсный, крупнокристаллический, валовый).

В первый аппарат-нейтрализатор непрерывно и равномерно дозируются 45% раствор МПЭДА с 5-6% поверхностно-активного вещества ОП-10 и 90% серная кислота. Дозировка МПЭДА и серной кислоты устанавливается из расчета 1,05-1,06 в.ч. 90% серной кислоты (0,95-0,96 в.ч. моногидрата) на 1 в.ч. 45% раствора МПЭДА с ОП-10. По мере переполнения нейтрализатора масса перетекает в аппарат-пастообразователь, куда непрерывно и равномерно подается рабочая смесь состава: HNO₃ - 50-52%, CH(NO₂)₃ - 20-21%. Рабочая смесь предварительно приготавливается из 95% технического нитроформа и 64-65% азотной кислоты. Дозировка рабочей смеси устанавливается из расчета 2,1 в.ч. 100% нитроформа на 1 в.ч. 100% МПЭДА, дозируемого в нейтрализатор.

В других 3-4 буферных пастообразователях осуществляется дополнительная выдержка пасты. Из последнего паста перетекает в нитратор, куда дозируется нитрующая смесь состава 65% HNO₃, 35% H₂SO₄ из расчета расхода 20 в.ч. нитросмеси на 1 в.ч. 100% нитроформа, введенного с рабочей смесью на пастообразование. Из нитратора масса перетекает в буферный нитратор и оттуда на непрерывно-действующий фильтр.

Температурный режим в аппаратах:

аппарат-нейтрализатор - 4-8°C,

пастообразователь и буферные пастообразователи - 4-8°C,

нитраторы - 30-35°C.

Объемы аппаратов подбираются из расчета времени пребывания реакционной массы в нейтрализаторе - 10-30 минут, в пастообразователях - по 1,5-2,0 часа,

в нитраторах по 25-30 минут.

Суммарное время пребывания компонентов на стадии пастообразования - 6-8 часов,

на стадии нитрования - 50-60 минут.

Описываемый непрерывный способ получения вещества "Н" через нейтрализованное МПЭДА был проверен авторами на лабораторной установке в НИИ-5. Испытания показали, что способ обеспечивает получение вещества "Н", удовлетворяющего всем требованиям ОПТУ 582-59, со средним выводом 67,8% от теоретического по нитроформу.

Способ получения бистринитроэтилэтилендинитрамина (вещества "Н") через нейтрализованное МПЭДА до настоящего времени не был известен. Наоборот, в литературе даже имеются указания на то, что в результате взаимодействия МПЭДА с кислотами выход вещества "Н" снижается.

Авторами заявки подобраны условия нейтрализации МПЭДА и пастообразования, позволяющие получать вещество "Н" без снижения выхода.

Применение нейтрализации МПЭДА серной кислотой, как показали калориметрические исследования, позволяет снять большую часть теплового эффекта пастообразования. Это дает возможность резко сократить расход и увеличить температуру хладоагента для поддержания нужной температуры в пастообразователе и делает процесс пастообразования безопаснее.

Нейтрализация МПЭДА особое значение имеет при непрерывном получении вещества "Н", так как снимает более 68% общего теплового эффекта при пастообразовании; процесс получения пасты делается менее опасным и исключается необходимость частого отключения аппарата-пастообразователя для удаления корки с охлаждающей поверхности. При испытании лабораторной установки непрерывного получения вещества "Н" по предлагаемому способу температура в пастообразователях легко поддерживалась с помощью грунтовой воды с температурой +6°C (без нейтрализации МПЭДА для поддержания той же температуры в пастообразователях требовалось применение хладоагента с температурой не выше -8°С). После освобождения аппаратуры во всех пастообразователях отмечено отсутствие корки.

Нитросмесь состава: 65% HNO₃ и 35% H₂SO₄ ранее для нитрования пасты не применялась. Применение ее для нитрования пасты позволяет сократить расход кислот при периодическом процессе получения вещества "Н" на 2-3 тонны, а при непрерывном на 3-5 тонн на 1 тонну выпускаемого вещества "Н".

Таким образом, новизна и полезность предлагаемого способа получения вещества "Н" через нейтрализованное МПЭДА очевидна.