(57)【要約】【課題】トルエンを、モノニトロ化およびジニトロ化する２段階の反応において、第２段階で排出される２次廃酸を効率的に再使用して、効率的にジニトロトルエンを製造するための、ジニトロトルエンの製造方法、および、その方法に用いられる製造装置を提供すること。【解決手段】トルエンを硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造し、得られたモノニトロトルエンを硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造し、ジニトロトルエンの製造工程から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合して第１混合液を得て、この第１混合液から３次廃酸を分離して濃縮した後、その濃縮液を、ジニトロトルエンの製造工程に環流する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造する第１工程、
前記第１工程において得られたモノニトロトルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造する第２工程、
前記第２工程から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合する第１混合工程、
前記第１混合工程において得られ、２次廃酸にモノニトロトルエンが混合された第１混合液から３次廃酸を分離する分離工程、
前記分離工程において分離された３次廃酸を濃縮する濃縮工程、および、
前記濃縮工程において得られた濃縮液を、前記第２工程に環流する第１環流工程を備えることを特徴とする、ジニトロトルエンの製造方法。
【請求項２】
前記第２工程から排出された２次廃酸に混合するモノニトロトルエンが、前記第１工程において得られたモノニトロトルエンであることを特徴とする、請求項１に記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項３】
前記分離工程において、３次廃酸が分離された分離液を、前記第２工程に環流する第２環流工程を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項４】
前記第２工程から排出された２次廃酸を、前記第１混合工程においてモノニトロトルエンを混合する以前に、前記第１工程に一部環流する第３環流工程を備えることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項５】
前記濃縮工程において、硫酸濃度が８０重量％以上となるように、３次廃酸を濃縮することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項６】
前記第１混合工程が、チューブと前記チューブに接続されるラインミキサとを備える管型反応器中で実施され、前記ラインミキサにおける流速が２０ｃｍ／ｓ以上であって、前記管型反応器における滞留時間が６０秒以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項７】
前記第１工程で排出された１次廃酸を、前記分離工程で分離され、前記濃縮工程で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合する第２混合工程を備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項８】
１次廃酸を脱硝酸処理することにより得られる廃硫酸を、前記分離工程で分離され、前記濃縮工程で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合することを特徴とする、請求項７に記載のジニトロトルエンの製造方法。
【請求項９】
トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造するための第１反応槽、
前記第１反応槽において得られたモノニトロトルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造するための第２反応槽、
前記第２反応槽から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合するための第１混合手段、
前記第１混合手段において得られ、２次廃酸にモノニトロトルエンが混合された第１混合液から３次廃酸を分離するための分離手段、
前記分離手段において分離された３次廃酸を濃縮するための濃縮手段、および、
前記濃縮手段において得られた濃縮液を、前記第２反応槽に環流するための第１環流手段を備えることを特徴とする、ジニトロトルエンの製造装置。
【請求項１０】
前記第１混合手段では、前記第１反応槽において得られたモノニトロトルエンを混合することを特徴とする、請求項９に記載のジニトロトルエンの製造装置。
【請求項１１】
前記分離手段において、３次廃酸が分離された分離液を、前記第２反応槽に環流する第２環流手段を備えることを特徴とする、請求項９または１０に記載のジニトロトルエンの製造装置。
【請求項１２】
前記第２反応槽から排出された２次廃酸を、前記第１混合手段によってモノニトロトルエンを混合する以前に、前記第１反応槽に一部環流するための第３環流手段を備えることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造装置。
【請求項１３】
前記第１反応槽から排出された１次廃酸を脱硝酸処理するための脱硝酸処理手段と、
前記脱硝酸処理手段において得られた廃硫酸を、前記分離手段で分離され、前記濃縮手段で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合するための第２混合手段とを備えることを特徴とする、請求項９〜１２のいずれかに記載のジニトロトルエンの製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジニトロトルエンの製造方法および製造装置、詳しくは、トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させて、ジニトロトルエンを製造する方法、および、その方法に用いられる製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ジニトロトルエンは、工業的には、硝酸および硫酸の混酸を用いて、トルエンを、モノニトロ化およびジニトロ化する２段階の反応により製造されており、第１段階においては、第２段階で排出される２次廃酸を、新たな硝酸とともに用いて、トルエンをモノニトロ化してモノニトロトルエンを生成させ、第２段階においては、第１段階で排出される１次廃酸を濃縮した濃縮液を、新たな硝酸とともに用いて、モノニトロトルエンをジニトロ化することにより、製造されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６０−２０４７４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかるに、上記した製造方法では、第２段階で排出される２次廃酸を、粗製のジニトロトルエンと分離して、第１段階におけるトルエンのモノニトロ化に、そのまま使用している。そのため、第１段階に用いられる２次廃酸に含まれる水が、第１段階において供給される新たな硝酸を希釈することになり、第２段階で排出される２次廃酸の第１段階への環流が繰り返されるに従って、硝酸濃度が薄くなり、第１段階でのトルエンのモノニトロ化によるモノニトロトルエンの反応収率が低下する。
【０００５】
一方、第２段階で排出される２次廃酸を、一部だけ、第１段階に環流すれば、そのような第１段階でのモノニトロトルエンの反応収率の低下を防止することができる。しかし、そのような場合には、第２段階で排出される２次廃酸の再使用率が低下する。
このように、第２段階で排出される２次廃酸を、第１段階に環流して再使用すると、第１段階でのモノニトロトルエンの反応収率の低下や、第２段階で排出される２次廃酸の再使用率の低下を招くという不具合がある。
【０００６】
本発明の目的は、２次廃酸を効率的に再使用して、効率的にジニトロトルエンを製造するための、ジニトロトルエンの製造方法、および、その方法に用いられる製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のジニトロトルエンの製造方法は、トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造する第１工程、前記第１工程において得られたモノニトロトルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造する第２工程、前記第２工程から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合する第１混合工程、前記第１混合工程において得られ、２次廃酸にモノニトロトルエンが混合された第１混合液から３次廃酸を分離する分離工程、前記分離工程において分離された３次廃酸を濃縮する濃縮工程、および、前記濃縮工程において得られた濃縮液を、前記第２工程に環流する第１環流工程を備えることを特徴としている。
【０００８】
この方法では、第２工程から排出された２次廃酸を濃縮して、第２工程に環流するので、２次廃酸を効率的に再使用することができ、２次廃酸の再使用率の格段の向上を図ることができる。
また、この方法では、第２工程から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合するので、混合されたモノニトロトルエンと２次廃酸との反応により、２次廃酸中の硝酸を低減させることができる。そのため、２次廃酸中の硫酸濃度を高めることができる。また、モノニトロトルエンは、ジニトロトルエンとの相溶性が良好であり、次の分離工程において、第１混合液から３次廃酸を効率よく分離することができる。
【０００９】
さらに、３次廃酸は、第１混合液からの分離後に濃縮されるので、第１混合液の濃縮に起因する結晶化を防止することができ、３次廃酸を最適濃度まで濃縮することができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記第２工程から排出された２次廃酸に混合するモノニトロトルエンが、前記第１工程において得られたモノニトロトルエンであることが好適である。
【００１０】
この方法では、第２工程から排出された２次廃酸に、第１工程において得られたモノニトロトルエンが混合されるので、製造効率の向上を図ることができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記分離工程において、３次廃酸が分離された分離液を、前記第２工程に環流する第２環流工程を備えることが好適である。
この方法では、分離液を廃棄することなく、第２工程に環流するので、モノニトロトルエンを効率的に使用することができる。
【００１１】
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記第２工程から排出された２次廃酸を、前記第１混合工程においてモノニトロトルエンを混合する以前に、前記第１工程に一部環流する第３環流工程を備えることが好適である。
この方法では、第２工程から排出され、モノニトロトルエンを混合する以前の２次廃酸を、第１工程に一部環流するので、第１工程での硫酸および硝酸の濃度を、一部環流された２次廃酸によって最適濃度に調整することができる。また、これによって、濃縮工程において濃縮すべき２次廃酸の分量も調整することができ、効率的な濃縮を達成することができる。
【００１２】
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記濃縮工程において、硫酸濃度が８０重量％以上となるように、３次廃酸を濃縮することが好適である。
この方法では、濃縮液の硫酸濃度が８０重量％以上となるため、第２工程において、ジニトロトルエンの収率の向上を図ることができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記第１混合工程が、チューブと前記チューブに接続されるラインミキサとを備える管型反応器中で実施され、前記ラインミキサにおける流速が２０ｃｍ／ｓ以上であって、前記管型反応器における滞留時間が６０秒以上であることが好適である。
【００１３】
この方法では、第１混合工程を、管型反応器中で実施して、ラインミキサにおける流速を２０ｃｍ／ｓ以上、滞留時間を６０秒以上に設定するので、混合したモノニトロトルエンと、２次廃酸中の硝酸とを効率よく反応させることができる。また、ラインミキサにおける流速を上記の範囲に設定することにより、反応に必要とされる滞留時間を低減することができる。
【００１４】
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、前記第１工程で排出された１次廃酸を、前記分離工程で分離され、前記濃縮工程で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合する第２混合工程を備えることが好適である。
この方法では、第１工程で排出された１次廃酸をそのまま廃棄することなく、有効に再使用することができる。また、得られた廃硫酸を、分離工程で分離された３次廃酸に一部混合するので、再使用する廃硫酸の再使用量を調整することができる。また、その後に濃縮して第２工程に環流して再使用する濃縮液中の硫酸と硝酸との混合比を、最適値に調整することができる。さらには、第２工程で添加する新たな混酸の添加量を低減することができる。
【００１５】
また、本発明のジニトロトルエンの製造方法では、１次廃酸を脱硝酸処理することにより得られる廃硫酸を、前記分離工程で分離され、前記濃縮工程で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合することが好適である。
この方法では、１次廃酸を脱硝酸処理することにより、濃縮工程での廃硝酸ガスの処理の負荷を低減することができる。
【００１６】
本発明のジニトロトルエンの製造装置は、トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造するための第１反応槽、前記第１反応槽において得られたモノニトロトルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造するための第２反応槽、前記第２反応槽から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合するための第１混合手段、前記第１混合手段において得られ、２次廃酸にモノニトロトルエンが混合された第１混合液から３次廃酸を分離するための分離手段、前記分離手段において分離された３次廃酸を濃縮するための濃縮手段、および、前記濃縮手段において得られた濃縮液を、前記第２反応槽に環流するための第１環流手段を備えることを特徴としている。
【００１７】
この装置では、第２反応槽から排出された２次廃酸を、濃縮手段により濃縮して、第１環流手段により第２反応槽に環流するので、２次廃酸を効率的に再使用することができ、２次廃酸の再使用率の格段の向上を図ることができる。
また、この装置では、第２反応槽から排出された２次廃酸に、第１混合手段によってモノニトロトルエンを混合するので、混合されたモノニトロトルエンと２次廃酸との反応により、２次廃酸中の硝酸を低減させることができる。そのため、２次廃酸中の硫酸濃度を高めることができる。また、モノニトロトルエンは、ジニトロトルエンとの相溶性が良好であり、分離手段によって、第１混合液から３次廃酸を効率よく分離することができる。
【００１８】
さらに、３次廃酸は、分離手段によって第１混合液からの分離後に、濃縮手段によって濃縮されるので、第１混合液の濃縮に起因する装置内でのジニトロトルエンの結晶化を防止することができ、３次廃酸を最適濃度まで安定して濃縮することができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造装置では、前記第１混合手段は、前記第１反応槽において得られたモノニトロトルエンを混合することが好適である。
【００１９】
この装置では、第１混合手段によって、第２反応槽から排出された２次廃酸に、第１反応槽において得られたモノニトロトルエンが混合されるので、製造効率の向上を図ることができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造装置では、前記分離手段において、３次廃酸が分離された分離液を、前記第２反応槽に環流する第２環流手段を備えることが好適である。
【００２０】
この装置では、分離液を廃棄することなく、第２環流手段によって第２反応槽に環流するので、モノニトロトルエンを効率的に使用することができる。
また、本発明のジニトロトルエンの製造装置では、前記第２反応槽から排出された２次廃酸を、前記第１混合手段によってモノニトロトルエンを混合する以前に、前記第１反応槽に一部環流するための第３環流手段を備えることが好適である。
【００２１】
この装置では、第２反応槽から排出され、第１混合手段によってモノニトロトルエンを混合する以前の２次廃酸を、第３環流手段によって、第１反応槽に一部環流するので、第１反応槽での硫酸および硝酸の濃度を、一部環流された２次廃酸によって最適濃度に調整することができる。また、これによって、濃縮手段において濃縮すべき２次廃酸の分量も調整することができ、効率的な濃縮を達成することができる。
【００２２】
また、本発明のジニトロトルエンの製造装置では、前記第１反応槽から排出された１次廃酸を脱硝酸処理するための脱硝酸処理手段と、前記脱硝酸処理手段において得られた廃硫酸を、前記分離手段で分離され、前記濃縮手段で濃縮される以前の３次廃酸に一部混合するための第２混合手段とを備えることが好適である。
この装置では、第１反応槽で排出された１次廃酸をそのまま廃棄することなく、有効に再使用することができる。また、１次廃酸を脱硝酸処理することにより得られた廃硫酸を、分離手段で分離された３次廃酸に一部混合するので、再使用する廃硫酸の再使用量を調整することができる。また、その後に濃縮して第２反応槽に環流して再使用する濃縮液中の硫酸と硝酸との混合比を、最適値に調整することができる。さらには、第２反応槽で添加する新たな混酸の添加量を低減することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明のジニトロトルエンの製造方法および製造装置によれば、２次廃酸を効率的に再使用して、効率的にジニトロトルエンを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のジニトロトルエン製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、本発明のジニトロトルエン製造装置の一実施形態を示す概略構成図である。なお、以下の説明において、「上流側」および「下流側」は、各装置における液の流れ方向を基準としている。
図１において、このジニトロトルエン製造装置１は、モノニトロ化反応部２と、ジニトロ化反応部３と、廃酸処理部４とを備えている。
【００２６】
モノニトロ化反応部２は、第１反応槽５と、第１分離器６とを備えている。
第１反応槽５は、トルエンを、硝酸および硫酸の混酸（以下、混酸と省略する。）と反応させるための反応槽であれば、特に制限されないが、例えば、攪拌翼が装備された反応器などが用いられる。また、第１反応槽５は、連続式反応器、回分式反応器のいずれでもよいが、好ましくは、連続式反応器が用いられ、より好ましくは、多段連続式反応器が用いられる。
【００２７】
この第１反応槽５には、ジニトロトルエンの出発原料であるトルエンを供給するトルエン供給管７と、混酸を供給する混酸供給管８とがそれぞれ接続されている。
トルエン供給管７から供給するトルエンは、ジニトロトルエンの製造に用いられるトルエンであれば、特に制限されず、工業製品として入手可能なトルエンが用いられる。また、トルエン供給管７から、トルエンは、例えば、供給量１０００〜１００００ｋｇ／ｈで第１反応槽５に供給される。
【００２８】
また、混酸供給管８から供給する混酸は、ジニトロトルエンの製造に用いられる混酸であれば、特に制限されず、硝酸、硫酸および水を含有し、例えば、硝酸が、５０〜９５重量％、硫酸が５〜５０重量％の割合で含まれている。また、混酸供給管８から、混酸は、例えば、供給量１０００〜１００００ｋｇ／ｈで第１反応槽５に供給される。
第１反応槽５では、例えば、反応温度３０〜９０℃で、トルエンを混酸とモノニトロ化反応させる（第１工程）。このトルエンのモノニトロ化反応では、有機相成分としてモノニトロトルエンを生成し、水相成分として１次廃酸を生成する。なお、第１反応槽５には、後述する第３環流ライン１６から２次廃酸が環流されることから、詳しくは、有機相成分は、例えば、モノニトロトルエンとジニトロトルエンとを含有し、例えば、モノニトロトルエンが６０〜９５重量％、ジニトロトルエンが、例えば、５〜４０重量％の割合で含まれている。
【００２９】
１次廃酸は、硝酸、硫酸および水と、トルエン、モノニトロトルエンおよびジニトロトルエンとを含有し、例えば、硝酸が０．１〜２重量％、硫酸が６０〜７５重量％、トルエンが１重量％以下、モノニトロトルエンが３重量％以下、ジニトロトルエンが３重量％以下の割合で含まれている。
また、第１反応槽５には、配管３０を介して、第１分離器６が接続されている。
【００３０】
第１分離器６は、第１工程において得られたモノニトロトルエンと１次廃酸とを分離するための分離器であれば、特に制限されないが、例えば、非動力式抽出装置、撹拌式抽出装置、脈動式・振動式抽出装置、遠心式抽出装置などの抽出装置などが用いられる。
そして、第１分離器６に、配管３０を介して、第１反応槽５から反応液が供給されると、この第１分離器６において、第１工程において得られたモノニトロトルエンと１次廃酸とが分離される。
【００３１】
また、第１分離器６には、モノニトロトルエン供給管９の上流側端部および１次廃酸排出管１０の上流側端部がそれぞれ接続されている。
ジニトロ化反応部３は、第２反応槽１１と、第２分離器１２とを備えている。
第２反応槽１１は、モノニトロトルエンを、混酸と反応させるための反応槽であれば、特に制限されないが、例えば、攪拌翼が装備された反応器などが用いられる。また、第２反応槽１１は、連続式反応器、回分式反応器のいずれでもよいが、好ましくは、連続式反応器が用いられ、より好ましくは、多段連続式反応器が用いられる。
【００３２】
この第２反応槽１１には、モノニトロトルエン供給管９の下流側端部と、混酸を供給する混酸供給管１３とがそれぞれ接続されている。
第１工程において得られたモノニトロトルエンは、モノニトロトルエン供給管９を介して、第２反応槽１１に供給される。また、モノニトロトルエンは、例えば、供給量１５００〜１５０００ｋｇ／ｈで供給される。
【００３３】
また、混酸供給管１３から供給する混酸は、硝酸、硫酸および水を含有し、例えば、硝酸が、５０〜９５重量％、硫酸が５〜５０重量％の割合で含まれている。また、混酸供給管１３から、混酸は、例えば、供給量１０００〜１００００ｋｇ／ｈで第２反応槽１１に供給される。
第２反応槽１１では、例えば、反応温度４０〜９０℃で、モノニトロトルエンを混酸とジニトロ化反応させる（第２工程）。このモノニトロトルエンのジニトロ化反応では、有機相成分としてジニトロトルエンを生成し、水相成分として２次廃酸を生成する。
【００３４】
２次廃酸は、硝酸、硫酸および水と、トルエン、モノニトロトルエンおよびジニトロトルエンとを含有し、例えば、硝酸が、０．５〜５重量％、硫酸が６５〜８０重量％、トルエンが０．５重量％以下、モノニトロトルエンが０．５重量％以下、ジニトロトルエンが０．５〜５重量％の割合で含まれている。
また、第２反応槽１１には、配管３０を介して、第２分離器１２が接続されている。
【００３５】
第２分離器１２は、第２工程において得られたジニトロトルエンと２次廃酸とを分離するための分離器であれば、特に制限されないが、例えば、非動力式抽出装置、撹拌式抽出装置、脈動式・振動式抽出装置、遠心式抽出装置などの抽出装置などが用いられる。
そして、第２分離器１２に、配管３０を介して、第２反応槽１１から反応液が供給されると、この第２分離器１２において、第２工程において得られたジニトロトルエンと２次廃酸とが分離される。
【００３６】
また、第２分離器１２には、ジニトロトルエン排出管１４の上流側端部および２次廃酸排出管１５の上流側端部がそれぞれ接続されている。
分離されたジニトロトルエンは、ジニトロトルエン排出管１４から取り出され、ポリウレタンの原料であるトリレンジイソシアネートを製造するための原料として用いられる。
廃酸処理部４は、第１混合手段としてのミキサ１７と、分離手段としての第３分離器１８と、脱硝酸処理手段としての脱硝酸処理槽１９と、第２混合手段としての第２中継槽２０と、濃縮手段としての濃縮器２１とを備えている。
【００３７】
ミキサ１７は、第２工程から排出された２次廃酸にモノニトロトルエンを混合するためのミキサであれば、特に制限されないが、例えば、管型反応器、撹拌槽などが用いられる。また、ミキサ１７としては、連続式、回分式のいずれでもよいが、好ましくは、連続式である。ミキサ１７として、好ましくは、連続式である管型反応器が用いられる。
管型反応器は、例えば、チューブ（フレキシブルチューブ）４１と、チューブ４１に接続される複数のラインミキサ（スタティックミキサ）４２とを備えている。ラインミキサ４２は、液の流れ方向において、チューブ４１間に間隔を隔てて配置されている。
【００３８】
液の流れ方向における各ラインミキサ４２間の間隔は、管型反応器を流れる液が、例えば、１５０秒以下毎にラインミキサ４２にて攪拌されるように、設定される。
ミキサ１７として管型反応器を用いることにより、２次廃酸中の硝酸とモノニトロトルエンとを効率よく反応させることができる。
このミキサ１７には、２次廃酸排出管１５の下流側端部が接続されている。
【００３９】
また、２次廃酸排出管１５の途中には、第３環流手段としての第３環流ライン１６の上流側端部が接続されている。この第３環流ライン１６の下流側端部は、第１反応槽５に接続されている。これによって、第２分離器１２から排出された２次廃酸は、その一部が、第３環流ライン１６を介して第１反応槽５に環流される（第３環流工程）。
第３環流ライン１６を介して第１反応槽５に環流される２次廃酸は、例えば、環流量１０００〜１５０００ｋｇ／ｈで環流される。
【００４０】
また、第３環流ライン１６を介して第１反応槽５に環流される２次廃酸は、環流比（第３環流ライン１６を介して第１反応槽５に環流される２次廃酸の環流量／混酸供給管８から供給される混酸の供給量）が、例えば、１／１〜５／１で環流される。
また、２次廃酸排出管１５の途中には、第３環流ライン１６の接続位置の下流側において、モノニトロトルエン供給管９から分岐したモノニトロトルエン分岐供給管２６の下流側端部が接続されている。これによって、ミキサ１７には、第２分離器１２から排出された２次廃酸とともに、第１分離器６から排出されたモノニトロトルエンが合流して、供給される。
【００４１】
２次廃酸は、２次廃酸排出管１５を介して、ミキサ１７に、例えば、供給量１０００〜２００００ｋｇ／ｈで供給される。
モノニトロトルエンは、モノニトロトルエン分岐供給管２６から２次廃酸排出管１５を介して、ミキサ１７に、例えば、２次廃酸中の硝酸に対して、２〜３０倍モル、好ましくは、３〜２０倍モルの割合で供給される。
【００４２】
ミキサ１７では、例えば、管型反応器を用いる場合には、ラインミキサ４２における流速が２０ｃｍ／ｓ以上、好ましくは、２５ｃｍ／ｓ以上、管型反応器における滞留時間が、例えば、６０秒以上、好ましくは、好ましくは、１００〜１５００秒、さらに好ましくは、１００〜１０００秒、とりわけ好ましくは、１５０〜６００秒で、２次廃酸とモノニトロトルエンとが混合され、２次廃酸中の硝酸とモノニトロトルエンとを反応させる（第１混合工程）。これによって、２次廃酸にモノニトロトルエンが混合された第１混合液が得られる。また、これによって、２次廃酸中の硝酸とモノニトロトルエンとを効率よく反応させることができる。また、ラインミキサ４２における流速を２０ｃｍ／ｓ以上に設定することにより、反応に必要とされる滞留時間を低減することができる。
【００４３】
また、ミキサ１７には、配管３０を介して、分離手段としての第３分離器１８が接続されている。
第３分離器１８は、ミキサ１７において得られた第１混合液を、４次廃酸と分離液とに分離するための分離器であれば、特に制限されないが、例えば、非動力式抽出装置、撹拌式抽出装置、脈動式・振動式抽出装置、遠心式抽出装置などの抽出装置などが用いられる。
【００４４】
そして、第３分離器１８に、配管３０を介して、ミキサ１７から第１混合液が供給されると、第１混合液が、４次廃酸と分離液とに分離される（分離工程）。
４次廃酸（第１混合液から分離される３次廃酸）は、例えば、硝酸、硫酸および水と、トルエン、モノニトロトルエンおよびジニトロトルエンとを含有し、例えば、硝酸が、０．２重量％以下、硫酸が６５〜８０重量％、トルエンが０．２重量％以下、モノニトロトルエンが０．２〜３重量％、ジニトロトルエンが０．１〜２重量％の割合で含まれている。
【００４５】
分離液は、例えば、モノニトロトルエンが３０〜８０重量％およびジニトロトルエンが２０〜７０重量％の割合で含まれている。
また、第３分離器１８には、第２環流手段としての分離液環流ライン２２の上流側端部および４次廃酸排出管２３の上流側端部がそれぞれ接続されている。
分離液環流ライン２２の下流側端部は、第２反応槽１１に接続されている。これによって、第３分離器１８から排出された分離液が、分離液環流ライン２２を介して第２反応槽１１に環流される（第２環流工程）。分離液は、例えば、環流量１００〜５０００ｋｇ／ｈで環流される。
【００４６】
また、分離液環流ライン２２を介して第２反応槽１１に環流される分離液は、環流比（分離液環流ライン２２を介して第２反応槽１１に環流される分離液の環流量／モノニトロトルエン供給管９を介して第２反応槽１１に供給されるモノニトロトルエンの供給量）が、例えば、１／１０〜５／１０で環流される。
脱硝酸処理槽１９は、第１工程で排出された１次廃酸を脱硝酸して廃硫酸を得るための処理槽であれば、特に制限されないが、例えば、蒸留塔などが用いられる。
【００４７】
脱硝酸処理槽１９には、１次廃酸排出管１０の下流側端部が接続されている。
そして、脱硝酸処理槽１９に、１次廃酸排出管１０を介して、第１工程で排出された１次廃酸が供給されると、この脱硝酸処理槽１９において、１次廃酸が脱硝酸処理されて廃硫酸が得られる。脱硝酸処理は、例えば、水蒸気蒸留により実施される。
脱硝酸処理槽１９には、廃硫酸供給管２７の上流側端部が接続されている。
【００４８】
廃硫酸は、例えば、硝酸、硫酸および水を含有し、例えば、硫酸が６０〜７５重量％、硝酸が０．１重量％以下の割合で含まれている。
中継槽２０は、脱硝酸処理槽１９において得られた廃硫酸の一部を、分離工程において分離された４次廃酸に混合して、それらを一時的に貯蔵する混合槽である。
この中継槽２０には、４次廃酸排出管２３の下流側端部および廃硫酸供給管２７の下流側端部がそれぞれ接続されている。これによって、中継槽２０には、第３分離器１８で分離された４次廃酸が、４次廃酸排出管２３を介して供給され、脱硝酸処理槽１９から排出された廃硫酸の一部が、廃硫酸供給管２７を介して供給される。
【００４９】
また、中継槽２０には、１次廃酸供給管３１の下流側端部が接続されている。１次廃酸供給管３１の上流側端部は、１次廃酸排出管１０の途中に接続されている。これによって、第１分離器６から排出された１次廃酸の一部が、１次廃酸供給管３１を介して中継槽２０に供給される。
また、廃硫酸供給管２７の途中には、廃硫酸排出管２４が接続されている。これにより、脱硝酸処理槽１９から廃硫酸供給管２７を介して排出された廃硫酸の残部が、廃硫酸排出管２４から排出される。
【００５０】
そして、中継槽２０では、４次廃酸と、廃硫酸と、１次廃酸とが混合され、５次廃酸（次に述べる濃縮工程において濃縮される３次廃酸）が得られる（第２混合工程）。
第４次廃酸は、４次廃酸排出管２３を介して、中継槽２０に、例えば、供給量１０００〜２００００ｋｇ／ｈで供給される。
廃硫酸は、廃硫酸供給管２７を介して、中継槽２０に、例えば、供給量１００００ｋｇ／ｈ以下で供給される。
【００５１】
１次廃酸は、１次廃酸供給管３１を介して、中継槽２０に、例えば、供給量１００００ｋｇ／ｈ以下で供給される。
また、４次廃酸排出管２３を介して中継槽２０に供給される４次廃酸と、廃硫酸供給管２７を介して中継槽２０に供給される廃硫酸とは、混合比が、例えば、４次廃酸の供給量１に対して、廃硫酸の供給量２以下で、混合される。また、１次廃酸供給管３１を介して中継槽２０に供給される１次廃酸と、廃硫酸供給管２７を介して中継槽２０に供給される廃硫酸とは、混合比が、例えば、１次廃酸の供給量１に対して、廃硫酸の供給量２以下で混合される。
【００５２】
５次廃酸は、例えば、硝酸、硫酸および水と、トルエン、モノニトロトルエンおよびジニトロトルエンとを含有し、例えば、硝酸が、０．２重量％以下、硫酸が６０〜８０重量％、トルエンが０．５重量％以下、モノニトロトルエンが０．１〜３重量％、ジニトロトルエンが０．１〜３重量％の割合で含まれている。
中継槽２０には、配管３０を介して、濃縮器２１が接続されている。
【００５３】
濃縮器２１は、第２混合工程において得られた５次廃酸を濃縮する濃縮器であれば、特に制限されないが、例えば、フラッシュ蒸発装置、真空蒸発装置などの蒸発装置などが用いられる。
そして、濃縮器２１に、配管３０を介して、中継槽２０からの５次廃酸が供給されると、この濃縮器２１において、５次廃酸が、その硫酸濃度が、例えば、８０重量％以上、好ましくは、８３重量％以上、さらに好ましくは、８５重量％以上となるまで、例えば、温度１５０〜２５０℃で濃縮される（濃縮工程）。これにより、５次廃酸が濃縮された濃縮液が得られる。
【００５４】
このように、濃縮液の硫酸濃度が８０重量％以上となるため、この濃縮液を、後述するように、第２工程に環流することにより第２工程におけるジニトロトルエンの収率の向上を図ることができる。
また、濃縮器２１には、第１環流手段としての第１環流ライン２５の上流側端部が接続されている。
【００５５】
第１環流ライン２５は、濃縮工程において得られた濃縮液を、第２工程に環流するために、その下流側端部が第２反応槽１１に接続されている。
そして、濃縮器２１から、第１環流ライン２５を介して、濃縮工程において得られた濃縮液が、第２反応槽１１に環流される（第１環流工程）。また、第１環流ライン２５では、濃縮液は、例えば、環流量１０００〜４００００ｋｇ／ｈで環流される。
【００５６】
また、第１環流ライン２５を介して第２反応槽１１に環流される濃縮液は、環流比（第１環流ライン２５を介して第２反応槽１１に環流される濃縮液の環流量／混酸供給管１３を介して第２反応槽１１に供給される混酸の供給量）が、例えば、１／１〜５／１で環流される。
このように、このジニトロトルエン製造装置１では、第１反応槽５において、トルエンを、硝酸および硫酸の混酸と反応させてモノニトロトルエンを製造して、このモノニトロトルエンを、第２反応槽１１において硝酸および硫酸の混酸と反応させてジニトロトルエンを製造する。そして、ミキサ１７において、第２反応槽１１から排出された２次廃酸と、モノニトロトルエンとが混合されて、第１混合液が得られ、第３分離器１８において、第１混合液から４次廃酸を分離して、さらに、中継槽２０において、廃硫酸と混合して、第５次廃酸とされた後、濃縮器２１において、５次廃酸が濃縮されて、濃縮液が得られ、この濃縮液が第２反応槽１１に環流される。
【００５７】
そのため、第２反応槽１１から排出された２次廃酸を効率的に再使用することができ、２次廃酸の再使用率の格段の向上を図ることができる。
また、ミキサ１７において、第２反応槽１１から排出された２次廃酸とモノニトロトルエンとが混合されて、混合された２次廃酸とモノニトロトルエンとの反応により、２次廃酸中の硝酸を低減させることができる。そのため、２次廃酸中の硫酸濃度を高めることができる。また、モノニトロトルエンは、ジニトロトルエンとの相溶性が良好であり、第３分離器１８において、第１混合液から４次廃酸を効率よく分離することができる。
【００５８】
さらに、４次廃酸は、第３分離器１８によって第１混合液からの分離後に、廃硫酸が混合された５次廃酸として、濃縮器２１によって濃縮されるので、第１混合液をそのまま濃縮することに起因する装置内でのジニトロトルエンの結晶化を防止することができ、５次廃酸を最適濃度まで濃縮することができる。
また、このジニトロトルエン製造装置１では、ミキサ１７において、第２反応槽１１から第２分離器１２で分離排出された２次廃酸に、第１反応槽５において得られたモノニトロトルエンが混合されるので、製造効率の向上を図ることができる。
【００５９】
また、このジニトロトルエン製造装置１では、分離液環流ライン２２によって、第３分離器１８によって４次廃酸が分離された分離液を、第２反応槽１１に環流するので、分離液を廃棄することなく、モノニトロトルエンを効率的に使用することができる。
また、このジニトロトルエン製造装置１では、第３環流ライン１６によって、第２反応槽１１から第２分離器１２で分離排出された２次廃酸を、ミキサ１７によってモノニトロトルエンを混合する以前に、第１反応槽５に一部環流するので、第１反応槽５での硫酸および硝酸の濃度を、一部環流された２次廃酸によって最適濃度に調整することができる。また、これによって、濃縮器２１において濃縮すべき２次廃酸の分量も調整することができ、効率的な濃縮を達成することができる。
【００６０】
また、このジニトロトルエン製造装置１では、脱硝酸処理槽１９において、第１反応槽５から排出された１次廃酸を脱硝酸処理して、得られた廃硫酸の一部を、第３分離器１８で分離され、濃縮器２１で濃縮される以前の４次廃酸に、中継槽２０において、混合するので、第１反応槽５から排出された１次廃酸をそのまま廃棄することなく、有効に再使用することができる。また、再使用する廃硫酸の再使用量を調整することができるので、その後に濃縮して第２反応槽１１に環流して再使用する濃縮液中の硫酸と硝酸との混合比を、最適値に調整することができる。さらには、第２反応槽１１で添加する新たな混酸の添加量を低減することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１    ジニトロトルエン製造装置
５    第１反応槽
１１  第２反応槽
１６  第３環流ライン
１７  ミキサ
１８  第３分離器
１９  脱硝酸処理槽
２０  中継槽
２１  濃縮器
２２  分離液環流ライン
２５  第１環流ライン
【図１】
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