СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СМЕСИ ДИНИТРОТОЛУОЛА С ТРИНИТРОТОЛУОЛОМ (ВАРИАНТЫ)
METHOD OF PRODUCING A MIXTURE OF DINITROTOLUENE AND TRINITROTOLUENE (VERSIONS)

В зависимости от назначения баллиститных порохов в их состав вводят различные добавки. Для снижения температуры горения в целях уменьшения разгарного действия пороха используют так называемые охлаждающие добавки, в качестве которых применяют динитротолуол (ДНТ), дибутилфталат (ДБФ) и некоторые другие вещества. Динитротолуол и ДБФ являются к тому же дополнительными пластификаторами коллоксилина - основного компонента баллиститного пороха. Их содержание в готовом порохе может быть от 4 мас. % до 11 мас. % (Шагов Ю.В. «Взрывчатые вещества и пороха» М., Воениздат, 1976, 96-97 с).
В развитых европейских странах в качестве охлаждающей добавки и дополнительного пластификатора баллиститных порохов традиционно применяется динитротолуол с массовой долей основного вещества не ниже 98,0%.
В России динитротолуол аналогичной чистоты в требуемых количествах никогда не производился и в настоящее время тоже не производится.
Поэтому в качестве пластификатора и в целях уменьшения разгарного действия пороха в его состав вводят смесь динитротолуола и тринитротолуола (ТНТ, тротила) с массовой долей тротила от 10% до 40% (преимущественно от 20% до 30%), имеющую температуру затвердевания от 40°С до 55°С (преимущественно от 45°С до 50°С).
Получить смесь динитротолуола и тринитротолуола заданного состава можно простым смешением определенных навесок обоих веществ, но с учетом того, что динитротолуол с массовой долей основного вещества не ниже 98,0% в России не выпускается, представляется целесообразным получать смесь динитротолуола и тринитротолуола нижеописанными тремя способами на предприятии, производящем тротил.
Целью настоящих изобретений является разработка способов получения смесей динитротолуола с тринитротолуолом с массовой долей тротила от 10% до 40% (преимущественно от 20% до 30%), имеющих температуру затвердевания от 40°С до 55°С (преимущественно от 45°С до 50°С) на предприятии, выпускающем тротил.
Производство тротила состоит из трех основных фаз, при этом на первой фазе получается в основном мононитротолуол (МНТ), на второй - динитротолуол, на третьей - тринитротолуол (Е.Ю. Орлова. Химия и технология бризантных взрывчатых веществ. //Л.: Химия, 1964, 186-204 с.).
Первый вариант способа получения смеси динитротолуола и тринитротолуола с массовой долей тротила от 10% до 40% (преимущественно от 20% до 30%), имеющей температуру затвердевания от 40°С до 55°С (преимущественно от 45°С до 50°С), заключается в том, что данную смесь получают во время жидкофазной реакции смеси монитротолуола и динитротолуола, взятой после первой фазы производства тротила, с серно-азотной смесью, фактор нитрующей активности которой составляет от 87 до 92, при избытке азотной кислоты от 10 мас. % до 55 мас. % (преимущественно от 20 мас. % до 45 мас. %) и постепенном повышении температуры реакционной массы от +30°С до +60°С.
Первый способ иллюстрируется следующими примерами. Смеси мононитротолуола и динитротолуола после первой фазы выводили из производства тротила и нитровали серно-азотной смесью (САС) в отдельном аппарате при условиях, которые отражены в таблице 1 и таблице 2.
Полученные в опытах №1 - 6 образцы после отделения их от отработанной кислоты промывали горячей водой и 3 - 10%-ным раствором едкого натра (или сульфитно-содовым раствором, состоящим из сульфита натрия, кальцинированной соды и воды, являющимся отходом производства серной кислоты) до нейтральной среды (рН=6,0 - 8,0).
Как видно из таблицы 1, нитрованием смесей мононитротолуола и динитротолуола в лабораторных условиях получены смеси динитротолуола и тринитротолуола с массовой долей тротила от 11,25% до 24,64% и температурой затвердевания в пределах от 47,5°С до 54,9°С.
Полученные в опытах №1 - 7 образцы после отделения их от отработанной кислоты промывали горячей водой и 3 - 10%-ным раствором едкого натра (или сульфитно-содовым раствором) до нейтральной среды (рН=6,0- 8,0).
Как видно из таблицы 2, нитрованием смесей мононитротолуола и динитротолуола на опытно-промышленной установке получены смеси динитротолуола и тринитротолуола с массовой долей тротила от 17,0% до 32,3%) и температурой затвердевания в пределах от 45,9°С до 49,4°С.
Состав и температура затвердевания смеси динитротолуола и тринитротолуола, полученной путем нитрования технического мононитротолуола, содержащего динитротолуол, взятого после первой фазы получения тротила, серно-азотной смесью, приведены в таблице 3.
Как видно из таблицы 3, массовая доля 2,4-динитротолуола составляет 57,32%, массовая доля тротила - 30,48%), температура затвердевания - 46,7°С - находится в оптимальном интервале (от 45°С до 50°С).
Второй вариант способа получения смеси динитротолуола и тринитротолуола с массовой долей тротила от 10%) до 40% (преимущественно от 20% до 30%), имеющей температуру затвердевания от 40°С до 55°С (преимущественно от 45°С до 50°С), заключается в том, что данную смесь получают после предварительного определения массовой доли тротила в трех аппаратах третьей фазы (2-м, 3-ми 4-м) смешением кислой реакционной массы, состоящей из динитротолуола и тринитротолуола, взятой из одного из аппаратов (преимущественно из второго аппарата) третьей фазы производства тротила, с содержанием изомера 2,4-динитротолуола менее 70 мас. % (преимущественно от 60 мас. % до 69,50 мас. %), промытой до нейтральной реакции, с расчетным количеством чешуированного тротила до его содержания в смеси от 10 мас. % до 40 мас%.
Второй способ иллюстрируется следующими примерами. Кислую реакционную массу, состоящую из динитротолуола и тринитротолуола, выводили из 2-го аппарата третьей фазы производства тротила в отдельный аппарат, промывали горячей водой и 3 - 10%-ным раствором едкого натра (или сульфитно-содовым раствором) до нейтральной среды (рН=6,0 - 8,0), замеряли массовую долю тротила и при температуре от 85°С до 90°С добавляли расчетное количество чешуированного тринитротолуола до его содержания в смеси от 10 мас. % до 40 мас. %.
Полученные результаты представлены в таблице 4.
Как видно из таблицы 4, массовая доля тротила в смесях составляет от 20,3%) до 24,0%, температура затвердевания - от 46,4°С до 49,4°С, а содержание 2,4-изомера динитротолуола находится в пределах от 63,23 мас. %) до 69,36 мас. %.
Влияние содержания 2,4-динитротолуола в смесях динитротолуола и тринитротолуола на их температуру затвердевания можно подтвердить следующими данными.
Кислую реакционную массу после второй фазы производства тротила, состоящую из динитротолуола, в лабораторных условиях промывали горячей водой и 3 - 10%-ным раствором едкого натра (или сульфитно-содовым раствором) до нейтральной среды (рН=6,0 - 8,0), замеряли массовую долю тротила и при температуре от 85°С до 90°С добавляли расчетное количество чешуированного тринитротолуола до его содержания в смесях №1 и №2 от 10 мас. % до 40 мас. %).
Полученные результаты представлены в таблице 5.
Как видно из таблицы 5, при массовой доле 2,4-динитротолуола в смесях динитротолуола и тринитротолуола 72,6%) и 71,5%, тротила - 20,3%) и 20,7%), температура затвердевания превышает оптимальную величину (50°С) на 4,3°С и 5,0°С. Поэтому для получения смеси динитротолуола и тринитротолуола с температурной затвердевания, находящейся в оптимальном интервале (45°С - 50°С), необходимо, чтобы содержание 2,4- динитротолуола в данной смеси было менее 70 мас. %.
Третий вариант способа получения смеси динитротолуола и тринитротолуола с массовой долей тротила от 10%) до 40% (преимущественно от 20% до 30%), имеющей температуру затвердевания от 40°С до 55°С (преимущественно от 45°С до 50°С), заключается в том, что данную смесь получают после предварительного определения массовой доли тротила в трех аппаратах третьей фазы (2-м, 3-ми 4-м) смешением расчетных количеств кислых реакционных масс, состоящих из динитротолуола и тринитротолуола, взятых из соответствующих двух аппаратов (2-го и 3-го или 2-го и 4-го) третьей фазы производства тротила и объединенных в одну навеску, с последующей промывкой до нейтральной реакции.
Третий способ иллюстрируется следующими примерами. После предварительного определения массовой доли тротила в каждом аппарате (2-м, 3-ми 4-м) расчетные количества кислых реакционных масс, состоящих из изомеров динитротолуола и тринитротолуола, выводили из двух разных аппаратов (2-го и 3-го или 2-го и 4-го) третьей фазы производства тротила и смешивали в отдельном реакторе с последующей промывкой смеси горячей водой и 3 - 10%-ным раствором едкого натра (или сульфитно-содовым раствором) до нейтральной среды (рН=6,0 - 8,0).
Полученные результаты представлены в таблице 6.
Как видно из таблицы 6, в опыте №1 смешивали расчетные количества кислых реакционных масс из аппаратов №2 и №4 третьей фазы производства тротила, а в опытах №№2, 3, 4, 5 - расчетные количества кислых реакционных масс из аппаратов №2 и №3 третьей фазы производства тротила, при этом получили смеси с массовой долей тротила от 21%) до 25% и с температурой затвердевания в оптимальном интервале (от 46,1°С до 48,0°С).
Все три описанные технологии получения смесей динитротолуола и тринитротолуола заданного состава с определенной температурой затвердевания внедрены на ФКП «БОЗ».