СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОКТОГЕНА Российский патент 1994 года по МПК C07C243/02 

Изобретение относится к технике получения октогена, применяемое в широких масштабах, как термостойкое взрывчатое вещество, где необходим октоген равноосной формы и определенной дисперсности по трем фракциям с преобладанием кристаллов более 250 мкм.

В литературе имеются сведения о способах получения октогена с различной дисперсностью. Но все известные способы массовой кристаллизации не позволяют получать качественный октоген с определенной дисперсностью даже по требованию действующих ТУ, не говоря уж о более крупном октогене.

В патенте США N 2900381 от 1959 г. описывается способ перекристаллизации октогена из растворов. Способ заключается в растворении октогена в водном растворе диметилсульфоксида, а затем выделяют октоген осадителем. Этот способ не имеет практического применения, так как в стране отсутствует промышленное производство данного растворителя и по данному способу не получено β -октогена заданного качества.

Наиболее близким по технической сущности является способ кристаллизации, описанный в Шведском патенте N 2156805А, 1985.

Способ заключается в использовании растворителя γ -бутиролактона. Этот способ перекристаллизации октогена нетехнологичен, так как для получения крупнокристаллического октогена необходимо многократное циклирование. Так же отрицательным моментом является то, что октоген с γ -бутиролактоном образует комплекс, который всегда присутствует в перекристаллизованном β -октогене. Присутствие комплекса нежелательно, так как снижается качество перекристаллизованного октогена. Из-за отсутствия отечественного γ -бутиролактона в достаточном количестве, этот способ не представляется возможным для реализации.

Целью изобретения является разработка безопасного, технологичного способа кристаллизации с получением крупнокристаллического β -октогена, размером 500-1000 мкм с повышенной гравиметрической плотностью до 1,45-1,55 г/см³ с замкнутым водооборотом. Разработка такого способа позволяет получать β -октоген следующей дисперсности:
Гранулометрический состав, % +900мкм +700 +500 +350 +250 +100 -100 11,7 34,1 23,0 11,8 4,8 10,9 3,7
Поставленная цель достигается тем, что октоген-сырец растворяют в ε -капролактаме с содержанием воды 3-10% при 110-120^оС, массовое соотношение: октоген: ε-капролактам 1:(4-5) в.ч. Полученный раствор охлаждают до 60-95^оС и дозируют горячую воду, нагретую до 60-95^оС, до содержания воды в растворе 25-35% в течение 30-60 мин. Затем разбавленную суспензию охлаждают до 55-60^оС, обрабатывают в роторно-вихревом аппарате за 10-40 мин, затем нагревают до 80-85^оС и окончательно суспензию охлаждают со скоростью 0,5-1,0^оС/мин до 25-10^оС. Полученный октоген отфильтровывают от маточника и промывают водой, которую используют в следующей операции кристаллизации при разбавлении раствора. Маточник упаривают до содержания в ней воды 3-10% и вновь используют для перекристаллизации октогена.

Сущность этого способа заключается в том, что рост кристаллов происходит путем плавного, поэтапного, снятия пересыщения за счет разной растворимости октогена при различных условиях ведения процесса, которые способствует также "залечиванию" дефектов в кристаллах.

Способ кристаллизации октогена в условиях, описанных выше позволяет получать крупнокристаллический β -октоген с размером частиц 500-1000 мкм с гравиметрической плотностью 1,45-1,55 г/см³. Изменение температуры при дозировке воды с 60 до 95^оС позволяет регулировать дисперсность получаемого октогена. Применение капролактама с содержанием воды 3-10%, позволяет использовать влажный октоген.

Изобретение предназначено для получения октогена - компонента эффективного сыпучего твердого ракетного топлива. Предлагаемый способ с положительным результатом был проверен в лабораторных и опытно-промышленных условиях.

Качество октогена определялось по плотности пикнометрическим способом и гравиметрической плотности, гранулометрическому составу методом "мокрого" рассева на приборе "Сигма" и задержке плавления в медном блоке при 270^оС. Дефектность кристаллов октогена оценивалась по содержанию газожидкостных включений, которые не должны превышать 0,06%.

П р и м е р 1. В лабораторном кристаллизаторе емкостью 300 мл с мешалкой, обратным холодильником проводился процесс кристаллизации. В кристаллизатор загружался 90% капролактам в количестве 100 г, нагревался через глицериновую баню до 50^oС, загружался октоген в количестве 24 г и при перемешивании продолжался нагрев до 110^оС, давалась выдержка ≈5 мин, то есть до полного растворения октогена. Затем содержимое аппарата охлаждалось медленно за 30 мин до 80^оС, потом суспензия нагревалась до 95^оС и дозировалась горячая вода, нагретая до 95^оС, в количестве 29 мл в течение 30 мин. Затем содержимое аппарата охлаждалось до 20^оС в течение 1,5 ч, кристаллы октогена отфильтровывались от маточника, промывались водой и сушились. Выход готового продукта составил 22,48 г - 93,7% от загружаемого.

Качество октогена Плотность гравиметри- ческая 1,450 г/см³ Плотность пикнометри- ческая 1,90 г/см³ Время задержки плав- ления 34/35 с. Грансостав:% +900мкм +500 +350 +250 +100 -100 +700 34,8% 11,6% 22,5% 14,2% 14,8% 2,1% Газожидкостные включения (ГВЖ) 0,03%.

П р и м е р 2. В кристаллизатор загружался 90% капролактам в количестве 100 г, нагревался до 50^оС на глицериновой бане, загружался октоген в количестве 24 г и при перемешивании содержимое аппарата нагревалось до 110^оС, давалась 5-минутная выдержка до полного растворения октогена. Затем содержимое аппарата охлаждалось до 80^оС, в результате чего появлялись кристаллы октогена, которые в дальнейшем служили затравкой. Суспензию быстро нагревали до 95^оС и дозировали горячую воду при 95^оС в количестве 29 мл за 30 мин. Потом суспензию охлаждали до 60^оС за ≈50 мин, вновь нагревали до 80^оС и охлаждали окончательно до 20^оС в течение 1,5 ч. Охлажденную суспензию фильтровали от маточника, продукт промывали водой и сушили.

Выход готового продукта 22,52 г - 93,8%.

Качество октогена: Плотность гравиметри- ческая 1,5 г/см² Плотность пикнометри- ческая 1,905 г/см³ Время задержки плав- ления 34/34 с Грансостав, % +900мкм +700 +500 +350 +250 +100 -100 48,0% 31,9% 13,5% 5,6% 0,3% 0,7% 0 Газожидкостные включения 0,035%.

П р и м е р 3. В кристаллизатор загружался 70% маточный капролактам от предыдущих операций в количестве 130 г, нагревался до 100^оС и при перемешивании проводилась отгонка 29 мл воды. Отогнанная вода проходила через холодильник и собиралась в колбочку. После отгонки воды маточный капролактам имел 10% воды. Затем в аппарат с маточным отогнанным капролактамом загружался октоген в количестве 24 г и при перемешивании нагревался до 110^оС, давалась выдержка до полного растворения октогена. Затем содержимое аппарата охлаждалось до 80^оС в течение 30 мин, а потом дозировалась вода при 95^оС за 30 мин в количестве 29 мл. Разбавленная и охлажденная суспензия до 60^оС пропускалась через роторно-вихревой аппарат в течение 30 мин. После чего суспензия нагревалась до 80-85^оС и охлаждалась до 20^оС за 60 мин.

Полученный октоген отфильтровывался от маточника и тщательно промывался водой.

Выход готового продукта 22,71 г - 94,6%.

Качество октогена Плотность гравиметри- ческая - 1,55 г/см³ Плотность пикнометри- ческая - 1,90 г/см³ Время задержки плав- ления - 33/34 сек Грансостав, % +900мкм +700 +500 +350 +250 +100 -100 39,2% 21,7% 11,10% 4,5% 3,5% 14,4% 5,6%
Газожидкостные включения 0,03%.

Использование изобретения: для перекристаллизации октогена. Сущность изобретения: продукт - крупно-кристаллический октоген со средним размером частиц 500-1000 мкм и гравиметрической плотностью 1,45-1,55 г/см³ . Условия способа: при растворении октогена в ε - капролактаме, содержащем 3-10% воды при 100-120°С и массовом соотношении e - капролокатам: октоген 4-5:1, охлаждении раствора до 60-95°С с дозированием в раствор в течение 30-60 мин воды, нагретой до 60-95°С, до содержания воды в растворе 25-35% и дальнейшим охлаждением до 10-25°С со скоростью 0,5-1°С/мин.

1. СПОСОБ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОКТОГЕНА путем его растворения в водном растворе ε - капролактама при нагревании с последующим охлаждением, отличающийся тем, что, с целью получения крупнокристаллического октогена со средним размером частиц 500-1000 мкм и гравиметрической плотностью 1,45 - 1,55 г/см³, октоген растворяют в ε - капролактаме, содержащем 3-10% воды при 100-120^oС и массовом соотношении ε - капролактама и октогена 4 - 5 : 1, раствор охлаждают до 60-95^oС и в него дозируют в течение 30-60 мин воду, нагретую до 60-95^oС, до содержания воды в растворе 25-35%, затем раствор охлаждают до 10-25^oС со скоростью 0,5-1^oС/мин. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью сокращения производственных отходов и защиты окружающей среды, маточный раствор после кристаллизации упаривают до содержания в нем воды 3-10% и вновь используют для кристаллизации, водный конденсат после упаривания раствора используют для промывки октогена после кристаллизации, а промывную воду используют для разбавления раствора на стадии кристаллизации. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью получения октогена, в котором содержание частиц размером менее 500 мкм составляет 5-15%, суспензию после разбавления водой охлаждают до 60^oС, затем нагревают до 80-85^oС и окончательно охлаждают до 10-25^oС. 4. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что, с целью получения октогена с гравиметрической плотностью 1,5 - 1,55 г/см³, суспензию после разбавления водой охлаждают до 60^oС и обрабатывают в роторно-вихревом аппарате 10-40 мин, затем нагревают до 80-85^oС и охлаждают до 10-25^oС.