СПОСОБ ПЕРЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОКТОГЕНА Российский патент 2009 года по МПК C06B21/00 C06B25/34 

Изобретение относится к технике получения октогена, применяемого в качестве термостойкого взрывчатого вещества в составах различного назначения.

В последнее время значительно возрос интерес к использованию в высокоэнергетических композициях октогена с узким фракционным составом и формой частиц, близкой к изометрической (с соотношением осей 1:1…1:1,5). При оптимальном соотношении фракций продукта в состав композиций удается ввести до 50 мас.% октогена при приемлемых в условиях производства реомеханических свойствах перерабатываемых масс.

Наиболее востребованными являются фракции продукта со средним размером частиц d_cp=150±20 мкм; 50±10 мкм.

В литературе описаны способы получения октогена с различным гранулометрическим составом. Все известные способы получения октогена определенного грансостава получают перекристаллизацией из различных растворов при различных условиях.

В патенте США №2900381 от 1959 г. описывается способ перекристаллизации октогена из водного раствора диметилсульфоксида. Этот способ не имеет в РФ практического применения, т.к. в стране отсутствует производство данного растворителя и, кроме того, процесс регенерации растворителя является весьма энергоемким и дорогостоящим.

Также известен способ получения октогена, описанный в Шведском патенте №2156805 А, 1985. Способ заключается в использовании растворителя γ-бутиролактона. 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 этот способ не может быть реализован.

Наиболее близким по технической сущности является способ перекристаллизации, описанный в патенте РФ №2024495, 1994 г.

Способ заключается в кристаллизации октогена путем его растворения в водном растворе ε-капролактама при нагревании с последующим охлаждением с целью получения кристаллического 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 температуре 100-120°С и массовом соотношении ε-капролактама и октогена 4-5:1, раствор охлаждают до 60-65°С и в него дозируют в течение 30÷60 мин воду, нагретую до 60-95°С, до содержания воды в растворе 25-30%, затем раствор охлаждают до 10÷25°С со скоростью 0,5-1°С/мин. Данный способ предложен для получения октогена с заданным размером частиц. Суспензию после разбавления водой охлаждают до 60°С, а затем нагревают до 80-85°С и окончательно охлаждают до 10-25°С, либо суспензию после разбавления водой охлаждают до 60°С и обрабатывают в роторно-вихревом аппарате 10-40 мин, затем нагревают до 80-85°С и охлаждают до 10÷25°С.

Способ имеет ряд недостатков.

Во-первых, способ предполагает разбавление раствора водой, затем охлаждение и обработку на роторно-вихревом аппарате, а затем опять нагрев и снова охлаждение. Многоступенчатость процесса перекристаллизации приводит к нетехнологичности процесса и к значительным энергозатратам.

Во-вторых, требует после каждого процесса проводить регенерацию растворителя, что также приводит к значительным материальным затратам.

Целью настоящего изобретения является разработка безопасного, экономичного и технологичного способа перекристаллизации с получением β-октогена со средним размером частиц d_cp=150±20 мкм; 50±10 мкм, формой частиц, близкой к изометрической, и кислотностью менее 0,03%.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом способе перекристаллизации октогена путем его частичного растворения в водном растворе капролактама при нагревании с последующим охлаждением октоген, предварительно обработанный на дезинтеграторе до удельной поверхности 2800 - 4000 см²/г, обрабатывают в водном 70%-ном растворе ε-капролактама при температуре 50÷80°С, с массовым соотношением раствор ε-капролактама:октоген 3-10:1 в течение 1-2 часов, а затем охлаждают со скоростью 0,2-0,8°С/мин до температуры 10÷25°С. Полученный октоген отфильтровывают от маточника, промывают водой и сушат. Маточный раствор ε-капролактама используется на последующих операциях обработки октогена без регенерации. На регенерацию раствор ε-капролактама направляется в случае накопления в нем значительного количества примесей, которые могут оказать влияние на качество октогена.

Сущность данного способа заключается в том, что октоген-сырец после синтеза имеет внутрикристаллическую кислотность, что не допускается. И исключить ее позволяет обработка водной суспензии октогена в дезинтеграторе. При измельчении продукта в дезинтеграторе происходит разлом кристаллов и высвобождение внутрикристаллической кислотности. Такая обработка позволяет иметь кислотность продукта не более 0,03%, что соответствует нормативной документации. Измельченный на дезинтеграторе октоген не должен быть по удельной поверхности ниже 2800 см²/г, т.к. в этом случае при дальнейшей обработке получится продукт по гранулометрическому составу крупнее 250 мкм, и удельной поверхностью не выше 4000 см²/г, чтобы не образовывалось большое количество октогена мелкой фракции. Использование 70%-ного водного раствора ε-капролактама для обработки октогена обусловлено тем, что растворимость октогена в данном растворе колеблется от 0,6% при температуре 20°С до 4,9% при 80°С, что позволяет контролированно растворять необходимое количество октогена, а поскольку в первую очередь растворяется мелкий продукт, тем самым сужается диапазон по размеру частиц. Изменяя температуру нагрева и модуль, а также скорость охлаждения, можно управлять ростом оставшихся в суспензии кристаллов и соответственно более тонко регулировать гранулометрический состав октогена. Изменением времени выдержки от 1 до 2 часов удается получить кристалл, наиболее близкий к равноосной форме.

Описанный выше способ перекристаллизации октогена позволил получить β-октоген с размером частиц от 5 до 250 мкм.

Предлагаемый способ с положительным результатом был проведен в лабораторных условиях, качество октогена определялось следующими методами: гранулометрический состав методом "мокрого" рассева на приборе "Сигма", удельная поверхность определялась на приборе ПСХ-4. Дефектность кристаллов октогена оценивалась по содержанию газожидкостных включений, которые не должны превышать 0,06%. Кислотность определяли методом неводного титрования, которая не должна превышать 0,03%.

Для проведения серии опытов по перекристаллизации были наработаны образцы октогена с удельной поверхностью 2800-4000 см²/г.

Пример 1. 250 г октогена-сырца загружалось в 1 л воды и перемешивалось в течение 15-20 минут. Приготовленная суспензия непрерывно дозировалась в дезинтегратор, число оборотов двигателей, вращающих диски, выставлялось равным 100 сек^-1. По окончании обработки суспензия фильтровалась, промывалась чистой водой и сушилась. Выход готового продукта 248,75 г. Удельная поверхность 2850 cм²/г. Кислотность продукта 0,02%.

Пример 2. В лабораторный кристаллизатор емкостью 250 мл с мешалкой и термометром загружалось 100 г 70%-ного раствора ε-капролактама и 10 г октогена с удельной поверхностью 4000 см²/г, суспензия нагревалась через рубашку кристаллизатора термостатом до 60°С, давалась выдержка в течение одного часа и затем охлаждалась со скоростью 0,7°С/мин до 20°С, кристаллы октогена отфильтровывались, промывались водой и высушивались. Выход готового продукта 9,8 г.

Грансостав: % + 250 мкм + 160+100+50-50 1,4% 1,5% 5,3% 25,4% 66,4%. Газожидкостные включения 0,06%. Кислотность 0,01%.

Пример 3. В лабораторный кристаллизатор емкостью 250 мл с мешалкой и термометром загружалось 100 г 70%-ного раствора ε-капролактама и 20 г октогена с удельной поверхностью 4000 см²/г, суспензия нагревалась через рубашку кристаллизатора термостатом до 50°С, давалась выдержка в течение 2 часов, затем охлаждалась со скоростью 0,25°С/мин до 20°С, кристаллы октогена отфильтровывались, промывались водой и высушивались. Выход готового продукта 19,4 г.

Грансостав: % + 250 мкм + 160+100+50-50 0,1% 1,3% 3,8% 36,0% 58,8%. Газожидкостные включения 0,06%. Кислотность 0,024%.

Пример 4. В лабораторный кристаллизатор емкостью 250 мл с мешалкой и термометром загружалось 100 г 70%-ного раствора ε-капролактама и 33 г октогена с удельной поверхностью 2850 см²/г, суспензия нагревалась через рубашку кристаллизатора термостатом до 80°С, давалась выдержка в течение 2 часов, затем охлаждалась со скоростью 0,35°С/мин до 20°С, кристаллы октогена отфильтровывались, промывались водой и высушивались. Выход готового продукта 32,5 г.

Грансостав: % + 250 мкм + 160+100+50-50 0,1% 62,0% 28,1% 2,8% 7,0%. Газожидкостные включения 0,06%. Кислотность 0,017%.

Как видно из приведенных примеров, описанный способ перекристаллизации октогена позволяет технологично и экономично получать β-октоген необходимых фракций со средним размером частиц d_cp=150±20 мкм и 50±10 мкм, кислотностью менее 0,03%.

Настоящее изобретение относится к способу перекристаллизации октогена путем его частичного растворения в водном растворе ε-капролактама при нагревании с последующим охлаждением, отличающемуся тем, что октоген, предварительно обработанный на дезинтеграторе до удельной поверхности 2800 - 4000 см²/г, обрабатывают в 70%-ном водном растворе ε-капролактама при массовом соотношении раствора ε-капролактама и октогена 3-10:1, нагревают до температуры 50÷80°С, дают выдержку, затем охлаждают до 10÷25°С. Указанный способ перекристаллизации октогена позволяет технологично и экономично получать β-октоген необходимых фракций со средним размером частиц d_cp=150±20 мкм и 50±10 мкм, кислотностью менее 0,03%. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ перекристаллизации октогена путем его частичного растворения в водном растворе ε-капролактама при нагревании с последующим охлаждением, отличающийся тем, что октоген, предварительно обработанный на дезинтеграторе до удельной поверхности 2800 см²/г - 4000 см²/г, обрабатывают в 70%-ном водном растворе ε-капролактама при массовом соотношении раствора ε-капролактама и октогена 3-10:1, нагревают до температуры 50÷80°С, дают выдержку, затем охлаждают до 10÷25°С.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выдержку при температуре 50÷80°С проводят в течение от 1 до 2 ч.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что маточный 70%-ный водный раствор ε-капролактама после обработки октогена используют на следующих операциях до накопления нежелательных примесей, а затем отправляют на регенерацию.