При осуществлении описанного в патенте №9174 способа непревывной нитрации ароматических соединений, взятых в парообразном состоянии в смеси с воздухом или инертными газами, было замечено, что происходит испарение воды из нитрационной смеси. Количество теплоты, выделяющейся во время реакции нитрования, достаточно велико, чтобы обеспечить испарение всей воды, выделяющейся при реакции.
На основании этого наблюдения в предлагаемом способе применена такая дозировка состава нитрационной смеси и состава газопаровой смеси, пропускаемой через нитрационную смесь, чтобы вся образующаяся в процессе нитрации вода и вода, вводимая с азотной кислотой, могла быть испарена и унесена током воздуха или инертного газа, уходящим из нитрационного аппарата. Опыты показали, что при нитрации бензола до мононитробензола, нитрационная смесь должна содержать около 35% воды, чтобы можно было непрерывно отгонять током воздуха всю вновь образующуюся воду, не доводя при этом температуру внутри нитрационного сосуда выше 80°С.
Нитрация в парах при помощи разбавленных нитрационных смесей представляет ту особенность, что при этом не наблюдается процессов осмоления, которые так обычны при обыкновенной нитрации и обусловливают темную окраску кислотного слоя. При нитрации в парах кислотный слой остается светлым и прозрачным весьма продолжительное время. Это устраняет необходимость смены серной кислоты, если только достигнуто постоянство ее концентрации путем отгонки образующейся воды и воды, вводимой с новыми порциями азотной кислоты.
Однако, при осуществлении способа нитрации с одновременной отгонкой воды было замечено, что вместе с водяными парами ток воздуха уносит пары азотной кислоты. Потеря азотной кислоты этим путем оказывалась довольно значительной, в особенности, при повышении температуры нитрации. Азотную кислоту можно улавливать из газового потока при помощи сильного охлаждения или промывки газов, но при этом азотная кислота конденсируется вместе с водяными парами в виде очень разбавленных растворов, которые имеют весьма малую ценность. Для борьбы с этим явлением отгонки из нитрационной смеси метод непрерывной нитрации был модифицирован таким образом, чтобы в самом реакционном сосуде создались условия, благоприятные для улавливания паров азотной кислоты, попавших в газовую фазу.
На чертеже изображена схема предлагаемого устройства для непрерывного получения ароматических нитросоединений.
Нитрационная колонна А снабжена несколькими горизонтальными дырчатыми перегородками для более тесного перемешивания газа и жидкости. В нижнюю часть колонны непрерывно накачивается через патрубок О′ свежая нитрационная смесь. Патрубок L′ предназначен для впуска воздуха или инертного газа, карбурированного парами нитруемых органических соединений. Газовый поток, распределенный при помощи дырчатых труб на множество пузырьков, вспенивает жидкость и подвигается вместе с жидкостью в верхнюю часть нитрационной колонны. В предлагаемом устройстве осуществлено параллельное течение газового и жидкого потоков вместо обычного встречного течения, применяемого при обработке газовой фазы жидкостью. Этот прием обработки не встречными, а параллельными токами имеет существенное значение для предупреждения потерь азотной кислоты, ибо в верхних частях нитрационного аппарата, там, где происходит разделение газообразной и жидкой фаз, последняя оказывается уже почти лишенной азотной кислоты, израсходованной на нитрацию.
В верхней части нитрационной колонны установлена сточная труба М, по которой жидкость сливается в отстойник-разделитель Е, где происходит расслаивание нитропродукта и отработанной кислоты. Отделившаяся серная кислота снова засасывается в нижнюю часть нитрационной колонны, по трубе О, при чем на пути к колонне к ней примешивается, при помощи смесителя Q, необходимое количество свежей азотной кислоты. Из верхней части G отстойника-разделителя непрерывно вытекает жидкий слой нитропродукта или суспензия твердых кристаллов.
В верхней части нитрационной колонны, там, где происходит разделение жидкой и газообразной фазы, установлены брызгоуловители для возможно полного освобождения газового потока от капелек жидкости. Газовый поток уносит с собою всю выпаренную воду и небольшое количество паров как соединения взятого для нитрации, так и нитропродукта. Газ, по выходе из нитрационной колонны, направляется в холодильник-конденсатор D, где и происходит осаждение воды вместе с частью органических примесей. Осушенный таким образом газ направляется обратно в карбуратор В и оттуда в нитрационную колонну.
В предлагаемом устройстве одновременно работают два замкнутых цикла: с одной стороны - серная кислота, к которой добавляется азотная кислота, потребляемая во время нитрации, а с другой стороны - воздух или инертный газ, к которому добавляется органическое соединение, идущее на нитрацию. Готовый нитропродукт непрерывно вытекает из разделительного отстойника Е, а вода, образовавшаяся при нитрации, непрерывно вытекает из холодильника-конденсатора D, установленного на пути газового потока. В силу замкнутости обоих потоков нет оснований ожидать потерь как исходного материала, так и готового нитропродукта. Отходы, собираемые вместе с конденсатором из газовой фазы, не настолько разбавлены жидкостью, чтобы их нельзя было переработать для выделения органических соединений.
1. Прием выполнения, описанного в патенте №9174 способа получения ароматических нитросоединений путем обработки нитрационною смесью паров ароматических соединений в смеси с воздухом или инертным газом, отличающийся тем, что пары нитруемых соединений смешивают с таким количеством воздуха или инертного газа, чтобы обеспечить испарение из кислотной смеси всей или большей части воды, образующейся при нитрации.
2. Прием выполнения способа, согласно п. 1, отличающийся тем, что с целью уменьшения потерь азотной кислоты, нитрационную смесь вводят в нижнюю часть нитрационного аппарата параллельно движению парогазового потока.
3. Устройство для выполнения способа согласно п.п. 1-2, отличающееся применением нитрационной колонны А, снабженной в нижней части патрубком L′ для впуска карбурированного газа и патрубком О′ для впуска нитрационной смеси, предназначенной для выпуска жидкости, отделенной от газа, сточной трубы M, присоединенной к отстойнику-разделителю, снабженному трубой О для отвода кислоты через насос и смеситель Q обратно в нитрационную колонну.
4. В устройстве, означенном в п. 3, применение холодильника-конденсатора D для выделения из газового потока воды, выпаренной из нитрационной смеси.
5. В устройстве, означенном в п.п. 3 и 4, применение дырчатых перегородок в нитрационной колонне для вспенивания жидкости.
