СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БИСТРИНИТРОЭТИЛЭТИЛЕНДИНИТРАМИНА (ВЕЩЕСТВА "Н") Советский патент 2016 года по МПК C07C241/00 C07C243/02 

Бистринитроэтилэтилендинитрамин (бистетрин, вещество "Н") является одним из наиболее мощных взрывчатых веществ. Наряду с высокими мощностными характеристиками (ТВП - 1680 ккал/кг, Д=9100 м/сек при ρ=1,85 г/см³) это вещество обладает вполне удовлетворительными другими взрывчатыми и физико-химическими свойствами.

Большое число работ, выполненных по изучению свойств вещества "Н" и составов на его основе, показывает, что оно может быть применено в качестве компонента литых и прессованных составов разрывных зарядов для боеприпасов общего и специального назначения. Вещество "Н" может быть применено также в качестве компонента твердого ракетного топлива и термопластичных взрывчатых составов, а также для снаряжения безопасных электроискровых капсюлей-детонаторов.

Ранее было предусмотрено создание опытно-валового производства нового мощного взрывчатого вещества "Н". В проект заложен периодический процесс получения бистринитроэтилэтилендинитрамина через нитроформ и метилольное производное этилендиамина (МПЭДА).

Периодический способ получения вещества "Н" по рекомендованному способу включает в себя следующие основные операции:

1. Приготовление исходных компонентов (метилольного производного этилендиамина, кислотных смесей и рабочей смеси - раствора нитроформа в кислотной смеси).

2. Конденсация рабочей смеси с МПЭДА - получение "пасты".

3. Нитрование пасты - получение вещества "Н"-сырца.

4. Перекристаллизация вещества "Н"-сырца.

5. Сушка, просейка и укупорка готового продукта.

Выход готового продукта по этому способу составляет 65-70% от теоретического по нитроформу (по лабораторным данным).

Основными исходными продуктами для получения вещества "Н" являются нитроформ, этилендиамин и формалин.

Этилендиамин и формалин - широко распространенные химические продукты.

Нитроформ является взрывчатым малостойким продуктом, не подлежащим длительному хранению. Получение нитроформа осуществляется на специальной установке, которая является частью установки получения вещества "Н".

Процесс получения технического нитроформа слагается из следующих основных узлов:

а) узел нитрования ацетилена 98%-ной азотной кислотой с ртутным катализатором;

б) частичная отгонка азотной кислоты, окислов азота и тетранитрометана из нитромассы и подача их на циркуляцию в системе;

в) вакуум-дистилляция полученной нитромассы с целью выделения 90-95% технического нитроформа.

Этот процесс получения является опасным, так как предусматривает получение концентрированного нитроформа и малостойкого взрывчатого вещества. Выход нитроформа на стадии вакуум-дистилляции составляет 80-85% от общего количества, содержащегося в нитромассе.

Процесс вакуум-дистилляции нитроформа является процессом трудоемким и весьма чувствительным к малейшим нарушениям. Так, небольшие изменения в составе нитромассы или в ее дозировке приводят к нарушению расслоения в конденсате и нитроформ не выделяется. Нарушения теплового режима часто приводят к замерзанию нитроформа в конденсаторе. В процессе образуется большое количество 52-55% азотной кислоты, в количестве 12-14 т на 1 т нитроформа, подлежащей регенерации.

Сразу же после получения 90-95% нитроформ используется для приготовления рабочей смеси, идущей на стадию пастообразования в процессе получения вещества "Н". Таким образом, общий выход вещества "Н" составляет 52-57% от теоретического по нитроформу, полученного на стадии нитрования ацетилена.

Предлагаемый способ получения вещества "Н" предусматривает приготовление рабочей смеси непосредственно из нитромассы после нитрования ацетилена, азотной кислотой и отгонки части азотной кислоты, тетранитрометана и окислов азота.

В результате нитрования ацетилена азотной кислотой, содержащей окислы азота и тетранитрометан, и отгонки части азотной кислоты, тетранитрометана и окислов азота получается нитромасса следующего состава:

по лабораторным данным:   HNO₃ 46-50% N₂O₄ 0,5-1,0% HC(NO₂)₃ 28-32% H₂C₂O₄ 2,0-2,6% Hg(NO₃)₂ 0,03-0,04%.

Такая нитромасса путем добавления необходимого количества воды, азотной кислоты, или воды, азотной и серной кислоты может быть использована в качестве рабочей смеси для получения вещества "Н".

Процесс получения вещества "Н" из нитромассы после нитрования ацетилена может быть осуществлен как по существующему способу, так и через нейтрализованное МПЭДА серной кислотой (см. авт. свид. № 1841127, заявка №973189 от 15.04.66 г.). Способ может быть оформлен периодически и непрерывно.

Рабочая смесь, использующаяся для получения вещества "Н" периодическим способом через стадию нейтрализации, приготовленная из нитромассы должна иметь состав:

HNO₃ 48-50% HC(NO₂)₃ 25-26% N₂O₄ 0-1% H₂C₂O₄ 1,0-2,5% Hg(NO₃)₂ 0,3-0,04%,

а для получения вещества "Н" непрерывным способом состав рабочей смеси следующий:

HNO₃ 50-52% HC(NO₂)₃ 20-21% N₂O₄ 0-1% H₂C₂O₄ 1,0-2,5% Hg(NO₃)₂ 0,03-0,04%.

ПРИМЕР

В результате нитрования ацетилена азотной кислотой и отгонки части азотной кислоты, окислов азота и тетранитрометана получена нитромасса следующего состава:

HNO₃ 47,4% HC(NO₂)₃ 32,4% N₂O₄ нет H₂C₂O₄ 2,5% Hg(NO₃)₂ 0,03%.

В эту нитромассу было добавлено расчетное количество азотной кислоты и воды и была получена рабочая смесь следующего состава:

HNO₃ 49,4% HC(NO₂)₃ 25,3% H₂C₂O₄ 1,84% N₂O₄ 0,25% Hg(NO₃)₂ 0,03%.

Эта рабочая смесь использовалась для получения вещества "Н" по следующей методике.

В аппарат, снабженный мешалкой и термометром, заливается 90% серная кислота и при температуре 4-8°C дозируется 45% водный раствор МПЭДА с 5% ОП-10. Дозировка осуществляется в течение 15 минут. Затем при той же температуре дозируется 10-15 минут рабочая смесь.

По окончании дозировки рабочей смеси дается выдержка при 4-8°C не менее 2 часов. Полученная паста затем дозируется в аппарат-нитратор, куда предварительно заливается нитросмесь состава: 65% HNO₃, 35% H₂SO₄ (или 75% HNO₃, 25% H₂SO₄). Время дозировки пасты - 15 минут, температура 18-20°С. Затем проводится часовая выдержка при 30-35°C, продукт отжимается от отработанной кислоты и промывается водой до нейтральной реакции. Сырец перекристаллизовывается из ацетона по существующему способу.

Расход компонентов определяется следующими соотношениями:

На 1 вес.ч. 100% нитроформа, введенного с рабочей смесью, расходуется:

90% H₂SO₄ - 1,1 вес.ч.

45% МПЭДА с ОП-10 - 1,05-1,06 вес.ч.

нитросмеси:

(65% HNO₃, 35% H₂SO₄) - 15 вес.ч.

или 75% HNO₃, 25% H₂SO₄ - 17-18 вес.ч.

Выход вещества "Н" составляет 60-65% от теоретического по нитроформу. Продукт удовлетворяет требованиям ОПТУ 582-59. Способ получения бистринитроэтилэтилендинитрамина (вещества "Н") непосредственно из нитромассы после нитрования ацетилена до настоящего времени не был известен.

Применение нитромассы после нитрования ацетилена для приготовления рабочей смеси в процессе получения вещества "Н" позволяет исключить трудоемкую и опасную операцию вакуум-дистилляции с целью получения концентрированного нитроформа. Это дает возможность сократить расход пара и уменьшить вакуумное хозяйство установки получения нитроформа. Способ дает возможность сократить количество отработанной азотной кислоты, поступающей на регенерацию от производства вещества "Н" на 12-14 т (на 1 т вещества "Н"), так как почти вся отработанная кислота производства нитроформа поступает на стадию пастообразования. Уменьшается также расход азотной кислоты в производстве вещества "Н" на 3,0 т (на 1 т вещества "Н"), так как расход азотной кислоты для приготовления рабочей смеси резко сокращается.

Кроме того, выход вещества "Н" по нитроформу, полученному при нитровании ацетилена по предлагаемому способу, на 5-10% выше, чем по существующему, так как исключаются потери нитроформа, связанные с вакуум-дистилляцией.

Авторами изучались взрывчатые свойства получаемой нитромассы после отгонки части азотной кислоты и ее стойкость. Опыты показали, что нитромасса с содержанием нитроформа 35% не чувствительна к действию промежуточного детонатора. При хранении нитромассы в летних условиях в течение 2-х месяцев концентрация нитроформа заметно не изменялась. Следовательно, нитромасса достаточно стойка и безопасна. Также прорабатывался вопрос регенерации ртути при получении вещества "Н" по предлагаемому способу. Каких-либо изменений в процессе регенерации ртути метод не вносит.

Таким образом, новизна, полезность и практическая осуществимость предлагаемого способа получения вещества "Н" очевидны.

Изобретение относится к способу получения бистринитроэтилэтилендинитрамина (вещества "Н"), применяемого в различных взрывчатых составах. Предлагаемый способ получения бистринитроэтилэтилендинитрамина осуществляют путем обработки метилольного производного этилендиамина нитроформом с последующей нитрацией полученной выше пасты серно-азотной кислотной смесью. При этом с целью устранения опасной операции вакуум-дистилляции нитроформа последний берут в виде нитромассы, состоящей из HNO₃ (49,4%), НС(NO₂)₃ (25,3%), H₂C₂O₄ (1,84%), N₂O₄ (0,25%), Hg(NO₃)₂ (0,03%), полученной после нитрации ацетилена, с последующими отгонкой части окислов азота и тетранитрометана и добавлением расчетного количества воды и азотной кислоты. Способ позволяет исключить трудоемкую и опасную операцию вакуум-дистилляции при получении концентрированного нитроформа, а также уменьшить расход азотной кислоты, и повысит выход продукта. 1 пр.

Способ получения вещества "Н", отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода сокращения расхода азотной кислоты, а также упрощения процесса получения нитроформа и его безопасности, рабочая смесь приготавливается непосредственно из нитромассы после нитрования ацетилена и отгонки части азотной кислоты, тетранитрометана и окислов азота.