Спосіб отримання нітрометану
Запропоновано спосіб отримання нітрометану шляхом взаємодії розчину монохлорацетата натрію з розчином нітриту натрію у водному середовищі при підвищеній температурі в дві стадії. На першій стадії підтримують рН 3,5-4,5, а на другій стадії водний розчин нітрометану піддають прямий перегонці з відділенням нітрометану в сепараторі. Технічний результат: зниження енергоємності за рахунок проведення двох стадій на одному обладнанні, доступність сировини, збільшення виходу нітрометану. 2 з.п. ф-ли, 2 мул.
Винахід відноситься до технології органічних з'єднанні, а саме до розробки способу отримання нітрометану, який широко використовується як напівпродукт в хімічній і фармацевтичній промисловості, а також як добавка до палива для форсованих двигунів.
Найбільш відомим і широко застосовуваним на практиці методом отримання нітрометану є взаємодія хлоруксусной кислоти і нітриту натрію у водному середовищі і при підвищеній температурі. Це метод Кольбе (Е.Ю.Орлова. «Керівництво до лабораторних робіт з органічної хімії», М. 1969 стор.241).
Процес здійснюють у такий спосіб. До водного розчину хлоруксусной кислоти додають лужний агент (вуглекислий натрій, вуглекислий калій, аміак і т.д.) до повної нейтралізації хлоруксусной кислоти. До отриманої маси додається водний розчин нітриту натрію, і суміш компонентів поступово нагрівається до початку відгону нітрометану. При 80-85 # x000B0; С, як тільки починають виділятися бульбашки вуглекислого газу, підігрів припиняють. При цій температурі реакція триває без зовнішнього підігріву, і утворюється нитрометан відганяється з водою у вигляді важких маслянистих крапель. У міру відгону температура підвищується до 100 # x000B0; С. Лужне середовище, що виникає в ході реакції, призводить до зниження виходу нітрометану, що є недоліком описаного вище способу. Вихід нітрометану становить не більше 40% від теорії.
Недоліками даного способу (прототипу) є наступне:
1. При веденні процесу синтезу нітрометану в реакторі утворюються оксиди азоту, які через ежекцію виводяться з реактора і надходять на абсорбційну установку для їх вилову і нейтралізації, тобто потрібні додаткові енерговитрати, обладнання, витрати на утилізацію утворюється кислоти.
2. Отриманий у такий спосіб нитрометан має дуже кисле середовище (рН = 1-2) і не може бути використаний як добавка до палив для форсованих і авіамодельних двигунів. Для його нейтралізації потрібні додаткові лужні реагенти, обладнання, енерговитрати.
Метою пропонованого винаходу є: отримання нітрометану простим, екологічно безпечним способом, з найменшими енерговитратами і з виходом нітрометану 50-55%.
Для досягнення такого технічного результату нитрометан отримують шляхом взаємодії монохлорацетата натрію з нітритом натрію у водному середовищі при підвищеній температурі в дві стадії. На першій стадії водний розчин монохлорацетата натрію дозують в водний розчин нітриту натрію і безперервно відганяють утворюється водний розчин нітрометану і потім відразу ж стабілізують його ортофосфорної кислотою до рН 3,5-4,5, а на другій стадії водний розчин нітрометану піддають прямий перегонці з відділенням нітрометану в сепараторі. Розчинність нітрометану в 100 вагових частинах води 9,5 г (при 20 # x000B0; C), 12,2 г (при 60 # x000B0; С).
Синтез нітрометану проводять шляхом дозування розчину ацетату натрію в розчин нітриту натрію, при підвищеній температурі з одночасною отгонкой нітрометану у вигляді водного розчину при температурі в кубі 100-110 # x000B0; С, потім проводять його пряму перегонку при температурі в кубі 80-100 # x000B0 ; С, при цьому нитрометан відділяється від води в сепараторі. Отриманий після сепаратора нитрометан стабілізують ортофосфорної кислотою до рН-4,7-5,2 і осушують силікагелем або ортофосфорної кислотою до вмісту в ньому вологи 0,01-1,0% мас.
Проведення синтезу нітрометану в дві стадії дозволяє безперервно відганяти що утворюється водний розчин нітрометану, не даючи необоротно розкластися нітрометаном в лужному середовищі, стабілізувати його ортофосфорної кислотою (перевести в подкисленное стан) до рН 3,5-4,5. При рН менше 3,5 збільшується витрата ортофосфорної кислоти, а стабільність залишається колишньою. При рН більше 4,5 стабільність нітрометану недостатня.
Для реалізації заявляється способу використовують існуюче серійне обладнання.
Запропонований спосіб отримання ніторометана перевірений практично, схематично показаний на кресленнях (фіг.1, фіг.2) і включає наступні стадії.
1. Приготування водного розчину монохлорацетата натрію.
В апараті приготування розчину ацетату натрію з 300 л артезіанської води і 150 кг монохлорацетата натрію приготували розчин.
2. Приготування водного розчину нітриту натрію.
В апараті приготування розчину нітриту натрію з 260 л артезіанської води і 100 кг нітриту натрію приготували розчин нітриту натрію. Перед синтезом розчин зливають в реактор синтезу.
У розчин нітриту натрію, попередньо підігрітий до 101-103 # x000B0; С, сдозіровалі розчин монохлорацетата натрію. Через 15-20 хвилин з моменту початку дозування монохлорацетата натрію почалася отгонка з реактора парів водного розчину нітрометану, в ході дозування робоча температура в реакторі встановилася в межах 101-110 # x000B0; С. Регулюючи температуру в реакторі, досягли повного виведення нітрометану з реакційної маси. Після конденсації в холодильнику водний розчин нітрометану зібрали в збірнику водного розчину, де піддали негайної стабілізації (підкислення ортофосфорної кислотою до рН 3,5-4,5).
Стабілізацію (підкислення ортофосфорної кислотою) нітрометану і водного розчину нітрометану виробляють відразу ж при проведенні синтезу і прямий перегонки, тому що в лужному середовищі відбувається необоротне розкладання нітрометану.
Після того як водний розчин нітрометану стабілізували, його можна накопичувати, зберігати або піддати перегонці з отриманням нітрометану.
4. Отгонка водного шару.
Перегонку водного розчину нітрометану проводили на тому ж обладнанні, що і синтез, з використанням сепаратора для відділення нітрометану.
Водний шар піддали перегонці в апараті для перегонки (він же реактор на 1 стадії синтезу) з отриманням нітрометану-сирцю, водного шару і кубового залишку. Пряму перегонку проводили при температурі в кубі 80-100 # x000B0; С.
Нітрометан, отриманий в результаті відгону водного розчину, стабілізували ортофосфорної кислотою до рН 4,7-5,2 і осушили силікагелем або ортофосфорної кислотою до вмісту в ньому вологи 0,01-1,0% мас.
Переваги даного способу отримання нітрометану:
1. Просте апаратурнеоформлення (обидві стадії технологічного процесу проводяться на одному обладнанні), низька енергоємність, доступність сировини, тому що всі сировину проводиться вУкаіни.
2. Отриманий нитрометан не має домішок, крім води, що не вимагає його подальшого очищення шляхом складної ректифікації. Воду видаляють до змісту 0,5-1% мас. пропускаючи його через силікагель, при необхідності отримання нітрометану з вологою 0,01-0,4% мас. його осушують ортофосфорної кислотою, яка потім відділяється і використовується в подальшому для стабілізації водного розчину нітрометану при синтезі.
3. За рахунок застосування 2-стадійного процесу нитрометан, що утворюється під час синтезу, негайно виводиться з апарату, не встигнувши розкластися в лужному середовищі, за рахунок чого збільшується його вихід до 50-55% від теорії.
1. Спосіб отримання нітрометану шляхом взаємодії розчину монохлорацетата натрію з розчином нітриту натрію у водному середовищі при підвищеній температурі, що відрізняється тим, що на першій стадії водний розчин монохлорацетата натрію дозують в водний розчин нітриту натрію і безперервно відганяють утворився водяний розчин нітрометану, стабілізують його ортофосфорної кислотою до рН 3,5-4,5, а на другій стадії водний розчин нітрометану піддають прямий перегонці з відділенням нітрометану в сепараторі.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що отгонку водного розчину нітрометану ведуть при температурі в кубі 100-110 # x000B0; С, пряму перегонку при температурі в кубі 80-100 # x000B0; С, а отриманий при цьому нитрометан стабілізують ортофосфорної кислотою до рН 4,7-5,2.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що отриманий після сепаратора нитрометан осушують силікагелем або ортофосфорної кислотою до вмісту в ньому вологи 0,01-1,0 мас.%.