На головну

Состав и основные физико-химические свойства нитротолуола.

  1. Event-менеджмент - понятие, основные методы.
  2. I. Основные богословские положения
  3. I. ОСНОВНЫЕ БОГОСЛОВСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  4. I. Основные задачи и направления работы библиотеки
  5. I. Основные лингвистические источники.
  6. I. Основные права граждан
  7. II. Основные определения

1. АКТУАЛЬНІСТЬ, ПАРАМЕТРИ І ФОРМИ АДАПТАЦІЇ УСТАТКУВАННЯ ДО ЗАДАНОГО ОБСЯГУ РОБОТИ.

2. КРИТЕРІЙ ТА МЕХАНІЗМ АДАПТАЦІЇ.

3. ВИБІР ФОРМИ ПРИДБАННЯ УСТАТКУВАННЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ВИТРАТ.

 

 

1. АКТУАЛЬНІСТЬ, ПАРАМЕТРИ І ФОРМИ АДАПТАЦІЇ УСТАТКУВАННЯ ДО ЗАДАНОГО ОБЛЯГУ РОБОТИ.

Операційна система підприємства не може постійно функціонувати в одному й тому самому режимі. Необхідність зміни параметрів системи виникає з різних причин, серед яких особливе місце займає фактор зміни рівня зайнятості.

У зв'язку з цим природно постає завдання пристосування операційної системи до виконання заданого обсягу роботи шляхом установлення відповідних параметрів (кількість одиниць обладнання, час та інтенсивність його використання). Розгляд окремих положень цього питання, яке в цілому досить повно і детально досліджено Гюнтером Фанделем, буде здійснено на основі виробничої функції Гутенберга.

Застосовувані ресурси, такі як засоби праці, робоча сила, фізично до продукту не входять, не складають його матеріально-речову основу. Вони являють собою елементи виробництва, які здійснюють вплив на предмет праці у формі виконання операцій чи одиниць роботи, які загалом пропорційні обсягу кінцевої продукції, що виробляється. Обсяг роботи, виконуваної певним засобом праці, залежить від часу та інтенсивності його використання. Під інтенсивністю використання засобів праці ми розуміємо обсяг роботи (кількість операцій, кількість деяких, іншим чином визначених, одиниць роботи), що виконується засобами праці за одиницю часу. Останні умови, як правило, можуть варіювати у визначених межах, що дає змогу змінювати обсяг виконуваної роботи.

Якщо на підприємстві для виготовлення кінцевого продукту є функціонально одинакові машини одного й того самого виду, то при використанні машин з однаковим часом та інтенсивністю роботи одержимо кінцеву продукцію.

Отже стає питання, які форми адаптації можуть бути використані підприємством при зміні зайнятості його операційної системи.

Якщо значення показників кількості агрегатів і часу їх роботи задані та незмінні, то запланований обсяг роботи може досягатися шляхом зміни інтенсивності роботи машин. У цьому разі має місце адаптація машин до заданого рівня зайнятості за інтенсивністю. Зміна інтенсивності може відбуватися тільки в межах нижньої і верхньої границі відповідно до технічних характеристик агрегатів.

При заданих і незмінних кількості агрегатів та інтенсивності їх використання варіюватися може час роботи. У цьому випадку говорять про адаптацію до зміни обсягу випуску кінцевої продукції за часом роботи. Регулювання часу роботи також може здійснюватися в проміжку між мінімальною та максимальною величинами.

Якщо задані і незмінні інтенсивність і час роботи, використовуватися може різна кількість агрегатів. У цьому випадку йде про адаптацію до зміни обсягу виробництва за кількістю агрегатів.

Верхня межа кількості агрегатів визначається числом наявних на підприємстві агрегатів одного і того самого функціонального призначення.

У господарській практиці часто мають місце змішані форми адаптації.

У випадку , коли при зміні обсягу кінцевої продукції визначається не тільки необхідна кількість агрегатів, а й порядок їх уведення і виведення з процесу виробництва, що зумовлено відмінностями у витратах для машин одного функціонального виду, то має місце так звана селективна адаптація. Якщо ж обсяг випуску змінюється шляхом переналагодження обладнання на інший метод виробництва, то мова йде про мутативну адаптацію.

 

12.2. КРИТЕРІЙ ТА МЕХАНІЗМ АДАПТАЦІЇ

Питання адаптації оперативної системи підприємства до зміни обсягу зайнятості досі вивчалося нами лише в технічному аспекті. Розглядались технічно можливі досягнення заданих обсягів роботи, кожен з яких характеризувався певною кількістю одиниць обладнання, часом та інтенсивністю його використання. Розглянемо питання пов'язані з економічною ефективністю процесу адаптації. Процес адаптації вважається економічно ефективним, або оптимальним, якщо з усіх технічно можливих варіантів він виявляється найдешевшим для підприємства, тобто загальні витрати, що пов'язані з випуском заданої кількості кінцевої продукції, є мінімальними. Задача оптимальної адаптації агрегатів за критерієм мінімуму витрат на даний момент не має вичерпного розв'язку.

Припустимо, що при виготовленні продукції використовується функціонально різних типів агрегатів. Для використання роботи в розпорядженні підприємства є тільки одна машина кожного типу.

У свою чергу, постійні витрати виробництва можна зобразити як суму загальних витрат, необхідних для підтримування виробничої готовності підприємства, та загальних витрат, пов'язаних з використанням засобів праці (агрегатів). Останні можна подати у вигляді суми витрат на використання та експлуатацію для окремих груп агрегатів залежно від їх функціонального типу (у нашому випадку в кожну групу входить по одній машині). норма витрат взагалі кажучи не є величиною постійною. Вона залежить від технічних параметрів роботи агрегату, серед яких особливе місце займає інтенсивність його використання. Припускаючи всі технічні параметри роботи агрегату за винятком інтенсивності незмінними, норму витрат можна вважати величиною, залежною лише від інтенсивності.

Загальні витрати виробництва будуть мінімальними для даного обсягу випуску, якщо будуть мінімальними витрати на ресурси, що споживаються, за всіма типами агрегатів.

Через те, що в даній задачі є тільки одна машина кожного функціонального типу, то в межах типу агрегату, який застосовується, немає кількісної адаптації. Це означає, що мінімізація загальних витрат виробництва заданого обсягу випуску здійсненна шляхом оптимального вибору величини часу роботи та інтенсивності використання, за яких витрати на ресурси, що споживаються, по кожному агрегату і є найменшими.

Другий етап основної оптимізації може здійснюватися двома шляхами. Перший шлях базується на функціях граничних витрат, а другий використовує метод динамічного програмування. Далі, в продовження запропонованого прикладу, детально викладається процес оптимальної адаптації за допомогою функцій граничних витрат.

Сформульована раніше задача адаптації агрегатів з різними витратами за їх кількістю, часом та інтенсивністю роботи не припускає постійних витрат, пов'язаних з роботою засобів праці. Через те, що на проміжку адаптації за часом функції витрат машин мають лінійних характер, то на ній граничні витрати обладнання зі збільшенням обсягів випуску постійні. На проміжку ж адаптації за інтенсивністю граничні витрати машин збільшуються, що пов'язано з особливостями функції витрат на одиницю продукції для цього проміжку.

Отже, розподіл виробництва продукції з мінімальними витратами здійснюється так. Спочатку потрібно завантажити агрегат з найменшими граничними витратами. Обсяг випуску, що закріпляється за ним, можна збільшувати доти, доки дозволяє його потужність, а граничні витрати не перевищують найменших граничних витрат якого-небудь іншого агрегату при адаптації за часом. Коли остання умова гне виконується, завантажується відповідний агрегат з найменшими граничними витратами. Таким чином виробництво продукції розподіляється між машинами в порядку менших витрат у межах їх потужності.

Сутність методу динамічного програмування для комбінованої адаптації до заданого обсягу випуску полягає в тому, щоб послідовно розподілити його виробництво між наявними агрегатами на частини. Критерієм оптимізації в цьому випадку є загальні витрати виробництва. Кожний етап оптимізації здійснюється включенням у розрахунок наступного агрегату.

 

 

12.3 ВИБІР ФОРМИ ПРИДБАННЯ УСТАТКУВАННЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ВИТРАТ

Надмірне число агрегатів призводить до додаткових витрат, пов'язаних з їх неповним завантаженням. З іншого боку, менше число машин може стати в якийсь момент причиною недоодержання підприємством вигод унаслідок утрати замовлень через уже повне завантаження його операційної системи.

Для з'ясування всіх наслідків для підприємства, пов'язаних зі зміною кількості машин, що використовуються у виробництві, інформації про замовлення, ціни на кінцеву продукцію та ті витрати на її виготовлення, які визначаються виходячи з адаптаційних можливостей, сформульованих і розглянутих вище, ще недостатньо. Це пов'язано з наявністю різних форм відчуження та залучення обладнання для операційної системи підприємства. Такими формами можуть бути, наприклад, відповідно здача машин в оренду, їх продаж або ж придбання обладнання за допомогою лізингу, купівлі. Причому кожна з наведених форм залучення (відчуження) обладнання містить у собі цілий набір можливих її варіантів залежно від значень параметрів, які становлять зміст цієї форми.

Вибір того чи іншого варіанта придбання обладнання пов'язаний з оцінкою приведених до теперішнього часу витрат по кожній альтернативі. Перевага природно, віддається тій із них, що пов'язана з меншими витратами.

Як можливі форми придбання машин підприємством розглянемо варіанти купівлі обладнання з використанням для цього фінансового кредиту банку й одержання машин у результаті здійснення лізингової операції. Порівняльна оцінка вказаних варіантів одержання обладнання за критерієм мінімуму приведених до теперішнього часу витрат потребує вивчення структури та методу нарахування грошових платежів для кожного з них.

Відплив грошових коштів, пов'язаний із купівлею обладнання за допомогою фінансового кредиту банку, містить у собі як складові елементи суми, які погашають заборгованість за кредитом, та суми, що виплачується кредитору як плата за одержаний кредит. Остання складова встановлюється в процентах від суми кредиту за певний період (місяць, рік) користування ними. Погашення кредиту і нарахованих за ним процентів здійснюється у порядку, який установлюється сторонами при укладені угоди про надання кредиту. Розмір процентних ставок установлюється банком і визначається в кредитному договорі залежно від кредитного ризику, наданого забезпечення, попиту і пропозиції, які склалися на кредитному ринку, строку коригування кредитом, облікової ставки та інших чинників.

Щодо лізингових операцій, то Законом України "Про лізинг" визначено такі обов'язкові складові лізингових платежів:

- сума, яка відшкодовує при кожному платежі частину вартості об'єкта лізингу, що амортизується за строк, за який вноситься лізинговий платіж;

- сума, що сплачується лізингодавцю як процент за залучений ним кредит для придбання майна за договором лізингу;

- платіж як винагорода лізингодавцю за отримане у лізинг майно;

- сума відшкодування страхових платежів за договором страхування об'єкта лізингу, якщо об'єкт застрахований лізингодавцем;

- інші витрати лізингодавця, передбачені договором лізингу.

Результати вивчення практики лізингу показують, що до складу платежів можуть також входити:

- митні платежі;

- премія лізингодавцю за ризик.

Що стосується методу нарахування лізингових платежів, то аналіз договорів лізингу та відповідної науково-методичної літератури показує існування таких основних методів:

- з регулярним періодичним відшкодуванням вартості майна рівними або нерівними частками;

- з відстрочкою платежів;

- з авансовим платежем;

- за обраною сторонами договору підставою.

 

Состав и основные физико-химические свойства нитротолуола.

Технический МНТ является смесью трех изомеров

 

орто-МНТ мета-МНТ пара-МНТ
Т. затв. = -3.10С Т. затв. = 16.10С Т. затв. = 51.60С

 

Несмотря на значительное содержание пара-изомера, имеющего Т. затв. 51.60С, технический МНТ представляет собой жидкость, полностью замерзающую лишь при -160С, хотя пара-МНТ начинает вымораживаться уже около 00С. Продукт обычно имеет цвет от светло-желтого до красно-коричневого цвета, который обусловлен присутствием в нем продуктов окисления - нитропроизводных крезолов и фенолов.

При нитровании толуола до МНТ серно-азотными смесями получаются все три теоретически возможных изомера с преимущественным преобладанием орто-изомера. Мета-изомер образуется в относительно небольших количествах, но так как при его дальнейшем нитровании получаются мета-замещенные динитротолуолы и несимметричные изомеры ТНТ, снижающие качество тротила и ТДИ, он является нежелательной примесью. Поэтому большое внимание было уделено влиянию параметров процесса на содержание м-МНТ в технической смеси изомеров.

На изомерный состав МНТ значительное влияние оказывает температура реакции - при ее повышении количество пара-изомера падает, а количество мета- и орто-изомеров увеличивается.

 

Температура, 0С -30
Состав МНТ, %        
орто-МНТ 57.2 58.0 59.2 59.6
пара-МНТ 39.3 38.1 36.1 35.3
мета-МНТ 3.5 3.9 4.7 5.1

Как видно, процесс исследовался в широком интервале температур, однако содержание мета-изомера изменялось не очень значительно (менее, чем в два раза).

На соотношение изомеров, получающихся при нитровании толуола, оказывает влияние также состав кислотной смеси. Так, повышение фактора нитрующей активности с 68 до 82% при нитровании толуола серно-азотными смесями, содержащими 10% азотной кислоты, при 550С снижает выход мета изомера в 2.4 раза. НО

Процесс нитрования толуола сопровождается образованием побочных продуктов - нитропроизводных фенола и крезолов.

Содержание этих примесей в техническом продукте может достигать 0,3-1,75% (среднем 0.7%). Однако эти величины вряд ли отражают истинное количество образующихся побочных соединений: являясь производными фенола и крезола они легко окисляются в условиях нитрования. Ориентировочный состав побочных продуктов приведен в таблице.

 

Состав побочных продуктов нитрования толуола

Состав побочных продуктов, % Содержание, масс. %
Мононитрокрезолы и п-нитрофенол 6.3
4.6-динитро-о-крезол 10.6
2.6-динитро-р-крезол,2.4-динитрофенол 67.7
3-нитро-4-гидроксибензойная кислота и 2.4.6-тринитро-м-крезол 13.5

 

Макрокинетика нитрования толуола.

 

Толуол практически нерастворим в воде и хорошо растворяется в органических растворителях. Практическое значение имеет растворимость толуола в серно-азотных смесях, используемых для нитрования, однако определить ее практически невозможно из-за высокой скорости протекания реакции нитрования. Данные по растворимости толуола в серной кислоте приведены в таблице.

 

 

Растворимость толуола в 70-75% серной кислоте невелика. Присутствие в кислоте такой концентрации небольших количеств азотной кислоты и окислов азота приводит к дальнейшему снижению растворимости (эффект высаливания). Растворимость МНТ в отработанной кислоте выше растворимости толуола, однако недостаточна для получения гомогенного раствора (растворимость МНТ в серной кислоте возрастает с увеличением ее концентрации и температуры, и в 75% серной кислоте составляет 0,81%). . поэтому реальные реакционные системы являются гетерофазными от начала и до конца процесса нитрования и состоят из органического и минерального слоев. минеральный слой этой гетерофазной системы наряду с серной и азотной кислотами и водой содержит растворенные органические вещества. Органический слой представляет собой гомогенную смесь толуола, МНТ и азотной кислоты, причем с повышением содержания МНТ количество азотной кислоты, перешедшее в органическую фазу, возрастает. В реальных системах в органический слой переходит значительная (вплоть до половины) часть азотной кислоты, в то время как серная кислота в нем практически отсутствует.

Наличие большого количества азотной кислоты в органическом слое позволило предположить, что в нем также должен протекать процесс нитрования. Однако установлено, что скорость реакции в органическом слое на несколько порядков ниже, чем в минеральном, и доля процессов, в нем протекающих, не превышает 0,001% от суммарного превращения.

Скорость нитрования толуола в этой гетерофазной системе резко возрастает с увеличением интенсивности перемешивания (т. е. с увеличением дисперсности органической фазы и, соответственно, поверхности раздела фаз). Эти данные свидетельствуют о том, что суммарная скорость нитрования определяется скоростью массопереноса с последующей быстрой химической реакцией.

Приведенные выше данные показывают, что нитрование толуола серно-азотными смесями в гетерогенных условиях протекает в минеральном слое и зона реакции расположена вблизи поверхности раздела фаз. В этом случае процесс включает следующие стадии:

1. диффузию толуола из глубины капли к поверхности раздела фаз и затем в объем кислотной фазы;

2. быструю химическую реакцию между толуолом и азотной кислотой с образованием МНТ;

3. диффузию образовавшегося МНТ из объема минеральной фазы к поверхности раздела и затем внутрь капли органической фазы;

4. диффузию азотной кислоты из объема минеральной фазы к поверхности раздела (с одновременной реакцией) и частично в объем органической фазы.

В периодических процессах производства МНТ используют кислотные смеси с высоким (до 15-20%) содержанием азотной кислоты. Исходя из того, что последняя практически полностью используется в ходе нитрования, можно определить, что модуль невелик и составляет 0.75-2:1. Небольшой объем минеральной фазы при наличии большого теплового эффекта (более 80 кДж/моль нитруемого соединения) приводит к необходимости медленного смешения компонентов Порядок смешения компонентов оказывает большое влияние и на содержание ДНТ. Чтобы уменьшить его образование, рекомендуется приливать к нитруемому соединению кислотную смесь (прямой порядок смешения). При получении МНТ, для которого нет ограничений по содержанию ДНТ, используют обратный порядок - приливают толуол к нитрующей смеси.

 

Описание технологического процесса получения МНТ.

Нитрование толуола. Нитрование толуола до МНТ производится в нитрационной системе, состоящей из двух аппаратов - основного и буферного, причем в качестве дореактора используется совмещенный нитратор со шнековым подъемником и спиральным сепаратором. В основной аппарат дозируются толуол и кислотная смесь с фактором нитрующей активности 70% состава ~ 63% серной кислоты, ~ 15% азотной кислоты и ~ 22% воды, которая готовится из абсорбционной азотной кислоты и купоросного масла. Для предотвращения образования зон неоднородного состава с повышенной концентрацией реагентов дозировка кислот производится через смеситель. Избыток азотной кислоты 3-5% сверх теоретически необходимого.

При использовании технического МНТ для получения чистых изомеров основным ограничивающим параметром является содержание в нем ДНТ. Это объясняется требованиями техники безопасности, т. к. разделение изомеров осуществляется ректификацией и накопление в кубе взрывчатого ДНТ недопустимо. Полностью исключить образование ДНТ при нитровании толуола серно-азотными кислотными смесями весьма трудно, т. к. снижение содержания серной кислоты в кислотной смеси (снижение ф. н. а.) приводит к замедлению процесса, а при низких концентрациях азотной кислоты может происходить потемнение реакционной массы вследствие образования «комплекса Баттге» состава (СН3С6Н5) (NOSO4H)2 (H2SO4)3. Тем не менее, учет факторов, приводящих к образованию динитросоединений в процессе нитрования, позволил создать технологию получения МНТ с минимальным (не более 0.2%) содержанием ДНТ в продукте реакции. К ним относятся:

- состав кислотной смеси. В процессе использована кислотная смесь с ф. н. а. 70% (~ 30 мол.% серной кислоты), но с более низким содержанием азотной кислоты (ср. табл.), и, следовательно, обладающая более низкой нитрующей активностью;

- температура реакции. В основном реакторе нитрование проводят при 30-400С. Это связано с тем, что снижение температуры процесса приводит к более значительному уменьшению скорости химической реакции нитрования, чем скорости диффузии компонентов в зону реакции. (Температурный коэффициент скорости химической реакции 3-4, температурный коэффициент скорости диффузии 1.5-2.0). Причем оказалось, что снижение температуры приводит к заметному уменьшению не только скорости динитрования МНТ (с образованием ДНТ), но и скорости мононитрования (образования МНТ), вследствие чего массовая доля толуола в МНТ достигает ~ 8%.

- время реакции. За время пребывания компонентов в основном аппарате 60 мин. в указанных выше условиях процесс нитрования протекает в отработанной кислоте, содержащей 0.2-1.0% азотной кислоты. Оказалось, что при такой концентрации кислоты реакция динитрования протекает с низкой скоростью, особенно при наличии в реакционной массе непрореагировавшего толуола.

Из основного аппарата реакционная масса по перетоку самотеком поступает в реакционное отделение буферного совмещенного аппарата, куда одновременно подается кислая промывная вода из сепаратора первого промывного аппарата кислой промывки МНТ (и при необходимости слабая азотная кислота). Донитровывание не вступившего в реакцию толуола в разбавленной кислотной смеси производится при более высокой температуре 45-500С и времени реакции 15 мин., что приводит к снижению его содержания в МНТ до 3%. Разбавление реакционной массы позволяет утилизировать кислую промывную воду, снизить унос с отработанной кислотой МНТ за счет снижения его растворимости. (разбавление до концентрации по серной кислоте 63-68%). р-ть?

Поддержание указанного температурного режима достигается подачей в змеевики основного аппарата рассола и буферного - захоложенной воды.

Из реакционной части буферного аппарата эмульсия МНТ в разбавленной отработанной кислоте шнековым подъемником передается в сепарационную часть, где вследствие разности удельных весов происходит отделение МНТ от отработанной кислоты. Отработанная кислота поступает в приемник, затем на отстой и регенерацию, а МНТ - на промывку и очистку.

Промывка МНТ. Присутствие в МНТ нитропроизводных крезолов и фенолов, обладающих повышенной реакционной способностью, может привести к смолообразованию на стадии ректификации, и поэтому из технической смеси МНТ их необходимо тщательно удалять. Для этой цели МНТ промывают водой, растворами соды (или едкого натра) и снова водой. Необходимость щелочной промывки объясняется тем, что растворимость нитрокрезолов в воде значительно ниже, чем в нитротолуоле, и поэтому водные промывки не позволят их полностью удалить.

Промывка осуществляется непрерывным методом в режиме противотока в четырех аппаратах совмещенного типа при 70-800С. (пар в змеевики)

Водная промывка кислого МНТ с целью удаления из него главным образом растворенной и эмульгированной отработанной кислоты производится в первых двух аппаратах системы. В зону промывки первого аппарата поступает кислый МНТ и промывная вода из сепаратора второго промывного аппарата. Эмульсия МНТ в промывной воде шнековым подъемником подается в сепарационную зону, откуда после разделения кислая промывная вода (с массовой долей H2SO4 10-15%) самотеком поступает в буферный аппарат (разбавитель), а МНТ в промывную зону второго промывного аппарата, куда дозируется чистая вода на промывку. Из сепаратора второго промывного аппарата кислая вода направляется в зону смешения первого промывного аппарата, а МНТ - на щелочную промывку. В зону промывки аппарата щелочной очистки поступают также промывная вода из аппарата окончательной промывки и 12-18% раствор NaOH в таком количестве, чтобы его массовая доля в промывной воде была 0.5-1.5%. (лучше в автоматическом режиме поддерживать рН 7-8). Модуль 1-2.

В процессе щелочной промывки содержащиеся в МНТ кислые примеси органического характера взаимодействуют с NaOH, образуя растворимые в воде соли.

Из сепаратора аппарата щелочной промывки промывная вода после дополнительной сепарации (отстоя) передается в отделение термического уничтожения промстоков, а нейтральный МНТ направляется в аппарат окончательной промывки. Промытый МНТ из сепаратора четвертого аппарата непрерывно самотеком поступает в приемник, откуда направляется на стадию разделения изомеров., которая осуществляется путем вакуумной ректификации в колоннах непрерывного действия.

 

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ 2.4-ДИНИТРОТОЛУОЛА И СМЕСИ 2.4-/2.6-ДИНИТРОТОЛУОЛОВ (65/35%).

 

Хотя известно шесть изомеров ДНТ, но только два из них - 2.4-ДНТ и 2.6-ДНТ находят применение в виде индивидуальных соединений. Эти изомеры, а также их смеси используются в производстве толуилендиизоцианатов, являются промежуточными продуктами при синтезе тринитротолуола и находят применение в качестве компонентов взрывчатых веществ и порохов. 2.4-ДНТ используется в производстве красителей и биологически-активных препаратов.

 

Изомерный состав и основные физико-химические свойства ДНТ

 

При нитровании орто-МНТ, вследствие согласованной ориентации имеющихся в нем заместителей в положения кольца 4 и 6, образуются преимущественно 2,4-динитротолуол (выход 66%) и 2,6-динитротолуол (выход 33%) с незначительной примесью (до 0,5%) 2,3- и 2,5- динитротолуолов.

По той же причине при нитровании пара-МНТ образуется почти исключительно 2,4-динитротолуол, содержащий в качестве примеси до 0,4% 3,4-динитротолуола.

Динитротолуолы представляют собой кристаллические вещества желтого цвета. Т. затв. чистого 2.4-ДНТ 700С, технического - 660С Т затв смеси 2.4-и 2.6-ДНТ (65/35) равна ....

ДНТ практически нерастворим в воде (0.025 г в 100 г. при 1000С), хорошо растворяется в органических растворителях. Растворимость МНТ в серной кислоте возрастает с повышением концентрации кислоты и температуры, что видно из приведенных ниже данных.

Таблица

Растворимость МНТ в серной кислоте (масс.%)

Концентрация H2SO4, масс.%
Растворимость, масс.%            
При 200С 0.04 0.50 1.56 2.73 19.5 32.2
При 500С 0.08 0.81 2.09 12.28 20.14 33.19

Растворимость ДНТ в серной кислоте несколько выше растворимости МНТ и составляет 3.8 г. в 100 г. 80% кислоты при 700С.

Макрокинетика нитрования МНТ.

Вследствие тормозящего влияния электроноакцепторной нитрогруппы в ароматическом ядре на скорость электрофильных реакций, нитрование МНТ до ДНТ проводят кислотными смесями с фактором нитрующей активности Ф, равным 80% или выше и при более высокой температуре (свыше 750С) и большем избытке азотной кислоты (10-15%).

Из-за низкой растворимости МНТ и ДНТ в кислотной смеси реакционная масса при нитровании МНТ остается гетерофазной от начала и до конца процесса нитрования.

Как отмечалось выше, в используемых в промышленности кислотных смесях процесс нитрования толуола протекает в диффузионной области, поскольку скорость химического взаимодействия значительно превосходит скорость диффузии компонентов в зону реакции. Известно, что в применяемых для получения моно - и динитротолуолов кислотных смесях скорость нитрования изомеров МНТ примерно в 106 ниже, чем скорость нитрования толуола. Поэтому можно было ожидать, что определяющую роль в процессе нитрования МНТ будет играть кинетика реакции (т. е. реакция будет протекать в кинетической области). Однако оказалось, в кислотных смесях, используемых в промышленности, скорость нитрования МНТ в гетерогенных условиях, также как и скорость нитрования толуола, зависит от интенсивности перемешивания (т. е. величины поверхности раздела фаз), что позволяет сделать вывод о влиянии массопереноса на суммарную скорость нитрования МНТ. Хотя установленная зависимость выражена менее резко, чем при нитровании толуола, однако это свидетельствует о том, что нитрование МНТ в значительной степени протекает в кислотном слое вблизи поверхности раздела фаз. Однако, принимая во внимание достаточно высокую растворимость МНТ в серной кислоте, можно допустить, что наряду с этим происходит нитрование и в объеме кислотной фазы.

Как и при нитровании толуола, часть азотной кислоты переходит в органический слой. Коэффициент распределения азотной кислоты между органической и минеральной фазами в существующем процессе равен ~ 2. Массовая доля серной кислоты в органической фазе не превышает 1.5-2.0%.

При нитровании МНТ до ДНТ серно-азотными смесями в условиях интенсивного перемешивания (16 000 об/мин) скорость массообмена становится выше скорости химической реакции, и процесс нитрования переходит из диффузионной области в кинетическую.

Нитрование МНТ до ДНТ сопровождается незначительными окислительными процессами. К ним следует отнести и превращение п-МНТ в 4.5.6-тринитро-о-крезол, о-МНТ - в 2.3-динитро-, 2.5-динитро- и 2.5.6-тринитрокрезолы и м-МНТ - в 2.6-динитро-п-крезол и 4.6-динитро-о-крезол.

 



1   2   3
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати