CN109574850B - 三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机物合成领域，具体为三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法。该方法包括步骤：1）向反应釜中泵入工作酸；2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，流量采用质量流量计精确控制，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；3）在搅拌下发生反应，产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯。该方法解决三羟甲基乙烷三硝酸酯工业化合成过程中原材料三羟甲基乙烷与混酸在釜式反应器内剧烈酯化反应的问题，保证在酯化过程中能够有效的控制反应，保证安全合成。
Description
技术领域
本发明属于有机物合成技术领域，具体为三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法。
技术背景
三羟甲基乙烷三硝酸（TMETN）是一种含能增塑剂，即为一种混合炸药。它和硝化甘油结构类似，但是其冲击感度要比硝化甘油钝感的多，72℃的阿贝尔试验能经受40-50min，其毒性也比硝化甘油小的多，由于其能赋予炸药更好的安全性能和工艺性能，是替代硝化甘油的侯选物，所以在国外，已被广泛用于钝感推进剂中。
三羟甲基乙烷三硝酸的合成方法多以三羟甲基乙烷为原料，通过间歇式硝化工艺制备。三羟甲基乙烷三硝酸（TMETN）工业化合成过程中，原材料三羟甲基乙烷与混酸需要在釜式反应器内进行剧烈酯化反应， 剧烈酯化反应如果控制不好，可能发生爆炸，安全系数低。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法。该方法安全系数高，能有效解决三羟甲基乙烷三硝酸酯工业化合成过程中原材料三羟甲基乙烷与混酸在釜式反应器内剧烈酯化反应的问题。
为了实现以上发明目的，本发明的技术方案为：
三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法，其包括以下步骤：
1）向反应釜中泵入工作酸，使反应釜装满工作酸；保证工作酸中各成分的质量百分含量满足以下指标：HNO3(45～55)%，H2SO4(45～55)%， H2O(＋1～－1)% ，HNO2(0～0.5)%；总质量百分含量之和为100%。
2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；反应釜硝化器内硝化的温度为12℃～15℃；反应釜硝化器内的硝化系数为3.8。TME浆料与工作酸的重量比为1:3.8。
3）在搅拌装置的强烈搅拌下发生反应，产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品三羟甲基乙烷三硝酸酯和废酸溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯。
作为优选，搅拌装置的转速为700～900转/分。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（一）解决三羟甲基乙烷三硝酸酯工业化合成过程中原材料三羟甲基乙烷与混酸在釜式反应器内剧烈酯化反应的问题，保证在酯化过程中能够有效的控制反应，保证安全合成。
（二）通过控制较低的酯化温度，提高工业化合成过程中的本质安全度。
（三）通过精确控制硝化系数，减少工业化合成过程中副产物的产生，提高产品的质量和得率，本发明的得率可达97%以上。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加便于理解，下面将结合具体实施方式对本发明中所述的工艺做进一步的阐述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中所记载的%如无特殊说明，均表示其质量百分含量，即wt%。
实施例1：
三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法，其包括以下步骤：
1）向反应釜中泵入工作酸，使反应釜装满工作酸；保证工作酸中各成分的质量百分含量满足以下指标：HNO349.5%，H2SO449.5%， H2O0.5% ，HNO20.5%；总质量百分含量之和为100%。
2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；反应釜硝化器内硝化的温度为12.5℃；反应釜硝化器内的硝化系数为3.8。TME浆料与工作酸的重量比为1:3.8。
3）在搅拌装置的强烈搅拌下发生反应，搅拌装置的转速为700Rad/min。产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品三羟甲基乙烷三硝酸酯和废酸溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯。经测量，三羟甲基乙烷三硝酸酯的得率在95%以上，并且能够提高废酸的安定性。
实施例2：
三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法，其包括以下步骤：
1）向反应釜中泵入工作酸，使反应釜装满工作酸；保证工作酸中各成分的质量百分含量满足以下指标：HNO350.5%，H2SO449.5%， H2O-0.3% ，HNO20.3%；总质量百分含量之和为100%。
2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；反应釜硝化器内硝化的温度为13℃；反应釜硝化器内的硝化系数为3.8。TME浆料与工作酸的重量比为1:3.8。
3）在搅拌装置的强烈搅拌下发生反应，搅拌装置的转速为800Rad/min。产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品三羟甲基乙烷三硝酸酯和废酸溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯。经测量，三羟甲基乙烷三硝酸酯的得率在95%以上，并且能够提高废酸的安定性。
实施例3：
三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法，其包括以下步骤：
1）向反应釜中泵入工作酸，使反应釜装满工作酸；保证工作酸中各成分的质量百分含量满足以下指标：HNO351%，H2SO448.5%， H2O 0.3% ，HNO20.2%；总质量百分含量之和为100%。
2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；反应釜硝化器内硝化的温度为14℃；反应釜硝化器内的硝化系数为3.8。TME浆料与工作酸的重量比为1:3.8。
3）在搅拌装置的强烈搅拌下发生反应，搅拌装置的转速为850rad/min。产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品三羟甲基乙烷三硝酸酯和废酸溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯。经测量，三羟甲基乙烷三硝酸酯的得率在95%以上，并且能够提高废酸的安定性。
对比例1：
采用实施例1中的工业化反应方法进行操作，仅将工作酸中的HNO2的质量百分含量提升到0.7%，H2SO4的质量百分含量适当减少，其余条件均相同，在反应的最后，废酸冒浓烟，并快速分解。
对比例2：
采用实施例1中的工业化反应方法进行操作，仅将反应釜硝化器内的消化温度提升至18℃，其余条件均同实施例1，在反应5min后反应失控，温度剧烈升高，只能紧急放料。
对比例3：
采用实施例1中的工业化反应方法进行操作，仅将反应釜硝化器内的搅拌速度转速提升至1000rad/min。其余条件均相同。但在反应的过程中，物料从反应釜中溅出，反应终止。
对比例4：
采用实施例1中的工业化反应方法进行操作，仅将反应釜硝化器内的硝化系数降低为3.5，其余条件均相同，最后反应产品的得率为80%。
虽然本发明已经通过具体实施方式对其进行了详细阐述，但是，本专业普通技术人员应该明白，在此基础上所做出的未超出权利要求保护范围的任何形式和细节的变化，均属于本发明所要保护的范围。
Claims (1)
1.三羟甲基乙烷三硝酸酯的工业化反应方法，其特征在于包括以下步骤：
1）向反应釜中泵入工作酸，使反应釜装满工作酸；保证工作酸中各成分的质量百分含量满足以下指标：HNO3 45～55%，H2SO4 45～55%， H2O ＋1～－1% ，HNO2 0.2～0.5%；
2）将TME进行融化，采用浆料的形式向硝化器内进行输送，流量采用质量流量计精确控制，在泵入TME浆料的同时泵入工作酸；
3）在搅拌装置的强烈搅拌下发生反应，产生的热量通过反应釜中的冷却盘管将热量带走，生成后的产品三羟甲基乙烷三硝酸酯和废酸溢流出反应釜，经过酸离心机进行分离，得三羟甲基乙烷三硝酸酯；反应釜硝化器内硝化的温度为12℃～15℃；反应釜硝化器内的硝化系数为3.8。
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