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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Reinigung von Trinitrotoluol
unter Gewinnung eines besonders reinen Trinitrotoluols Es ist bekannt, rohes Trinitrotoluol
von der Abfallsäure und den Isomeren durch Behandeln mit organischen Lösungsmitteln,
Sulfitlösung oder Bicarbonatlösung zu befreien, und es ist auch bekannt, das ge
schmolzene Trinitrotoluol unter Einblasen von Luft und Wasser mit der Waschflüssigkeit
zu emulgieren und durch mit Siebböden ausgestattete Kolonnen zu führen. Ferner hat
man schon vorgeschlagen, Trinitrotoluol kontinuierlich mit Wasser und Sulfitlösung
zu waschen, um so ein Reintrinitrotoluol mit einem Erstarrungspunkt bis 80,70 C
zu erhalten. Dieses be kannte Verfahren vollzieht sich in folgenden Stufen: 1. das
Rohnitrotoluol wird in einer Kolonne mit dem WaschmitteI (5ATasser) emulgiert (das
TNT muß also im geschmolzenen Zustand vorliegen) und gewaschen; 2. das Gemisch wird
anschließend in TNT und Wasser geschieden; 3. das TNT wird in einer zweiten Kolonne
bei z.
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850 C mit Wasser weitergewaschen; 4. das Gemisch wird wieder getrennt;
5. in einer dritten Kolonne wird wieder mit Wasser gewaschen; 6. das Gemisch wird
wieder getrennt; 7. in einer vierten und fünften KoIonne wird das TNT zweimal mit
warmer Sulfitlösung von 85° C gewaschen, wobei zwischen den beiden Wäscher eine
Trennung des Gemisches erfoIgt; 5. anschließend wird das Toluol in einer sechsten
Kolonne, die mit Warmwasser beschickt ist, von der Sulfitlösung gereinigt und in
üblicher Weise aufgearbeitet.
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Bei einer Vorrichtung zur Ausführung dieses bekannten Verfahrens
sind in die heizbaren Waschkolonnen Siebplatten bzw. Prallplatten eingebaut, durch
die das geschmofzene, flüssige T'rinftrotoluol zusammen mit den Waschflüssigkeiten
nach oben strömt, wobei mit Dampf gesättigte Luft als Transportmittel dient.
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Es wurde nun gefunden, daß man ein besonders reines Trinitrotoluol
beim kontinuierlichen Reinigen von Trinitrotoluol durch Waschen in Kolonnen mit
Wasser- und Sulfitlösang, wobei das rohe Trinitrotoluol in geschmolzenem Zustand
bei einer Temperatur von über 80° C mit Wasser emulgiert, durch eine KMonne geleitet
und sodann das Wasser abgetrennt wird, dadurch erhält, daß das Trinitrotdiiol nochmals
in gleicher Weise mit Wasser behandelt, wiederum abgetrennt, darauf das Trinitrotoluol
mit Sulfitlösung bei 79 bis 800 C gewaschen, erneut abgetrennt, anschließend das
Trinitrotoluol bei einer Temperatur unter 700 C in feinkristallinem Zustand erneut
mit Sulfitlösung gewaschen, abgetrennt, sodann das Trinitrotolnol wieder geschmolzen,
schließlich bei einer
Temperatur von über 800 C mit Wasser gewaschen und in der letzten
Kolonne bei etwa 600 C durch Zuführung von kaltem Wasser auskristalIisiert und dann
getrocknet wird, wobei alle Kolonnen mit kegeligen Kreiseirührern sowie einem Kreiselrad
ausgerüstet sind.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens, bestehend aus Waschkolonnen, die unter Zwischenschaltung von Absetzgefäßen
hintereinandergeschaltet sind und die Rührwerke aufweisen, die außerhalb der Waschkolonne
gelagert sind.
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Im Gegensatz zu dem bekannten Stand der Technik handelt es sich also
bei der in der Erfindung beschriebenen dritten Stufe um kalte Sulfitwäsche, wobei
hier Trinitrotoluol in kristallisiertem Zustand vorhanden ist. Anschließend wird
dann wieder aufgeschmolzen, die Ölphase abgetrennt und dann nochmals heiß ausgewaschen,
worauf das Trinitrotoluol in der Kälte auskristallisiert.
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Eine derartige Arbeitsweise könnte aber nach dem bekannten Vorschlag
nicht durchgeführt werden, da die Siebplatten biw. die Pralipiatten sofort durch
das auskristaIlisierte Trinitrotoluol zugesetzt würden.
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Daher läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren nur mit Rühraggregaten
durchführen.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren führt zu einem besonders hochwertigen
Trinitrotoluols das für
besonders wehrtechnische Zwecke-geeignet
ist. Dieses Trinitrotoluol muß von außerordentlicher Reinheit sein, so daß hierfür
besondere Abnahmebedingungen gelten. Der Erstarrungspunkt reicht hierbei--nicht,
wie üblich als Kriterium der Reinheit aus, sondern es wird noch ein Test in Gestalt
der sogenannten Fleckprobe gefordert. Hierbei wird ein Preßkörper aus dem zu prüfenden,
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Trinitrotoluol auf Filterpapier
vorgeschriebener Qualität aufgesetzt; wobei auf dem Papier kein Flecken entstehen
darf, der den Rand der Aufsatzfläche des Preßkörpers auf dem Papier über schreitet.
Ein dieser strengen Forderung genügendes Trinitrotolnol kann- aber nur nach dem
vorstehend -beschriebenen Verfahren dadurch erhalten werden, daß die Apparatur für
die kalte Sulfitwäsche hinter die warme Sulfitwäsche geschaltet wird. Hierdurch
wird ein technisch sehr bedeutsamer Fortschritt erreicht, der'in der Herstellung
eines besonders hochwertigen Trinitrotoluols von hohem Reinheitsgrad und einem Erstarrungspunkt
von 80,800 C begründet ist.
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-- Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ferner eine wesentliche
Ersparnis an Chemikalien und Wärme sowie ein hoher Durchsatz erzielt.
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In der Zeichnung ist das Schaubild einer Anlage nach der Erfindung
dargestellt. Die Anlage weist an ihrem Beginn einen Aufgabebehälter 1 auf, der Trichterform
hat und an seinem unteren Teil einen Injektor 2 besitzt.
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Am oberen Teil des Aufgabebehälters t befindet sich der Zufluß 3
für das Trinitrotoluol. Im Innern ist ein Überlauf 4 für das Waschwasser und eine
Zuleitung 5 nach dem Injektors für Warmwasser vorgesehen. Eine weitere Warmwasserzuleitung
6 kann in die Ableitung 7 geführt werden, die vom Injektor in den Boden der Waschkolonne
8 führt.
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Die Waschkolonne 8 ist ein stehender Hohlzylinder, der im Innern
an einer Welle 9, die über ein stufenloses Regelgetriebe 10 angetrieben werden kann,
am unteren Ende ein Kreiselrad 11 aufweist, das radiale Leitbleche und ein zylindriSches
Umfangblech besitzt.
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Dieses Kreiselrad 11 dient dazu, das untere Spurlager zu .ersetzen
und hält die Welle 9 bei der Drehung stets in der senkrechten Lage, so daß eine
Metall-Ietall--Berührung, die zu einer Explosion des Trinitrotoluols führen könnte,
vermieden wird. Oberhalb des Kreiselrades 11 sind drei kegelige Kreltselrfihrer
12 angeordnet, die hohle Kegelsftimpfedarstellen und die mit der kleineren Basis
nach unten.angeordnet sind sowie im Innern Leitbleche besitzen. Diese Kegeirührer
sind oben und unten offen, so daß sie bei der Drehung das Gut bei gleichzeitiger
Durchmischung nach oben und nach außen schleudern.
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Im unteren Teil der Waschkolonne 8 ist noch eine Zuleitung 13 für
Kaltwasser angeordnet, damit die gewünschte Temperatur eingestellt werden kann.
Im oberen Teil der Waschkolonne 3 befindet sich eine Überleitung 14, die in das
Absetzgefäß 15 führt.
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Dieses Absetzgefäß 15 ist ähnlich ausgebildet w-ie der Aufgabebehälter
1. Es besitzt. einen überlauf 17 für das Waschwasser, eine Zuleitung 18 für Warmwasser,
die in den Injektor 16 führt, und eine Zuleitung 19 für Warmwasser, die in die Leitung
20 führt. Von dem Injektor 16 geht eine Leitung 20 in den Boden der Waschkolonne
21. DieseWaschkolonne 21 ist wiederum wie die Waschkolonne 8 mit der .beschriebenen
Rührvorrichtung ausgestattet und besitzt an ihrem oberen Teil eine Oberleitung23
in einem Absetzbehälter 24. Dieser ist ebenso ausgestaltet wie der Absetzbehälter
15.
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Die Ableitung 29 führt in den unteren Teil der Waschkolonne30, die
ebenfalls ein Rührwerk 9 bis 12 aufweist, jedoch eine Leitung 36 besitzt, die bis
fast über das Kreiselrad 11 führt. Oberhalb dieser Kolonne ist ein Behälter 32 für
Sulfitlauge angeordnet, der durch eine Zweigleitung 33 mit Meßbehältern 34 und 35
verbunden ist. Der Meßbehälter34 führt durch eine Leitung 36 in die Waschkolonne
30, während der Behälter 35 über eine Leitung 50 in die Waschkolonne 45 führt und
dort bei 51 endet.
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Von der Waschkolonne 30 führt eine Leitung 38 in ein Absetzgefäß
39, von dort durch eine Leitung 44 und einen Stutzen 47 in einer gewissen Höhe über
dem-- Boden in die Waschkolonne 45, während eine Leitung 48 für Kaltwasser in eine
Ringleitung 49 fiihrt, die. den Stutzen 47 umgibt, und nach oben gerichtete Öffnungen
aufweist. Diese Waschkolonne 45 besitzt zweckmäßig vier Kreiselmischer 46, um eine
intensivere Rührung zu erzielen.
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Vom oberen Teil der Waschkolonne45 führt eine Überleitung 52 in den
Absetzbehälter 53, der entgegen den übrigen Absetzbehältern mit einer Heizschlange
54 und einem Heizmantel 55 ausgestattet ist. Von diesem Absetzbehälter 53 führt
eine Leitung 60 in den unteren Teil der Waschkolonne 61. Diese hat eine Überleitung
63 zu dem vorletzten Absetzbehälter 64.
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Die Ableitung 68 des Absetzbehälters 64 führt in den unteren Teil
der Waschkolonne 70. Diese Kolonne 70 ist wie die Kolonne 45 eingerichtet, d. h.,
sie hat zur besseren Durchmischung und intensiveren Rührung auch vier Kreiselmischer
46. Eine Ringleitung 49, mit nach. oben gerichteten - Offnungen, umgibt - auch hier
den Stutzen 47.
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Aus dem oberen Teil der Waschkolonne 70 führt eine Überleitung 72
in den Absetzbehälter 73. Derselbe besitzt ein Abschluß organ 75 und eine Ableitung
76 für das gereinigte Trinitrotoluol. Das gereinigte Trinitrotoluol wird durch die
Ableitung 76 einer Schleuderzentrifuge 77 zugeführt und hier durch die Schlenderbewegung
von der anhaftenden Restfeuchtigkeit befreit sowie anschließend getrocknet.
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Das warme. Waschwasser wird in einem Behälter 78 bereitet und fließt
dann über die Leitung 86 in die Leitungen 5, - 18, 27, 42, 58 und 69. Ein weiterer
Warmwasserbehälter 79 führt in eine Leitung 80, die mit den Leitungen 6, i9, 28,.43,
59 und 67 in Verbindung steht. In den Warmwasserbehältern 78 und 79 kann durch eine
Leitung 81 Dampf .zum Erhitzen eingeleitet werden . .
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Die tSberläufe 4, 17, 26, 41> 57, 65 und 74 für das Waschwasser
aus den Absetzbehältern führen in- eine Sammelleitung 82> von wo - das Wasser
durch ein Labyrinth 83 in den Klärbehälter gelangt.
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Zum Reinigen wird nach der Erfindung rohes Trinitrotoluol von einem
Erstarrungspunkt von 78,650 C durch die Leitung 3 in den Aufgabebehälter 1 eingeführt.
Es wird von dem Injektor 2 erfaßt, mit. Warmwasser aus der Leitung5 vermischt und
in feiner Verteilung durch. die Ableitung 7 unten in die Waschkolonne 8 eingeleitet.
Der Zufluß an Warm- und Kaltwasser ist so zu regeln, daß die Waschung in der Waschkolonne
8 bei einer Temperatur von etwa 889 C durchgeführt wird. -NachrSem das Trinitrotoluol-Wasser-Gemisch
durch die Waschkolonne 8 unter ständigem Durchwirbeln aufwärts gewandert ist, läuft
es.durch die Leitung 14 in das Absetzgefäß. 15 über. Das Trinitrotoluol setzt sich
im unteren Teil ab, während das Waschwasser durch . den Üherlauf 17 abläuft. Das.abgesetzte
Tri nitrotoluol wird jetzt durch den Injektor l6 erfaßt,
mit Warmwasser
aus der Leitung 18 innig durchgemischt und nun durch die Leitung 20 in den unteren
Teil der Waschkolonne 21 geführt, wo eine zweite Wäsche mit Wasser bei einer Temperatur
von etwa 88" C durchgeführt wird.
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Danach gelangt das Trinitrotoluol-Wasser-Gemisch durch die Leitung
23 in den Absetzbehälter 24. Das Trinitrotoluol setzt sich unten ab und wird nun
durch den Injektor 25 durch die Leitung 29 in den unteren Teil der Waschkolonne
30 geführt, während gleichzeitig durch die Leitung 36 bei 37 eine 20/oige wässerige
Lösung von Natriumsulfit eingeleitet wird, die sich mit dem Trinitrotoluol-Wasser-Gemisch
innig vermengt. Die Sulfitwäsche findet bei einer Temperatur von etwa 79 bis 80"
C statt, was durch den Zufluß von warmem und kaltem Wasser geregelt werden kann.
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Das Gemisch kommt jetzt in den Behälter 39. Das ausgeschiedene Trinitrotoluol
wird durch den Injektor 40 mit warmem Wasser aus der Leitung 42 gemischt und durch
die Leitung 44 in den unteren Teil der Waschkolonne45 eingeleitet, jedoch so, daß
es aus den Stutzen in einer gewissen Höhe über dem Boden der Waschkolonne45 austritt.
Gleichzeitig wird durch das Rohr 48 und die gelochte Ringdüse 49 Kaltwasser zugeführt,
so daß die Temperatur in dieser Waschkolonne 45 auf etwa 600 C gesenkt wird. Nun
wird durch die Leitung 50 bei 51 Sulfitlösung zugegeben.
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Das Trinitrotoluol geht unter Bildung von feinen Kristallen in den
festen Zustand über und wird nun in Form einer feinen und gleichmäßigen Suspension
unter intensiver Rührung durch die Kolonne 45 ge wirbelt.
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Während die übrigen Waschkolonnen nur drei kegelige Kreiselrührer
12 aufweisen, die mit einer Geschwindigkeit von etwa 500 U/min umlaufen, besitzt
die Waschkolonne 45 vier Kegelrührer 46, die mit einer Geschwindigkeit von 600 U/min
gedreht werden. Die Suspension wird nach dieser kalten Wäsche durch die Leitung
52 in den Absetzbehälter 53 gelassen und die sich absetzenden Trikristalle mittels
einer nicht dargestellten Sprühschlange durch Waschen mit Wasser von der anhaftenden
Sulfitlauge befreit, sodann durch eine Heizschlange 54 und den Dampfmantel 55 wieder
verflüssigt und nun durch den Injektor 56 mit Warmwasser aus der Leitung 58 gemischt,
das Gemisch durch die Leitung 60 in den unteren Teil der Wasch kolonne 61 geführt,
wo schließlich eine Waschung des wieder verflüssigten Trinitrotoluols lediglich
mit Wasser erfolgt. Das Gemisch geht durch die Überleitung 63 in den Absetzbehälter
64, um von dort
durch die Leitung 68 der Kolonne70 zugeführt zu werden. Hier wird
das Gemisch auf etwa 60° C Temperatur gebracht, wodurch das Trinitroftoluol auskristallisiert.
Das Gemisch geht dann über die Leitung 72 zum Absetzbehälter 73, wo das kristallisierte
Trinitrotoluol der Zentrifuge 77 zum Ausschleudern zugeführt wird. Anschließend
ist eine weitere Trocknung erforderlich.
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Bei einem Durchsatz von 400 kg Trinitrotoluol je Stunde werden 12
kg Sulfit, also 3010, auf das durchgesetzte Trinitrotoluol berechnet, benötigt und
16001 Waschwasser gebraucht. Der Erstarrungspunkt des Trinitrotoluols nach dem Verlassen
derWaschkolonne 30, also nach der heißen Sulfitwäsche, liegt bei 80,52° C, nach
Verlassen der Waschkolonne45, also der kalten Sulfitwäcshe, bei 80,700 C und nach
dem Verlassen der Waschkolonne 61 bei 80,75° C.
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PATENTANSI' R Ü.CIE: 1. Verfahren zur kontinuierlichen Reinigung
von Trinitrotoluol unter Gewinnung eines besonders reinen Trinitrotoluols durch
Waschen in Kolonnen mit Wasser und Sulfitlösung, wobei das rohe Trinitrotoluol in
geschmolzenem Zustand bei einer Temperatur von über 800 C mit Wasser emulgiert,
durch eine Kolonne geleitet und sodann das Wasser abgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Trinitrotoluol nochmals in gleicher Weise mit Wasser behandelt, wiederum
abgetrennt, darauf das Trinitrotoluol mit Sulfitlösung bei 79 bis 800 C gewaschen,
erneut abgetrennt, anschließend das Trinitrotoluod bei einer Temperatur unter 700
C in feinkristallisiertem Zustand erneut mit Sulfitlösung gewaschen, abgetrennt,
sodann das Trinitrotoluol wieder geschmolzen, schließlich bei einer Temperatur von
über 800 C mit Wasser gewaschen und in der letzten Kolonne bei 600 C durch Zuführung
von kaltem Wasser auskristallisiert und dann getrocknet wird.