DE1062234B

DE1062234B - Device for the continuous nitration of toluene according to the countercurrent principle

Info

Publication number: DE1062234B
Application number: DED21316A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Wilhelm Athenstaedt
Original assignee: Dynamit Nobel AG
Current assignee: Dynamit Nobel AG
Priority date: 1955-09-17
Filing date: 1955-09-17
Publication date: 1959-07-30
Also published as: GB834260A

Description

Die Nitrierung des Toluols zu Mononitrotoluol, Dinitrotoluol oder Trinitrotoluol in hintereinandergeschalteten Rührgefäßen ist bekannt. Auf diese Weise ist jedoch ein vollkontimiierliches Verfahren zur Nitrierung des Toluols besonders bei der Herstellung von Sprengstoffen nicht ohne weiteres durchführbar.The nitration of toluene to mononitrotoluene, Dinitrotoluene or trinitrotoluene in series Mixing vessels is known. In this way, however, is a fully controlled process for nitration of toluene, especially in the manufacture of explosives, is not easily feasible.

Man hat schon vorgeschlagen, Nitrobenzol, Toluol, Xylol u. dgl. flüssige oder leicht schmelzbare organische X^erbindungen, die nicht in Wasser löslich sind, in der Weise zu nitrieren, daß die zu nitrierenden Körper im Gegenstrom mit Nitrierflüssigkeit behandelt werden, derart, daß an einem Ende des Reaktionsraumes die frische Nitrierflüssigkeit zutritt und der fertige Nitrokörper den Raum verläßt, während am anderen Ende des Reaktionsraumes das zu nitrierende Rohgut eintritt und die erschöpfte Nitrierflüssigkeit den Reaktionsraum verläßt. Die zur vollständigen Nitrierung bestmögliche Abteilung der einen Flüssigkeit in der anderen wird bei diesem bekannten Verfahren durch Einbau von Glocken oder Siebboden in die Kolonne, also durch Konstruktionselemente zu erreichen versucht. Dort, wo es sich um rein physikalische Austauschverfahren handelt, leisten diese Elemente auch gute Dienste. Bei chemischen Umsetzungen jedoch.mit ihren, langen Reaktionszeiten, wie es die Toluolnitrierung ist, genügen sie nicht. Die Verteilung muß viel intensiver und die Austauschfläche so groß werden, wie es die Herabsetzung· der Verweilzeit auf ein für die Praxis tragbares Maß erfordert.It has already been proposed to use nitrobenzene, toluene, xylene and the like, liquid or easily fusible organic X ^ compounds, which are not soluble in water, in the Way of nitriding that the bodies to be nitrided are treated in countercurrent with nitriding liquid, in such a way that the fresh nitrating liquid and the finished nitro body enters at one end of the reaction chamber leaves the room while the raw material to be nitrided enters at the other end of the reaction chamber and the exhausted nitrating liquid leaves the reaction space. The one for complete nitration best possible division of the one liquid in the others are used in this known process by installing bells or sieve trays in the column, so tried to achieve through construction elements. Where there is a purely physical exchange process these elements also serve well. In the case of chemical reactions, however, with their, long reaction times, like toluene nitration is, they are not enough. The distribution must be much more intensive and the exchange area so large, like it reducing · the dwell time to one for practice requires manageable levels.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine \^orrichtung gelöst, welche aus einem die Reaktionsflüssigkeit aufnehmenden und damit ganz gefüllten, vertikal angeordneten Rohr besteht, das am oberen Ende einen Auslaufstutzen für das nitrierte Toluol und am unteren Ende einen Siphon für die Ableitung der Abfallsäure aufweist. In einem bestimmten Abstand vom oberen Ende des Reaktionsrohres ist ein Niveaurohr für die Zuleitung der Nitriersäure und etwa in demselben Abstand vom unteren Ende des Reaktionsro'nres ein Niveaurohr für die Zuleitung des Toluols angebracht, wobei in dem Bereich des Rohres zwischen diesen beiden Einmündungen eine Rührvorrichtung eingebaut ist, die nur eine radiale Durchwirbelung der Reaktionsflüssigkeit bewirkt. Da dieses Reaktionsrohr mit der Reaktionsflüssigkeit gefüllt ist, so hat jede auf der Aufgabeseite hinizukommende Flüssigkeitsmenge den Ausstoß einer volumenmäßig gleich großen Flüssigkeitsmenge an den Ausflußenden des Rohres zur Folge, wodurch der kontinuierliche Betrieb gewährleistet ist.The object is achieved according to the invention by a \ ^ orrichtung which consists of a Reaction liquid absorbing and thus completely filled, vertically arranged tube is on upper end an outlet nozzle for the nitrided Has toluene and at the lower end a siphon for the drainage of the waste acid. In a certain Distance from the top of the reaction tube is a Level tube for the supply of the nitrating acid and about the same distance from the lower end of the Reaction tubes a level tube for the supply of the Toluene attached, with a stirrer in the area of the tube between these two junctions is installed, which only causes a radial turbulence of the reaction liquid. Since this Reaction tube is filled with the reaction liquid, so each has to be added on the feed side Liquid quantity means the discharge of a quantity of liquid of equal volume in terms of volume at the outflow ends of the pipe resulting in continuous operation.

Die erfindungsgemäße Rührvorrichtung hat den Vorteil, daß die Verteilung der Flüssigkeiten viel intensiver erfolgt und die Austauschfläche einen größtmöglichen Wert erhält, wodurch die Verweilzeit cnt-Vorrichtung zur kontinuierlichenThe stirring device according to the invention has the advantage that the distribution of the liquids much occurs more intensively and the exchange area is given the greatest possible value, thereby reducing the dwell time of the cnt device for continuous

Nitrierung von Toluol
nach dem GegenstromprinzipNitration of toluene
according to the countercurrent principle

Anmelder:Applicant:

Dynamit - Actien - GesellschaftDynamit - Actien - Gesellschaft

vormals Alfred Nobel & Co.,formerly Alfred Nobel & Co.,

Troisdorf (Bez. Köln)Troisdorf (district of Cologne)

Dipl.-Chem. Wilhelm Athenstädt, Leverkusen,
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Chem. Wilhelm Athenstädt, Leverkusen,
has been named as the inventor

sprechend herabgesetzt wird. Ein weiterer
dieses Rührers liegt in der Möglichkeit, der Strömung der Flüssigkeiten den Charakter einer annähernd idealen Verdrängung zu geben. Auch dadurch wird ein schmales Verweilzeitspektrum erreicht, was ebenfalls zu den Voraussetzungen für ein rationelles Verfahren gehört. Schließlich ist nur bei mechanischer Rührung eine vollständige und schnelle Abführung der Reaktionswärme möglich, wodurch die Güte des Produktes gesteigert und die Sicherheit heraufgesetzt wird.speaking is reduced. Another
This stirrer is able to give the flow of liquids the character of an approximately ideal displacement. This also results in a narrow residence time spectrum, which is also one of the prerequisites for an efficient process. Finally, complete and rapid dissipation of the heat of reaction is only possible with mechanical stirring, which increases the quality of the product and increases safety.

Tn der Zeichnung ist die Vorrichtung in senkrechtem Längsschnitt veranschaulicht.In the drawing, the device is illustrated in a vertical longitudinal section.

Sie besteht aus dem vertikalen Reaktionsrohr 1 mit dem bodensei tig angeschlossenen Siphon 2 und dem am Kopfende angebrachten Auslaufstutzen 3. Seitlich bei 6 und in bestimmtem Abstand unterhalb des oberen, durch einen Deckel 4 verschlossenen Rohrendes mündet das Niveaurohr 5 für die Einführung der Mischsäure und in etwa ebensolchem Abstand oberhalb des Rohrbodens bei 7 mündet das Niveaurohr 8 für die Einführung des Toluols in das Reaktionsrohr 1. Durch die Anordnungen der Einführungen 6 und 7 in einem bestimmten Abstand vom oberen und unteren Ende des Reaktionsrohres wird dieses in drei Zonen aufgeteilt, wovon die mittlere, zwischen 6 und 7 liegende Zone die Reaktionszone darstellt. Innerhalb dieser Zone ist eine Welle 9 mit Rührflügeln 10 angebracht, die in einer Führung 11 in Deckel 4 gehalten ist und die durch eine nicht dargestellte Antriebsmaschine in drehende Bewegung versetzt wird. Die beiden oberhalb der Einführung 6 und unterhalb der Einführung 7 liegenden Bereiche sind Entmischungszonen. Die Länge des Siphon-It consists of the vertical reaction tube 1 with the siphon 2 and the bottom side connected at the head end attached outlet nozzle 3. On the side at 6 and at a certain distance below the The level tube 5 for the introduction opens out at the top end of the tube closed by a cover 4 the mixed acid and at about the same distance above the tube sheet at 7 the level tube opens 8 for the introduction of the toluene into the reaction tube 1. Through the arrangements of the inlets 6 and 7 at a certain distance from the upper and lower ends of the reaction tube this is divided into three zones, of which the middle zone, between 6 and 7, represents the reaction zone. Within this zone, a shaft 9 with agitator blades 10 is attached, which in a guide 11 in Lid 4 is held and set in rotating motion by a drive machine, not shown will. The two areas lying above the introduction 6 and below the introduction 7 are segregation zones. The length of the siphon

909 579/43·;909 579/43;

roh res 2 ist so bemessen, daß während des Nitrierens die obere Zone des Reaktionsrohres 1 z. B. mit Mononitrotoluol, die untere Zone mit Abfall säure-und· die mittlere ReaktioiTSzone außer mit diesen beiden. Flüssigkeitskomponenten noch mit Toluol und frischer Nitriersäure gefüllt ist. Die beiden Niveau rohre 5 und 8 sind bis zu einer gewissen Höhe, die sich aus den spezifischen Gewichten ergibt, mit Toluol und Nitriersäure gefüllt. Dieses Gleichge\vicht des Systems bleibt auch dann bestehen, wenn das Rührwerk umläuft, da durch dieses Rührwerk nur eine Durchwirbelung in radialer Richtung bewirkt wird. Eine Störung des Gleichgewichtes tritt είη_; sobald von oben her Toluol und Nitriersäure in die Niveaurohre 8 bzw. 5 eingefüllt werden. Dieser Flüssigkeitsstrom setzt sich in dem Reaktionsrohr fort, und zwar in entgegengesetzter Richtung, da die schwerere Nitriersäure in der Reaktionszone nach unten sinkt, während das leichtere Toluol nach oben steigt. Hierbei reagieren die beiden nicht mischbaren Flüssigkeiten miteinander, und es erfolgt bei Einhaltung entsprechender Temperaturen und Verweilzeiten eine vollständige Umsetzung des ToIUO¹Is zu Mononitrotoluol oder eines bereits nitrierten ToIuöls in eine höhere Nitrierstufe. Das nitrierte Produkt trennt sich in der Entmischungszone von den Resten der Säure und \'erläßt durch den Ausfluß 3 das Reaktionsrohr. Die Nitriersäure, die in der entgegengesetzen Richtung die Reaktionszone durchwandert, trennt sich in der unteren Entmischungszone als Abfallsäure von dem Toluol bzw. Mononitrotoluol und verläßt durch den Siphon 2 das Reaktionsrohr. Zu- und Abfluß der Reaktionsflüssigkeiten erfolgen also automatisch und kontinuierlich, 5 ohne daß Drossel- oder Absperrorgane benötigt werden. Für den praktischen Betrieb ist das Reaktionsrohr noch mit einem nicht besonders dargestellten Mantelrohr umgeben, um durch Einleitung eines Kühl- oder Heizmediums die Reaktionstemperatur einzustellen.roh res 2 is dimensioned so that the upper zone of the reaction tube 1 z. B. with mononitrotoluene, the lower zone with waste acid and · the middle reaction zone except with these two. Liquid components are still filled with toluene and fresh nitrating acid. The two level tubes 5 and 8 are filled with toluene and nitrating acid up to a certain height, which results from the specific weights. This equilibrium of the system also remains when the agitator rotates, since this agitator only causes turbulence in the radial direction. A disturbance of the equilibrium occurs είη _; as soon as toluene and nitrating acid are poured into the level tubes 8 and 5 from above. This flow of liquid continues in the reaction tube, specifically in the opposite direction, since the heavier nitrating acid sinks down in the reaction zone, while the lighter toluene rises upwards. Here, the two immiscible liquids react with one another, and if the appropriate temperatures and residence times are maintained, the ToluO ¹ is converted to mononitrotoluene or an already nitrated Toluol in a higher nitration stage. The nitrated product separates from the residues of the acid in the segregation zone and leaves the reaction tube through the outlet 3. The nitrating acid, which migrates through the reaction zone in the opposite direction, separates in the lower separation zone as waste acid from the toluene or mononitrotoluene and leaves the reaction tube through the siphon 2. The inflow and outflow of the reaction liquids are therefore automatic and continuous, 5 without the need for throttles or shut-off devices. For practical operation, the reaction tube is also surrounded by a jacket tube, not specifically shown, in order to set the reaction temperature by introducing a cooling or heating medium.

ίο Dieser Mantel ist wegen der ungleichen Wärmetönung in verschiedenen Höhen des Reaktionsrohres zweckmäßig durch Zwischenwände in Sektoren aufgeteilt.ίο This coat is because of the uneven heat tone at different heights of the reaction tube, appropriately divided into sectors by partition walls.

Auch bei der vorliegenden Anordnung besteht ebenso wie bei Rührkesseln für die Herstellung von Sprengstoffen (Trinitrotoluol) der Vorteil, daß besondere Lagerungen für die vertikale Rührwelle innerhalb des .Reaktionsrohres fortfallen.In the case of the present arrangement, as in the case of stirred kettles, there is also the production of explosives (Trinitrotoluene) the advantage that special bearings for the vertical agitator shaft within the .Reaction tube omitted.

Ausführungsbeispiel
20 Embodiment
20th

Nitrierung von Toluol zu Dinitrotoluol in einer Stufe und in einer Verfahrensweise, wie sie aus der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung ersichtlich ist. In dieser Zeichnung sind lediglich die benutzten Kolbenpumpen· nicht eingezeichnet. Auch ist die Dosierung von Toluol, Mischsäure und Wasser nicht besonders angegeben. Die Ergebnisse der Arbeitsweise nach dem neuen Verfahren sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich.Nitration of toluene to dinitrotoluene in one step and in a procedure as described in the in the device shown in the drawing can be seen. In this drawing only the used ones are shown Piston pumps not shown. There is also no dosage of toluene, mixed acid and water specially stated. The results of working according to the new method are shown in the following Table.

Durchsatz ccm/Std.
Toluol I MS I WasserThroughput ccm / hour
Toluene I MS I water

Nitriertemperatur ⁰CNitriding temperature ⁰ C

am
Toluoleinlaßat the
Toluene inlet

am
Säureeinlaß Dinitrotoluolat the
Acid inlet dinitrotoluene

EPEP

g/Std.g / h

Ausbeuteyield

Vo derBefore

Theorietheory

Spezifisches
GewichtSpecific
weight

AbfallsäureWaste acid

HNOs
VnENTs
Vn

H2SO4H2SO4

415415

/0/ 0

etwa 40about 40

etwa 75 55,0about 75 55.0

341.1341.1

99,199.1

1,641.64

1,91.9

71,571.5

Mischsäure:Mixed acid:

HNO., 34,5%ENT., 34.5%

H₂SO₄ 62,8%H ₂ SO ₄ 62.8%

Spezifisches Gewicht 1,77Specific gravity 1.77

Die Ausbeute bezieht sich auf eingesetztes Toluol. Um die. Reaktionstemperatur auf 75° C zu halten, mußte der Apparat beheizt werden (mit Heißwasser), weil die Menge der durch Ausstrahlung verlorenen Wärme größer war als die Reaktionswärme.The yield is based on the toluene used. To the. To keep the reaction temperature at 75 ° C, the apparatus had to be heated (with hot water) because the amount of radiation lost Heat was greater than the heat of reaction.

Claims

50 claim:

Device for the continuous nitration of toluene according to the countercurrent principle with simultaneous Separation of the nitrated toluene »from the waste acid, characterized in that at one the reaction liquid receiving and thus completely filled, vertically arranged, closed Tube with outlet nozzle for the nitrated toluene attached to the upper end and on siphon at the bottom for draining off the waste acid at a certain distance from the upper end of the reaction tube a level tube for the supply of the nitrating acid and about at the same distance from the lower end of the reaction tube a level tube for the The toluene feed line opens and that in the area of the tube between these two junctions a stirrer is attached, which only causes the radial swirling of the reaction liquid.

Considered publications:
German patent specifications No. 287 799, 655 339,
858 245;

Austrian Patent No. 180 569;
U.S. Patent No. 2,363,834.

1 sheet of drawings