DE971577C - Verfahren zum Nitrieren von Toluol in einem Arbeitsgang zu Di- oder Trinitrotoluol - Google Patents

Description

• Verfahren zum Nitrieren von Toluol in einem Arbeitsgang zu Di- oder Trinitrotoluol Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Nitrieren von Toluol in einem Arbeitsgang zu Di-oder Trinitrotoluol. Die Herstellung von Trinitrotoluol erfolgte bisher in einem Dreistufenverfahren, wobei zunächst das Toluol zum Mononitrotoluol, dann zum Dinitrotoluol und schließlich zum Trinitrotoluol nitriert wurde. Sämtliche drei Arbeitsstufen wurden diskontinuierlich durchgeführt, und zwar wurde dabei die Nitriersäure und das zu nitrierende Produkt in Rührkesseln allmählich gemischt und unter weiterem Rühren einer Erwärmung unterworfen. Dann wurde die Rührung unterbrochen, so daß die Abscheidung des nitrierten Produkts erfolgte, und das Produkt und gegebenenfalls auch die Nitriersäure aus dem Kessel abgezogen, der dann für die nächste Charge vorbereitet wurde.
• Dieses Arbeitsverfahren wiederholte sich dreimal und wurde weiterhin noch durch eine Anzahl von Reinigungsbehandlungen verlängert. Außer dem großen Zeitaufwand, der für diese Herstellungsweise von Trinitrotoluol erforderlich ist, hat dieses bekannte Verfahren den Nachteil, daß jeweils größere Mengen der Nitrierprodukte in der Herstellungsapparatur zugegen sind, wodurch leicht heftige Explosionen und Unglücksfälle erfolgen.
• Es wurde nun gefunden, daß sich die Nitrierung von Toluol zu Di- oderTrinitrotoluol in einem einzigen Arbeitsgang durchführen läßt, wobei diese Arbeitsweise den Vorteil hat, daß sie kontinuierlich erfolgen kann. Hierbei wird so vorgegangen, daß das Toluol in Dampfform in Nitriersäure ziemlich hoher Konzentration eingeleitet wird, wobei die Säure auf die für die Reaktion notwendige Temperatur gebracht worden ist. Hierbei bildet sich sofort Trinitrotoluol, dessen erste Anteile sich in der Nitriersäure lösen. Nach einiger Zeit scheidet sich flüssiges Trinitrotoluol auf der Säure ab und kann zusammen mit einem Teil der Säure laufend aus dem Reaktionsraum abgezogen werden; während in diesen laufend frische Säure und feinverteiltes Toluol eintreten. Es entsteht in guter Ausbeute ein sehr reines Produkt.
• Soll die Nitrierung des Toluols nur bis zum Dinitrotoluol durchgeführt werden, so wird das Verfahren in der gleichen Weise bei etwas'geringerer Temperatur und mit weniger konzentrierter Säure durchgeführt. Die Nitrierung des Toluols zum Trinitrotoluol kann auch stufenweise erfolgen, indem die Nitrierung zunächst nur bis zum Dinitrotoluol geführt wird und dann in einer weiteren Stufe zum Trinitrotoluol. Diese beiden Arbeitsstufen erfolgen dabei jedoch ebenfalls kontinuierlich.
• Die Verteilung des Toluols in der Nitriersäure wird so durchgeführt, daß Toluoldampf mit einem inerten Trägergas, zweckmäßig Stickstoff oder Kohlensäure, durch eine Siebplatte, Frittenplatte od. dgl. in die Säure eingeblasen wird. Das Trägergas kann durch Umpumpen wieder verwendet werden. Die Verteilung des Toluols kann aber auch dadurch erfolgen, daß dieses in die Nitriersäure dampfförmig eingedüst wird.
• Dadurch, daß bei dem vorliegenden Verfahren das Toluol jeweils in einen relativ großen Säureüberschuß eingebracht wird, kann die erhebliche Reaktionswärme gut abgeführt werden, und die notwendige Reaktionstemperatur läßt sich genau regeln und einhalten. Durch das Einführen des Toluoldampfes mit dem Trägergas in die Nitrierflüssigkeit erfolgt eine starke Durchwirbelung der Reaktionsstoffe, so daß auf besondere Rührvorrichtungen oder andere mechanisch bewegte Teile zur Herbeiführung einer innigen Durchmischung verzichtet werden kann. Hierdurch wird die Sicherheit der Herstellung ebenfalls erhöht.
• In den folgenden Beispielen sind einige Ausführungsformen der den Gegenstand der Erfindung bildenden Arbeitsweise beschrieben.
• Beispiel I Die Nitrierung von Toluol zu Trinitrotoluol erfolgt beispielsweise in der in der Zeichnung schaubildlich dargestellten Apparatur. Das aus einer Gasflasche oder einer anderen Quelle entnommene inerte Trägergas durchströmt zunächst einen geeigneten Strömungsmesser 2 und wird dann in eine oder mehrere Waschflaschen 4 eingeleitet, die mit Toluol 6 gefüllt sind. Diese Waschflaschen besitzen geeignete Zuläufe, um darin eine gleichbleibende Menge Toluol aufrechterhalten zu können. Diese Waschflaschen sind in Wasserbäder 8 eingetaucht oder werden auf beliebige andere Weise erwärmt.
• Der Gasstrom nimmt aus den Waschflaschen 4 Toluol mit, und dieses Gemisch wird an der Unterseite eines Reaktionsgefäßes 10 eingeleitet. Dieses Reaktionsgefäß ist mit der Nitriersäure I2 beschickt, und die Einleitung des Gasgemisches erfolgt durch eine am Boden des Gefäßes befindliche Siebplatte, Glasfrittenplatte I4 od. dgl. Zur überwachung der Temperatur in dem Reaktionsgefäß I0, das durch ein Wasserbad I6 oder auf andere Weise erwärmt wird, ist ein Thermometer I8 vorgesehen.
• In dem Reaktionsgefäß 10 findet die Umsetzung des Toluols mit der Mischsäure zu Trinitrotoluol oder Dinitrotoluol statt. Das nitrierte Produkt sammelt sich als zweite Schicht 20 auf der Säure und wird durch ein Überlaufrohr 22 abgezogen.
• Um die bei der Reaktion sich teilweise verbrauchende Nitriersäure abzuziehen, befindet sich etwa in der Mitte des Reaktionsgefäßes 10 ein weiteres Abzugsrohr 24. Frische Nitriersäure wird dem Gefäß laufend durch ein Rohr 26 zugeleitet.
• An der Apparatur können geeignete Steuermittel vorgesehen sein, um bei Bedarf in Abhängigkeit von der Reaktionstemperatur oder von anderen Werten den Toluolzulauf bzw. Säurezulauf zu steuern bzw. abzusperren.
• Die Strömungsgeschwindigkeit des inerten Gases, beispielsweise Stickstoffes, beträgt etwa 50 1 pro Stunde, und die Temperatur des in den Waschflaschen 4 befindlichen Toluols wird auf etwa 85 bis go0 C gehalten. Dabei gehen etwa 50 g Toluol pro Stunde über. Dieses Gasgemisch wird in ein in dem Reaktionskessel 10 befindliches Nitriersäuregemisch eingeleitet, das aus I280 ccm rauchender Schwefelsäure mit 8°/o Oleum und 520 ccm rauchender 970/oiger Salpetersäure besteht. Die Reaktionstemperatur wird dabei auf etwa go0 C gehalten. Nach 2stündigem Einleiten von Toluol scheidet sich auf der Nitriersäure flüssiges Trinitrotoluol ab, das laufend bzw. von Zeit zu Zeit durch das Überlaufrohr 22 abgezogen wird. Weiterhin wird laufend die verbrauchte Nitriersäure aus dem Reaktionsgefäß durch die Leitung 24 abgezogen, und die entsprechende- Menge frischer, angewärmter Nitriersäure, etwa 350 ccm stündlich, wird laufend zugegeben.
• Beim Erkalten erstarrt das gebildete Trinitrotoluol, und das lediglich mit Wasser nachgewaschene Rohprodukt besitzt einen Erstarrungspunkt von 740 C. Durch einmaliges Umkristallisieren mit Alkohol, Aceton od. dgl. kann ein ganz reines Trinitrotoluol erhalten werden. Die Ausbeute beträgt, auf das verdampfte Toluol bezogen, 80 O/o der Theorie.
• Beispiel 2 Die in der Zeichnung dargestellte Apparatur kann auch zur Herstellung von Dinitrotoluol verwendet werden. Hierbei werden die Waschflaschen 4 auf einer Temperatur von 75 bis 800 C gehalten, und die Reaktionstemperatur in dem Reaktionsgefäß 10 wird auf 50 bis 550 C festgesetzt. Das Nitriersäuregemischbesteht in diesem Fall aus 1200 ccm 960/einer Schwefelsäure und 600 ccm 680(obiger Salpetersäure. Der Verbrauch an Toluol beträgt etwa 40 g pro Stunde und der Zusatz an frischer Säure I50 ccm pro Stunde.
• Das auf diese Weise hergestellte Dinitrotoluol erstarrt sofort beim Erkalten und ergibt bei einmaligem Umkristallisieren reines Dinitrotoluol.
• Die Ausbeute beträgt, auf Toluol bezogen, 920/. der Theorie.

Claims (2)

1. PATENTANSPRUCHE: I. Verfahren zum Nitrieren von Toluol in einem Arbeitsgang zu Di- oder Trinitrotoluol aus Toluol und einem Salpeter-Schwefelsäure-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß das Toluol in Dampfform kontinuierlich in das Nitriersäuregemisch eingeleitet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß das Toluol mit Hilfe eines inerten Trägergases in Dampfform in das Nitriersäuregemisch eingeleitet wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 207 I70, 287 799; britische Patentschrift Nr. I39 234; USA.-Patentschriften Nr. 403 749, 449 687.