Bereiding van Trinitrotolueen

I

I

.

/t

!

~

~

.< P.M.J. Kupers

W

.

F

.

Jansen Verplanke

BEREIDING VAN TRINITROTOLUEEN.

Inleiding.

De fabricage van trinitrotolueen op grote schaal dateert

uit de jaren van de eerste wereldoorlog, met als vrijwel enig

doel de bereiding van springstoffen.

Men gaat algemeen uit van tolueen uit koolteer of van

to-lueenrijke fracties van bepaalde aardoliën (~rneoolie).

Deze worden in twee of meer trappen genitreerd, waarbij dus

via mononitrotolueen en dinitrotolueen het T.N.T. ontstaat.

Ö

'

/

tt:

~

O

NO,

O

~,

O

,

HO,

~

~--~

o,.N

o

~

tl ~

o

~~

<:o

t

t

~

"\

~O

''''~

MOl

71./,e°1.o '1.0.1'1. o,~ 4,r'~ I,/o/ta

______ 'iN 1'101 NOl.

NO,

'''

~

~l

~

<~l

l

/

/

.

~

,

~N

O

)llUt

~

<\N

Q

NOlH

O

NO

t

9 ~rdlo 2,.,'(. ',1"1, D,l -t_o.

~l ~ ~~

Nell.. ~_. . .~~l'I_Ol. ~

~YMM. ï.N.T. .4-SYJ"1M.

T.1'cr

.

De hoeveelheid van

4

,

5

%

asymmetrisch T.N.T., welke bij de

ni-trering gevormd wordt, is wegens de ongunstige invloed op het

explosieve karakter ongewenst en wordt daaroM.verwijderd.

Men gebruikt voor de uitvoering van de nitrering mengzuren be

-staande uit HN03' H2504 en 503' met dien verstande, dat de ver -se zuren eerst gebruikt wor(fIBn voor de trinitrering en dan na

toevoeging van geconcentreerd salpeterzuur nog achtereenvolgens

voor de tweede en eerste trap kunnen dienen.

De nitrering wordt uitgevoerd in de normale Hough-nitrator,

voor-zien van een goede koeling en een zware roerder.

Het ruwe T.N.T. wordt gewonnen door afscheiding bij hoge

tem-peratuur in de vloeibare phase, of na koeling door afcentrifu

-geren van de kristalmassa. Het moet tenslotte nog een wasbehan

-deling ondergaan, teneinde mineraalzuur en asymmetrisch T.N.T.

te verwijderen.

Omstreeks 1920 had men in de Engelse en Franse bedrijven het proces reeds in belangrijke mate vervolmaakt: Het opwerken

van de ruwe producten geschiedde continu, doch de nitreringen

zelf bleven discontinu. Door vele bezwaren is dit in de loop

I •

I

I

~

v

2

derde trap zo klein)dat bij een continu proces een onevenredig

groot aantal ketels nodig zou zijn om een voldoende

omzettings-graad te garanderen.

Dit beletsel is sinds enkele jaren weggevallen; door het gebruik

maken van zeer geconcentreerde mengzuren (met een hoog 803

%)

is de reactiesnelheid in de derde trap dusdanig opgevoerd, dat

het nu verantwoord is, het nitreringsproces geheel continu uit te voeren.

Men is zich steeds bewust geweest van het grote belang, verbon-den aan een continue werkwijze en had daarbij in de eerste plaats

het oog op de algemene voordelen: grotere capaciteit, minder

bedienlngspersoneel en een gelijkmatiger proces. Deze kunnen opwegen tegen de hogere installatiekosten. Doch ook andere

fac-_Á~ toren spelen een rol: Het feit dat in vele landen de maximale

\vt"

inhoud van de nitreerketels uit veiligheidsoverwegingen

wette-~ lijk is vastgelegd, vormt bij vele bedrijven een beletsel

te-qr gen het opvoeren van de productie. Ook hier zou een continu

proces dus uitkomst kunnen bieden.

Verder wordt de zuurhuishouding gunstiger, omdat men het

meng-zuur ~ tegen de te nitreren stoffen in kan laten béwegen:

In de laatste trap nitreert men D.N.T. met het verse zuur, doch

het afvalzuur uit deze trap kan weer gebruikt worden voor een

vorige trap. Hierdoor is het ook niet bezwaarlijk, dat bv.

D.N.T. in het mengzuur blijft opgelost, want dit wordt doèr het M.N.T. in de eerste trap weer geëxtraheerd.

Ook bij de discontinue werkwijze was men tot een dergelijk sys-teem gekomen, doch het is duidelijk dat dit effect bij volle-dige tegenstroom het grootst is.

Het is echter gebleken, dat ook met geconcentreerde meng-zuren de reactiesnelheid niet zo hoog opgevoerd kan worden,

dat men kan gaan werken met kleine, continue nitra-toren, zoals

deze ook voor sommige enkelvoudige.nitreringen gebruikt worden.

Deze hebben alle een te kleine verblijf tijd om er de

trinitre-ring met voldoende r.endement in te doen verlopen. Daarom blijft men aangewezen op een stelsel in serie geschakelde

Hough-nitra-toren, waardoorheen zich geleidelijk het reactiemengsel beweegt.

Het gebruik van geconcentreerde mengzuren brengt, in ver-gelijking met de tovhu toe toegepaste mengzuren ook nog andere belangrijke voordelén met zich mede:

Ie. Door het belangrijke gehalte aan vrij 803 van het verse

mengzuur bevat het afvalzuur na nitrering in de derde trap nog

maar weinig water. Om dit zelfde zuur ook nog in de tweede en

eerste trap te kunnen gebruiken kan men reeds volstaan met de toevoeging van 61 %-ig salpeterzuur. Dit is veel goedkoper dan

het 98 %-ig salpeterzuur, waar men in de andere gevallen aan

gebonden was, om het watergehalte binnen de toelaatbare gr.en-zen te houden.

2e. Men kan volstaan met een geringere overmaat mengzuur, omdat

men tooh reeds verzekerd is van een laag H20 gehalte in het afvalzuur; er zijn geen grote hoeveelheden zwavelzuur nodig om het percentage water te drukken.

3e. ~en gevolg hiervan is weer, dat men in eenzelfde nitrator

.eer te nitreren stof kan behandelen.

Verder is ook de totale hoeveelheid T.N.T. welkeJopgelost in

het afvalzuur,acQ~~~~l~jft kleiner geworden •

. \ 4e. De vrijkomen~te bij !M:ag1:ag Ty'8:ft "atJar niet

geconcen--~ treerde mengzuren is veel kleiner, dan in het geval van de

nor-V

,

male mengzuren. Dit verhoogt de veiligheid tijdens de nitrering,

~ . vergemakkelijkt de controle en vermindert de hoeveelheid te

gebruiken koelwater.

5e. Door de hogere nitreringssnelheid kan bij lagere temperatuur

(bv. 850_{C voor de trinitrering) toch binnen korte tijd een hoog}

rendement verkregen worden. ; ook dit verhoogt de veiligheid.

6e. De verwijdering van het reeds eerder genoemde asymmetrische T.N.T. is veel eenvoudiger uit te voeren indien men met

gecon-I I I

I

•

. ~

L

r ' '''-./

centreerde mengzuren werkt. Het asymmetrische T.N.T. is nl. bij

lage temperatuur (200_{C) nog goed oplosbaar in mengzuur, dat min}

-der dan 8

%

water bevat, terwijl het symmetrische T.N.T. dan

bijna geheel uitkristalliseert. Door in de derde trap het meng

-sel af te koelen, scheidt zich het practische zuivere T.N.T.

af, dat nu alleen nog maar een wassing met water behoeft te

ondergaan, om het minerale zuur en de gevormde organische, zuren

te verwijderen. "

Het gehalte aan asymmetrisch T.N.T. houdt men binnen de perken,

door continu een deel van het afvalzuur na de verwijdering van

symmetrisch T.N.T. te spuien.

Dit gespuide zuur wordt verdund met water, waarbij de opgelos

-te stof zich afscheidt en ook nog gewonnen kan worden.

Bij de nitrering met het vroeger gebruikte mengzuur is

na

de

derde trap reeds te veel water aanwezig om een dergelijke schei

-ding mogelijk te maken. De ongewenste bestanddelen komen dan

terecht-in de hoofdmassa T.N.T. en worden verwijderd nà de

was-sing met water door een sulfiet behandeling. Door een oplossing

van Na2S03 wordt zowel het asymmetrische T.N.T. als het symme

-trische T.N.T. aangetast, doch het eerste in veel sterkere ma

-te •

Bij de omzetting worden D.N.T. sulfonzure verbindingen gevormd,

welke oplossen.

Men kan niet bij te hoge temperatuur werken, omdat dan te veel

verlies aan symmetrisch T.N.T. optreedt. Het iS daarom niet

mogelijk om het T.N.T. in vloeibare toestand te behandelen met

Na2S03·

Inplaats daarvan koelt men T.N.T. in water heel langzaam af,

waardoor zich eerst kleine, goed gedtffinieerde kristallen van

zuiver T.N.T. vormen, terwijl de onzuiverheid zich in hoofdzaak

op het oppervlak afzet~ en dus bij de volgende sulfietbehan

-deling gemakkelijk bereikbaar zijn.

Het is duidelijk, dat het een vrij langdurige werkwijze is,

welke moeilijk ingepast kan worden in het continue proces; de

eers(genoemde methode verdient daarom de voorkeur.

Op grond van argumenten, die in deze inleiding gegeven zijn,

is n~et ontwerpen van de T.N.T. fabriek het continue proces

met geconcentreerde mengz~hals basis genomen. De capaciteit

van de fabriek is op ongeveer 2 ton T.N.T. per uur gesteld, of

-wel een dagproductie van ongeveer 50 ton.

Het is nu nog de vraag in hoeverre het ideaal van volledige

tegenstroom van zuur en organische stof benaderd kan worden.

Zoals reeds is opgemerkt blijft men nog gebonden aan een vrij<

lange verblijftljd, dus aan een.serie nitratoren. Volgens U.S.P.

1.297.170. voor de bereiding van T.N.T. uit M.N.T., wordt de

tegenstroom volledig doorgevoerd; na elke nitrator volgt dus

een separator, waarna de organische stof naar de volgende reac

-tor gaat en het mengzuur naar de vo~ig8 • Bij het grote aantal

reactoren krijgt 'men dan echter zeer hoge installatiekosten

en ingewikkelde bediening. Men kan daarom beter gebruik maken

van het Nederlandse Patent No. 60480. van de Staatsmijnen, dat

de continue werkwijze connbineert met een niet geheel doorge

-voerde tegenstroom.

In elke trap heeft men gelijkstroom van mengzuur en organische

stof.

Na een aantal reactoren in een trap volgt een separator, waar

-na het zuur -naar de eerstvolgende lagere trap gaat en de

orga-nische stof naar de eerstvolgende hogere trap. M.a.w. tussen

de verschillende nitreringstrappen heeft men wel tegenstroom.

-Deze werkwijze is als basis genomen voor het fabrieksontwerp.

Om de gewenste scheiding tussen symmetrisch en asymmetrisch

T.N.T. te verkrijgen, wordt het mengsel van T.N.T. en mewgzuur

door een kristallisator gevoerd, waarna het rUwe T.N.T. in een

, - - -

-1

I

I

~

,.

. ( , \ I ~

I

4

sulfiet is hier weggevallen, zodat alleen een waterwassing ter verwijdering van zuur overblijft. Uiteraard ligt een continue werkwijze hier voor de hand.

Men is wat betreft de opwerking van het product zeer beperkt

in de keuze; de verschillende uitvoeringen verschillen zeer

weinig van elkaar. Bij de beschrijving van het gevolgde schema

wordt hier nog opgewezen. Het afvalzuur van de nitreringen is

als regel niet meer zonder meer bruikbaar. Beschikt men in het

bedrijf over een lodenkamerzwavelzuurfabriek, dan kan het

al-valzuur in de glovertoren worden gevoerd.

In verband met de bereiding van het benodigde geconcentreerde

mengzuur ligt het meer v00r de hand, dat een

contact-zwavelzuur-fabriek aanwezig is.

In dit geval kan men het afvalzuur sproeien in een

verbrandings-oven van generatorgas (Zie Cios XXVIII 60) .

Bij 8000C wordt dan S02 gevormd. Via een Cottrell-scheider voor

de verwijdering van H20 en stof, voert men het 802 in de

con-tactoven voor de omzetting tot 80~ en vervolgens tot mengzuur.

Ioewel de verwerking op deze wijzS vrij duur is, heeft dit

sys-teem het voordeel, dat men minder is aangewezen op

grondstof-fen welke van ver moeten worden aangevoerd. Speciaal voor de

T.N.T. bereiding is dit een factor van belang.

Tenslotte dient men bij het inrichten van de fabriek steeds de veiligheidsvoorschriften in acht te nemen. De verschillen-de bewerkingen dienen zo mogelijk in verschillenverschillen-de gebouwen

uitgevoerd te worden, om de gevolgen van een brand of explosie '

- , (

.J

V

P.M.J. Kupers. De nitrering van tolueen tot trinitrotolueen.

De nitrering wordt in drie trappen uitgevoerd. In de eerste trap

. wordt tolueen tot mononitrotolueen genitreerd; in de tweede trap

wordt zodanig genitreerd, dat uiteindelijk een mengsel ontstaat

van circa 50

%

mononitrotolueen en 50

%

dinitrotolueen. l n deze

trap wordt niet volledig tot dinitrotolueen genitreerd om de

rs-actieproducten na deze trap gemakkelijk te kunnen scheiden en

_transporteren naar de nitreerketols van de derde trap.

In de derde trap.wordt dit mengsel van mono-en dinitrotolueen

genitreerd tot trinitrotolueen.

Zoals reeds in de inleiding is opgemerkt, wordt voor de derde

trap een vers mengzuur gebruikt, terwijl voor de nitrering in

de lagere trappen afvalzuur wordt gebruikt van de derde en

twee-de trap. Aan de eerste en tweede trap moet salpeterzuur gesup- '

pleerd worden, omdat her percentage in het afvalzuur te laag is.

Uitgaande van ~~n ton tolueen per uur wordt met dit proces

on-geveer twee ton trinitrotolueen geproduceerd.

Achtereenvolgens zulIon nu de nitreringen in de verschillende

trappen worden besproken aan de hand van de tekening.

Eerste trap.

In de' nitreerketel (1) wordt continu tolueen en mengzuur -

aange-voerd.

Dit mengzuur is samengesteld uit een mengsel van de gehele

hoe-veelheid afvalzuur van de tweede trap, een deel van het

afval-zuur van de derde trap en 61 %-ig salpeterzuur.

De zuren worden samengebracht in de mengketel (11). Vanuit een

opsl agtank wordt het salpeterzuur door leiding (21) aan de

meng-ketel toegevoerd.

Via leiding (20) komt het afvalzuur v~~ de tweede trap in de

mengketel, terwijl het afvalzuur van de derde trap door leiding

(17) en vervolgens (19) wordt aangevoerd. '

Onder koeling moeten deze zuren gemengd worden, daar hierbij

warmte vrij komt. Deze warmte dient te worden afgevoerd, daar

anders HN02 kan ontstaan ten koste van het HN03-geha1te.

De mengketels dienen tevens als buffertanks.' Vanuit de

mengke-tel komt het mengzuur in de nitreerketel (1).

Hier wordt tolueen aangevoerd vanuit een opslagtank. Vervolgens

komt het reactiemengsel continu in de nitreerketel (2), waarin

de nitrering tot mononitrotolueen beeindigdwordt.

De overmaat aan HNO moet bij de nitrering in-de eerste trap

slechts gering Zijn~ daar het niet gewenst ip, ,dat reeds een

ge-deelte van h~t mononitrotolueen omgezet wordt in dinitroto1ueen.

Anderzijds mag geen onomgezet tolueen overgehouden worden bij

de nitrering in de eerste trap, daar de afscheiding van

mono-nitrotolueen hierdoor bemoeilijkt wordt.

Tevens kan-tOlueen, dat bij de nitrering in de'tweede trap

te-recht komt, waar een hogere temperatuur heerst, aanleiding

ge-ven tot oxydatieproducten, die de qualitèit van het

trinitro-tolueen beinvloeden. De temperatuur in de beide nitreerketels

(1) en X2) is 25-300 _{C en wordt door J.weling met water}

gehand-haafcl..

Na de nitrering in de ketels (1) en (2) volgt de scheiding in

de separator (3). Het afvalzuur verlaat de separator door de'

leiding (24) en lcan verwerkt worden volgens de mogelijkheden,

s~o' M • , r ,- I ,:

LJj

-

,

i "

Ir

"

t

,

:

"

,

'

:

'il ' - I i "

','

I

'

I

r

"'~"""

1

C'.-J

_I

i!

_,...

...

_:).c:

.

L __

I

,

_:

~,

_{_---1}

-_

..

~

0 cL ..•. L C>0 ,r . - - f , I Arv~lWAn:R.

,

-l

- - 1 - , I , I . i

I

>-- ' ----,1 ' [ ' ,-- : ' I x ~_ _ ' Î5l

'1-'wA, -" 1 x i , wr JAN5fN VERFlANKE. r 'AN TNT EfREI[1IN ' \ ' , 1'1E1 1950.

I

1'-I

Het mononit~oto1ueen verlaat de sepa~ato~ aan de bovenzijde en

wordt naar de nitre~ing in de tweede t~ap afgevoerd.

Tijdens de nit~e~ing in de ee~ste trap worden de volgende

hoeveel-heden stof per uur aan-en afgevoerd. Aangevoerd:

1000 kg tolueen

2177 kg afvalzuur van de tweede t~ap.

Samenstelling: 78

%

H2S04

2

%

_HN03

2

%

HN02

15

%

H20 .

3

%

nitroverbinding.

1186 kg afvalzuur van de derde trap.

Samenstelling: 81

%

H2S04 6

%

HN03 3 % HN02 3

%

H20 7

%

ni troverb. 952 kg salpeterzuur 61 %-ig. Afgevoerd: 1489 kg mononitrotolueen

148 kg nit~overbindingen afkomstig van het afvalzuur der tweede

en derde trap. 3707

kg

afvalzuur • Tweede trap. Samens telling: 71 1 3 25

In de nitreerketel (4), de enige waaruit deze trap bestaat~wordt

continu mononit~otolueen ingevoerd. Het mengzuu~, dat in deze trap

gebruikt wo~dt, wordt aangevoerd vanuit de mengketel (12), via de

leiding (23). In de mengketel wordt door leiding (21) salpeterzuur

aangevoerd vanuit de opslagtank. Verder wordt een deel van het

af-valzuur van de derde trap doo~ leiding (17) en ve~volgens (18)

aan-gevoerd in de mengketel. Om de mengwarmte af te voeren wordt de

mengketel eve~ls bij de nit~e~ing in de ee~ste t~ap gekoeld. De

tempe~atuu~ in de nit~ee~ketel (4) is ongevee~ 40°C. Deze temperatuu

en ook de samenstelling van het mengzuu~ is zodanig gekozen, dat slechts 40-60

%

van de hoeveelheid mononit~oto1ueen in dinit~otolu­

een wordt omgezet.

De~scheiding van het ~actiemengsel vindt plaats in de separator

(5). Het afval zuur, dat de sepa~ator aan de onderzijde verlaat,

wordt door de leiding (20) naa~ de mengketel (11) afgevoe~d.

In deze leiding bevindt zich een cent~ifugaalpomp, die de vloeistof

naa~ de hoge~ gelegen mengtank oppompt.

Het vloeiba~e mengsel van mononit~otolueen en dinitrotolueen

ver-laat de sepe.~ato~ aan de bovenzijde en wo~dt afgevoe~d naa~ de ee~­

ste nit~ee~ketel van de de~de trap.

Tijdens de nit~e~ing in de tweede t~ap wo~den de volgende

hoeveel-heden stof pe~ uu~ aan- en afgevoe~d. Aangevoe~d:

1489 kg mononit~otolueen

148 kg nit~ove~bindincen afkomstig van de ee~ste trap.

425 kg sa1pete~zuu~ 61 -:I.

I

L

lAfgevoerd:

1746 kg mono- en dinitrotolueen

2177 kg afvalzuur (samenstelling zie blz.2.. )

2.30 kg nitroverbinding afkomstig van het afvalzuur van de derde

trap·, dat teruggewonnen is in de eerste

en tweede trap.

De hoeveelheid organische stof, die in de tweede trap met het af

-valzuur wordt afgevoerd, wordt voor het grootste deel in de eerste

trap weer teruggewonnen. De oplosbaarheid van ~ organische ni tro

-verbindingen is bij het afvalzuur van de eerste trap.minder groot~

Ie. Omdat de temperatuur lager is

2e. Omdat het afvalzuur minder geconcentreerd is.

Vooral het gehalte aan _{H2S04 van het afvalzuur is zeel" belangrijk}

voor de oplosbaarheid. Voor de meeste organische stoffen stijgt de

oplosbaarheid in zwavelzuur zeer sterk bij toename van het

H2S04-gehalte van 70-90

%

.

Derde trap.

Het mengsel van mononitrotolueen en dinitrotolueen, dat continu

uit de separator (5) afgevoerd wordt, komt achtereenvolgens in de

nitreerketels 6,7,8,9 en 10.

Het verse mengzuur, dat in hoofclzaak uit een mengsel van S03 en

HN0 3 bestaat, wordt in de nitreerketel (6) aangevoerd vl:lTIui teen

opslagtank. .

De temperatuur vrordt in de verschillende ~ketels gelijkmatig

op~evoerd, zodat nitreerke~el (~) ~en ~efuiddel~~temperatuur van~

55 C heeft cn ketel (10) Veln 85 C. ' - - - - -- '----_____ .---~

De grote hoeveelheid nitreerketels, die in deze trap gebruikt wor-den, is een gevolg van de matige reactiesnelheid van de nitrering

dinitro- trinitrotolueen. In verband met veiligh~idsvoorschriften

is hier gebruik gemaakt van 5 nitreerketels inplaats van 2 of 3

ketels met grotere inhoud.

Na de nitrering in d.e ketel (10) wordt het mengsel van trinitroto ...

lueen en afvalzuur naar de kristallisatol" (15) afgevoerd. Hierin

wordt het reactiemengsel afgekoeld tot circa 20°C. De

kristallisa-tor bestaat uit een bak van duairon. Hierin bevindt zich een

rote-rende as, waaraan een aantal schoepen zijn bevestigd.

Het kristalliserende trinitrotolueen wordt door de schoepen in

bewe-ging gehouden; aan de schoepen zijn schrapers bevestigd om te voorko

men, dat het vast wordende trinitrotolueen zich vastzet aan de

wand.

De roterende as en de schoepen worden inwendig gekoeld met

koelwa-ter.

Het mengsel van gekristalliseerde trinitrotoluenen en afvalzuur

wordt dan in de centrifuge (16) ~evoerd. Deze centrifuge is

semi-continu. Het trinitrotolueen wordt met een transportband naar de

smelttank vervoerd. Het afvalzuur wordt continu uit de centrifuge

afgevoerd door leiding (17). Met behulp ven een centrifugaalpomp

word t dit zuur afgevoerd naar de mengke tels (11) en

(

12

)

en naar ketel

(13) voor de verwijdering van asymmetrisch trinitrotolueen.

Van de totale hoeveelheid afvalzuur van de derde trap wordt ongeveer

~deel naar ketel (13) afgevoerd. In deze ketel wordt onder koeling

water toegevoegd, zodat het asymmetrische trinitrotolueen

uitkris-talliseert. Vervolgens wordt het mengsel afgevoerd naar de

centrifu-ge (14) , waarbij het verdunde mengzuur weer continu wordt afgevoerd

door leiding (24). .

-I

I

~

I , .... I

I

.

j

-

----fuge verwijderd en wordt in kleine houten kisten opgevangen.

Tijdens de nitrering in de derde trap worden de volgende

hoe-veelheden stof per uur aan- en afgevoerd: Aangevoerd:

1733 kg mono- en dinitrotolueen

5335 kg mengzuur met samenstelling 61 fa SO~

27, 26fa HNO~ 10,93 fa _H20

0,75fa HN02. 230 kg nitroverbindingen uit de afvalzuren.

Afgevoerd: /"

4904 kg afvalzuur. samenstelling zie blz. ~

2353 kg trinitrotolueen.

Het gedeelte van het afvalzuur, dat gespuid wordt moet dezelf-de hoeveelheid asymmetrisch trinitrotolueen bevatten als gevormd wordt tijdens de nitrering.

Het mengsel van trinitrotolueen, dat de nitreerketel verlaat bevat:

95,5

%

symmetrisch en 4,5

%

asymmetrisch trinitrotolueen.

De totale hoeveelheid trinitrotoluenen is 2467 kg.

symmetrisch 2356 kg

asymmetrisch 111 kg.

De oplOSbaarheid van symmetrische trinitrotoluenen in 80 fa-ig

zwavelzuur bij 200_{C is 0,5 gram, zodat het afvalzuur}

4920.0,005= 24,6 kg symm. trinitrotolueen bevat. De totale

hoe-veelheid trinitrotoluenen in het afvalzuur is 344 kg; dus

~4t6

• 100

=

7,14 fa symmetrisch trini

trotoluee;:-Er moet gespuid worden 111 kg asymmetrisch trinitrotolueen.

Hierbij bevindt zich ll19~:gg =8 kg symmetrisch trinitrotolueen.

Tesamen 119 kg trinitrotoluenen.

De hoeveelheid afvalzuur die gespuid moet worden is dus

119.&00

-.,- = 1700 kg afvalzuur.

De hoeveelheid trinitrotolueen, die zich in het afvalzuur be-vindt, dat in de eerste en tweede trap weer gebruikt wordt, komt terug in het systeem.

Uit het voorgaande blijkt, dat in totaal wordt afgevoerd

2356 - 8::: 2348 kg symmetrisch trinitrotolueen.

Het overall rendement bedraagt 95,15 fa indien de nitreringen

.' , , " ·r " ! .~ -. "I

o

. , I j' •

I • I

I

"

I

t

5

BEREKENING VAN DE GROOTTE DER KOELSPIRALEN VOOR DE EERSTE

NITREERKETErJ.

I$°e

. .. . - .

In de nitreerketel, waarvan het

koe-lend oppervlak der spiralen berekend

wordt, wordt 1000 kg tolueen per uur

ingevoerd.

--

_._

.... _---..

--Blj de nitrering tot

mononitrotolu-een ontstaat 62

%

p.nltrotolueen

33,5

%

o.nitrotolueen

.4,5

%

m.nitrotolueen.

De totale hoeveelheid warmte, die

per molecuul tolueen moet worden /

afgevoerd is voor: :{

~lt.-p.nitrotolueen 25,3 kg cal.j

,

7'

k.rl

o.nitrotolueen 33,7" I I . a.1

m.nitrotolueen 29,4" ~~~

(Groggibs blz. 67 Tabel XI) f~.,~

De totaal af te voeren hoeveelheid warmte per uur ls dan:

woo

3 )

92

x 10 (25,3.0,62 + 33,7.0,335+ 29,4.0,045

.=-307.595 kg cal/ton.

De nitrering van tolueen tot mononitrotolueen geschiedt

inlni-treerketels)zodat de hoeveelheid af te voeren warmte per kete~

is 151797 K-cal/ton/hr.

Q ;:615.190 BtU /ton/hr.

~

Ult nBvenstaande figuur blijkt, dat de begintemperatuur van het

koelwater 150_{C is gesteld, de eindtemperatuur is 25oe, terwijl}

de maximum temperatuur van de vloeistof in de nitreerketel 300C

is. De temperatuursverhoging ls dus 100e

Ir

kg koelwater.

Er is dus nodig 15380 br koelwater/hr.:=543,175 cal>.ft

Stel:

de diameter aan de buitenzijde) Do, van de koelspiraal is

2t

".,.

~ ft

12 •

de diameter aan de binnenzijde, Di, van de koelspiraal is

2 ": ~ ft

12 •

11

de wanddikte, L, van de koelspiraal is 0,251 ==-0 t 251 ft.

12

Het inwendi~e oppervlak van de koelsplraal ls

114 x

3,14

~

0,02l8

s.$. ft.

De snelhei-d van het koelwater V is dan 5~62iA5

=

25000 ft/hr_

De koelsplraal is vervaardigd van lood.

__

.__

.

_

___

.

___

.

_

Di

gemiddelde temperatuur van het

koelwa-ter is 20°C.

koeLvo.ter

_20°t:. De temperatuur van de wand is gemiddeld

25°C.

Om de temperatuur van de water en vloei- .

stoffllm te berekenen, mag volgens Mac.

Adam. blz. 167. de volgende formule wor-den toegepast:

r \ n' .!; : ' ~ " "

.

.

.1 I.)'. . 'r J 1(', .. ~

.

Ol ·i _.' , ( , " • -t .'\ ) , • , [

.'

~ , ,'. J. , .' ,~, " -, " J' r ,(' '.! ~.~ .J. 'r"

r

,·i·· ,.

o

I

I

I

.

I

..

i

L

,. 725°F.

Voor de vloeistoffilm wordt tf - 30"'0, 5( 25- 30)

=

27, 50_{C = 81, 5}0_F.

Om de warmteoverdrachtscoefficient hi tussen het koelwater en de wand te berekenen kan}volgens Mac Adam blz. l67J de volgende

formule worden toegepast:

Hierin is:

K de thermische geleidbaarheid van water 0,345 Btu /(hr)~4 ft)

(F/ft) • ~, de viscositeit van water 2, 281b/(hr) (ft).

C soortelijke warmte bij constante druk 1,097 Btu!(lb)(oF)

GPsnelheid van het koelwater 15380 kg!hr:=r l.555.642 lb/(hr)(sS.ft)

Na invullen van alle grootheden wordt hi= l194.Btu/(hr)(B~.ft)

( F.).

Perr~ geeft op blz. 977 de volgende formule voor de

warmteover-drac~scoefficient van water in turbulente stroming:

hi= 160(1+ _{0,012 tf) (Vs ) 0.8}

(Di) 0,2

Hierin is: Di de inwendige diameter van de koelbuis in

Vs ls de watersnelheid in ft/sec- 6,944 ft/sec.

Na invullen van alle grootheden wordt hi

=

1226/Btu/ (hr) (s6ft) (OF) •

h i gemiddeld is 1210 Btu!(hr) (s$ft)(OF).

~

1oor

de berekening van de w. armteoverdrachtscoefficient tussen

_ Ide vloeisto:t __ ~n d_~ wand van de spiraal wordt de volgende forml)-Ie toegepastf die strikt" genomen slechts voor homogene vloei-stof geldt:

0(. s rI. s.

Hierin is:

~s de warmteoverdrachtscoefficient voor de spiraal in

J./(sec)(m)(OC).

is

de diameter van de spiraal 0,9 M.

~ het warmtegeleidin§svermogen in J/(sec)(m)(OC).

~,3385 J/(sec)(m)( C).

h het toerental.

L

.

de lengte van de roerder. 0,3 Jo!.

~ de dichtheid van de vloeistof 1475,6 kg/m3•

~ de viscositeit van de vloeistof. 0,01396 kg!(m) (sec).

1s

de viscositeit bij de temperatuur van de spiraal

0,01587 kg!(m)(sec).

~p de soortelijke warmte bij constante druk

1860 J / (kg)( 0) •

Na invullen van deze waarden in bovengeneomde formule, wordt

voor ~s pevonden 1840 J/(sec)(m)(OC).

I • I ,

u

1

-7

warmteoverdrachtscoefficient ho tussen de wand en vloeistof 180 Btu/(hr)(sg.ft.)(OF).

Bij vergelijking van de waarden voor hi en ~o blijkt, dat de

warmteoverdracht het slechts is bij de overgang wand----vloel-stof.

Om de over-allcoe'fficient U voor de warmteoverdracht tussen de

vloeistof en het koelwater te berekenen wordt gebruik gemaakt van de volgende formule:

: . I

U::; - - --

---::-~:----=---__:__-_-_-_-Do + 1.ISll::>o JoQ (.Jo • _ I ~ I

Di h, A. t> 0&' ho hs

In deze formule is hs de warmteoverdrachtscoefficient voor de afzetting van ketelsteen enz. op de spiraal. Hierbij is

aange-nomen dat hs voor het gebruikte koelwater 500 Btu /(hr)(ss.ft)

(OF).

_ . bedraagt.

K

is de thermische geleidbaarheid voor lood bij de temperatuur

van de wand: 20 RtU/(hr) (sg.ft) (OF/ft).

Na invulling van alle waarden in bovengenoemde formule wordt

U=113 Btu/(hr) (sg.ft)(OF).

Om het koelend oppervlak van de sp1raal te berekenen, maken we gebruik van de formule:

Q:: U,.. A "at

hierin is.

A het koelend oppervlak van de spiraal.

~t is het logaritmisch t9m~erBt~rgemiddelde van het

tempera-tuursverschil tussen b1nnenkomend koelwater en vloeistof

ener-zijds en het temperatuursverschil tussen uittredend koelwater

en vloeistof anderzi jds .~t·16, 20 _{F. .}

Na invullen van de waarden in de formule, wordt A=336,6 8$.ft.

Het uitwen4!ge oppervlak van een deel van de koelspiraal van

1 ft lengte is "TT' Do :: 0,654.s6. ft.

De lengte van de koelspiraal ls dus ~6 _ 4

- 0, 5 51

,7

ft.

Om dit te verwezenlijken moet met 5 koelspiralen

_ zoals in nevenstaande figuur is aangegeven worden gewerkt

--

_ 1 _

~

1-

--

-- -

---

._-

r

,--

---I ,De diameter van de binnenste spiraal

is 0,5635 M.

De afstand tussen elke spiraal is

0,073 M genomen, zodat de gemiddelde

diameter van het gehele stelsel van koelspiralen 0,9 • wordt.

Het oppervlak van éém winding van

het stelsel van spiralen wordt dan

5 x 11 x 2,95- 46,36 ft.

Het aantal windingen bedraagt dan

~

::

ll,l

Dit wordt met het oog op de veiligheid 15 windingen. Bij een

hoogte van 1 5 M van de nitreerketel.wordt de keelspiraal dan

15x2~5xOA021)4 .. 0,95 N. Hierbij ls verondersteld, dat de windin-gen an e Koelspiralen op elkaar ligwindin-gen, hetgeen in de

---I ~

I

I

.

~

I

\

.

I

\...

)

I

~ I '.ol I I .,

I

LITERATUURLIJST.

1) Ned.Octro01 60480 Staatsmijnen in Limburg.

2) G.D. C1ift en B.T. Fedoroff

Manoel for Exp10sives Laboratories 1942 New.York.

3) Technical Records of Exp10sives Supp1y.

4) Cios XXVIII 60

5) U.S.P. 1.297.170

6) U.S.P. 2.402.180

7) U.S.P. 2.194.666

8) Br.P. 294.625

9) Davis Chemistry of Powder

10) Cios CCIV 4.

11~~çOS Fina1 Report 1144

12)r~ogginS Unit processes

{

.

~

13)',: v.Kreve1en en, Hulskamp.

\

\ 1 1

in Organic synthesis. l

~

}