I
I
.
/t
!
~
~
.< P.M.J. KupersW
.
F
.
Jansen VerplankeBEREIDING 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
''''~
MOl71./,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
t9 ~rdlo 2,.,'(. ',1"1, D,l -to.
~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 deni-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 veiligheidsoverwegingenwette-~ 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. 850C 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 (200C) nog goed oplosbaar in mengzuur, dat min
-der dan 8
%
water bevat, terwijl het symmetrische T.N.T. danbijna 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
dederde 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
II
~
,.
. ( , \ 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
VP.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 dezetrap 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
'
Ir
"'~"""
1
C'.-J
Ii!
,......
:).c:.
L __
I
,
:~,
_---1-_
..
~
0 cL ..•. L C>0 ,r . - - f , I Arv~lWAn:R.,
-l
- - 1 - , I , I . iI
>-- ' ----,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
%
H2S042
%
HN032
%
HN0215
%
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 mononitrotolueen148 kg nit~overbindingen afkomstig van het afvalzuur der tweede
en derde trap. 3707
kg
afvalzuur • Tweede trap. Samens telling: 71 1 3 25In 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~otolueen 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 , .... II
.
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 200C 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 trinitrotoluee;:-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
"
It
5BEREKENING VAN DE GROOTTE DER KOELSPIRALEN VOOR DE EERSTE
NITREERKETErJ.
I$°e
. .. . - .
In de nitreerketel, waarvan het
koe-lend oppervlak der spiralen berekend
wordt, wordt 1000 kg tolueen per uur
ingevoerd.
--
_._
.... _---..--Blj de nitrering tot
mononitrotolu-een ontstaat 62
%
p.nltrotolueen33,5
%
o.nitrotolueen.4,5
%
m.nitrotolueen.De totale hoeveelheid warmte, die
per molecuul tolueen moet worden /
afgevoerd is voor: :{
~lt.-p.nitrotolueen 25,3 kg cal.j
,
7'
k.rl
o.nitrotolueen 33,7" I I . a.1
m.nitrotolueen 29,4" ~~~
(Groggibs blz. 67 Tabel XI) f~.,~
De totaal af te voeren hoeveelheid warmte per uur ls dan:
woo
3 )92
x 10 (25,3.0,62 + 33,7.0,335+ 29,4.0,045.=-307.595 kg cal/ton.
De nitrering van tolueen tot mononitrotolueen geschiedt
inlni-treerketels)zodat de hoeveelheid af te voeren warmte per kete~
is 151797 K-cal/ton/hr.
Q ;:615.190 BtU /ton/hr.
~
Ult nBvenstaande figuur blijkt, dat de begintemperatuur van het
koelwater 150C is gesteld, de eindtemperatuur is 25oe, terwijl
de maximum temperatuur van de vloeistof in de nitreerketel 300C
is. De temperatuursverhoging ls dus 100e
Ir
kg koelwater.Er is dus nodig 15380 br koelwater/hr.:=543,175 cal>.ft
Stel:
de diameter aan de buitenzijde) Do, van de koelspiraal is
2t
".,.
~ ft12 •
de diameter aan de binnenzijde, Di, van de koelspiraal is
2 ": ~ ft
12 •
11
de wanddikte, L, van de koelspiraal is 0,251 ==-0 t 251 ft.
12
Het inwendi~e oppervlak van de koelsplraal ls
114 x
3,14
~
0,02l8
s.$. 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 hetkoelwa-ter is 20°C.
koeLvo.ter
_20°t:. De temperatuur van de wand is gemiddeld25°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
..
iL
,. 725°F.Voor de vloeistoffilm wordt tf - 30"'0, 5( 25- 30)
=
27, 50C = 81, 50F.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 spiraal0,01587 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
-7warmteoverdrachtscoefficient 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 temperatuurvan 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