В Германии промывку тротила производили путем смешивания расплавленного продукта с промывной жидкостью и последующей декантацией в том же аппарате. Промывные аппараты имеют ту же конструкцию, что и нитраторы. Отстоявшаяся промывная жидкость эвакуируется с помощью сжатого воздуха. Тротил промывают три раза: водой, 3–4%-ным раствором соды и затем снова водой.

В США и Англии тротил промывают в чанах с мешалками и только горячей водой четыре-шесть раз до остаточной кислотности 0,01%. Потеря тротила с промывной водой обычно достигает 0,5%.

Очистка тротила

Промытый тротил (сырец), имеющий температуру затвердевания не ниже 77,4°С, содержит до 6% примесей, представляющих собой главным образом несимметричные изомеры тринитротолуола и динитротолуол, а также тетранитрометан, продукты окисления и др. Примеси вызываю понижение температуры затвердевания тротила. Поэтому тротил-сырец в дальнейшем очищают от этих примесей либо химическим способом – перевод примесей в растворимые в воде соединения, либо физическим способом – кристаллизация из растворителей или промывка кристаллического тротила растворителями.

Химический способ очистки. Этот способ очистки тротила-сырца основывается на превращении примесей путем взаимодействия их с реагентом в растворимые в воде соединения. Подобрать подобные реагенты не трудно, так как основными примесями являются несимметричные тринитротолуолы, легко замещающие нитрогруппу, стоящую в метаположении по отношению к метильной группе. Такими реагентами, могут быть, например, щелочь, аммиак, метиламин и другие аминопроизводные, реагирующие с несимметричными тринитротолуолами.

Более удобным реагентом оказался сульфит натрия, и в течение последних тридцати лет его широко используют для очистки тротила-сырца [21].

Сульфитная очистка основана на том, что сульфит натрия, реагируя с большинством примесей, полученных в результате побочных реакций и нитрования примесей, находящихся в толуоле, образует соединения, растворимые в воде и в водном растворе сульфита натрия, благодаря чему примеси легко отмываются при дальнейших операциях.

Действие водных растворов сульфита натрия на примеси различно.

С несимметричными изомерами тринитротолуола сульфит натрия реагирует на холоду, образуя динитротолуолсульфонаты натрия, хорошо растворимые в воде.

Тетранитрометан сравнительно легко взаимодействует с сульфитом натрия. Конечным продуктом является тринитрометан–вещество, хорошо растворимое в воде с желтым окрашиванием:

С (НО2)4 +Na2SО3 + Н2О→С (NО2)3 H + NaNО2 + NaHSО4.

С тринитробензолом образуется аддитивное соединение ярко-красного цвета, легко растворимое в разбавленных растворах сульфита натрия.

Продукты окисления фенольного типа также легко растворяются в разбавленных растворах сульфита, образуя феноляты.

На недонитрованные примеси тротила: динитротолуол, динитробензол, а также на тринитрометаксилол разбавленные растворы сульфита натрия не действуют. Поэтому тротил, направляемый на сульфитную очистку, должен содержать по возможности минимальное количество этих соединений.

Разбавленные растворы сульфита натрия при низких температурах на α-изомер практически не действуют, но в более концентрированных образуются аддитивные и другие соединения α-тринитротолуола с сульфитом натрия, окрашивающие раствор в ярко-красный цвет. Часть этих соединений разлагается водой с регенерацией α-тринитротолуола. Растворимость α-тринитротолуола в растворах сульфита натрия зависит от концентрации этих растворов, что видно из следующих данных: 3%-ный раствор сульфита натрия при 20°С растворяет 0,3% α-тринитротолуола; 6%-ный раствор сульфита натрия при 20°С растворяет 0,6% α-тринитротолуола; 12%-ный раствор сульфита натрия при 20°С растворяет 2,3% α-тринитротолуола [23, с. 72].

Следовательно, уже 6%-ный раствор является довольно сильным растворителем, приводящим к большим потерям тротила.

Значительное влияние на потери тротила оказывает и температура обработки его раствором сульфита.

Так при действии 250 мл 5%-ного раствора Na2S03 на а-тринитротолуол при 30, 40, 50 и 60° общие потери составляют 0,9; 1,1; 2,0; 5,0 г, а потери нерегенерируемые – 0,4; 0,6; 1,5 и 5,0 г соответственно.

Следовательно, потери α-изомера с повышением температуры выше 40°С значительно возрастают, причем переходят в потери не регенерируемые с разбавлением раствора, что говорит о новом характере получающихся соединений. Минимальная потеря α-тринитротолуола имеет места при обработке его сульфитом в течение максимум одного часа при температуре ниже 40°С и разбавлении сразу же после конца реакции равным объемом воды. Поэтому, принимая во внимание указанное выше влияние концентрации сульфитного раствора и температуры обработки, на заводах работают с разбавленными растворами – от 2 до 5% активного сульфита, проводя обработку преимущественно при температуре ниже 60°С. При применении более разбавленных растворов сульфита натрия, концентрации около 2%, возможно проведение очистки и при 75°С; потери α-изомера при этом сравнительно небольшие [24, с. 31].

Обработка сульфитным раствором дает лучшие результаты, если ей подвергается тротил в виде кристаллов или в крайнем случае в виде раздробленных мелких гранул. Так как при образовании кристаллов жидкие примеси собираются в виде тонкой пленки на их поверхности, то они легко подвергаются действию сульфита, в то время как в расплавленном тротиле или в крупных гранулах примеси распределены по всей массе и таким образом как бы предохранены от воздействия сульфита. По указанной причине в США и Германии промывке тротила сульфитом натрия предшествует кристаллизация расплавленного тротила под водой.

Основными аппаратами мастерской сульфитной очистки являются кристаллизаторы и воронки.

Воронка служит для отжимания и отмывания сульфитного раствора и растворенных в воде примесей, образовавшихся вследствие обработки тротила сульфитом натрия. Горячей водой отмываются также легкоплавкие примеси к тротилу, выделившиеся на поверхность кристаллов во время кристаллизации (динитротолуол, динитробензол).

В кристаллизатор при работающей мешалке заливают горячую воду (с температурой не ниже 80°С) и расплавленный тротил (соотношение 1:1 по объему). Для охлаждения пускают в ход вентиляцию. По достижении в кристаллизаторе температуры 56–58°С приливают раствор сульфита натрия (в виде 10–15%-ного раствора). В США применяют 16%-ный раствор сульфита, содержащий 0,5% бисульфита.

Во время кристаллизации из тротила выделяются примеси. Распределяются они на поверхности кристаллов чистого α-изомера, а поэтому становятся более доступными действию сульфита. Если нарушить правильность кристаллизации резким охлаждением или неравномерным перемешиванием в различные периоды кристаллизации, то могут образоваться сростки кристаллов или гранулы. Внутри этих сростков и гранул кристаллы тротила будут недоступны для промывки раствором сульфита, что снизит качество тротила и приведет к получению некондиционного продукта. Даже если в лучшем случае гранулы образуются после воздействия сульфита на примеси, они все же могут явиться причиной выхода некондиционного продукта, так как при этом будут внутри содержать маточный раствор сульфита, не поддающийся промывке водой на воронке.