Projektowanie Procesów Technologicznych 2012/2013 Synteza heksanitrostilbenu (HNS) w reakcji utleniania trotylu, w środowisku bezwodnym. Jan Chromiński, Agata Bekier, Magdalena Biskup, Katarzyna Gańczyk Najlepszą spośród opisanych w literaturze metod otrzymywania heksanitrostilbenu, zarówno pod kątem wydajności, jak również łatwości technologicznego zaprojektowania jest metoda bazująca na reakcji trotylu z siarczanem miedzi (II) w obecności benzoesanu sodu oraz DMSO jako rozpuszczalnika. 1. Proponowana metoda syntezy 2. Ogólna charakterystyka i schemat blokowy procesu Utlenianie trotylu: Rozpuszczenie trotylu w DMSO: a) do reaktora z mieszadłem podaje się DMSO i trotyl, uruchamia się mieszadło i miesza zawartość reaktora do momentu całkowitego rozpuszczenia trotylu (czas mieszania: ok. 10 min). b) Reakcja w reaktorze: do roztworu trotylu w DMSO dodaje się siarczan miedzi (II) i benzoesan sodu. Otrzymana w ten sposób mieszanina reakcyjna jest mieszana w reaktorze przez 30min w temperaturze pokojowej. Przerwanie reakcji: Po 30min mieszania, mieszanina kierowana jest do zbiornika przejściowego, do którego doprowadzana jest woda w celu wytrącenia produktu. (Czas kontaktu mieszaniny reakcyjnej z wodą: 10 min.) Filtracja i przemywanie: Zawartość reaktora należy następnie spuścić na filtr ciśnieniowy: - wytrącony osad (zawierający produkt zanieczyszczony głównie miedzią koloidalną) jest przemywany wodą, w ilości ok. 25 l na 1kg produktu, - po odsączeniu wodnego przesączu, osad jest przemywany acetonem w ilości ok. 25 l na 1kg produktu. Usuwanie miedzi Osad po filtracji jest ponownie rozpuszczany w DMSO i sporządzony w ten sposób roztwór jest kierowany na filtr. Do przesączu dodawana jest woda, w celu ponownego wytrącenia produktu już oczyszczonego z miedzi. Przesącz wraz z wodą jest następnie kierowany na filtr ciśnieniowy. Suszenie: Osad po filtracji jest kierowany do suszarki komorowej bezciśnieniowej, gdzie jest suszony w temperaturze ok. 70°C do stałej masy. 3. Wykres Sankey’a Wykres Sankey’a opracowany na podstawie bilansu masowego dla wartości doświadczalnych (maksymalna wydajność uzyskana w skali laboratoryjnej – 40%) 4. Schemat instalacji do produkcji HNS i opis prowadzenia procesu Ze zbiorników Z1 i Z4 podawane są substraty do reaktora R1 i następnie mieszane przez mieszadło łopatkowe przez 10 minut. Po czym ze zbiorników Z2 oraz Z3 dodawany jest siarczan (VI) miedzi (II) oraz benzoesan sodu. Przygotowaną mieszaninę miesza się przez 30 minut, potem za pomocą pompy P2 strumień poreakcyjny przemieszczany jest do zbiornika przechodniego ZP1, do którego dodatkowo dodaje się strumień wody. Następnie strumień podawany jest na filtr F1. Osad przemywany jest strumieniem acetonu (podawanego ze zbiornika Z6 za pomocą pompy P3). Przemyty osad podawany jest na filtr F2, gdzie jest on przemywany strumieniem DMSO ze zbiornika Z5. Pozostały osad umieszczany jest w zbiorniku Z7, natomiast przesącz ponownie kierowany jest do zbiornika przechodniego ZP1 i dodaje się strumień wody w celu wytrącenia HNS. Mieszanina podawana jest na filtr F1, po czym osad umieszczany jest w suszarni S1. Po wysuszeniu osadu jest on umieszczany w zbiorniku Z8. Literatura 1. Biskup M., Opracowanie podstaw nowych technologii otrzymywania HNS. (2012), 2. Shipp K. G. Hexanitrostilbene Pat. USA (1970) 3. Salter D. A., Scilly F. N., Watson K. E. Production of hexanitrostilbene Pat. USA (1978), 4. Bird R., Webb A.E. Production of hexanitrostilbene with pH control Pat. USA (1980), 5. Kuboszek R. Pawłowski W., Właściwości i metody otrzymywania heksanitrostilbenu (HNS). *) Składniki przesączu mogą zostać zawrócone do procesu po rozdzieleniu i oczyszczeniu. 6. Ekonomika procesu W ekonomice produkcji HNS-u uwzględniono takie czynniki jak: koszt surowców, robocizna oraz ilość pracowników. Nie uwzględniono kosztów związanych z energetyką procesu, usuwaniem odpadów itp. Po zsumowaniu cena za kilogram HNS-u wyprodukowanego wg proponowanej metody wyniesie 709 zł. Po uwzględnieniu strat rozpuszczalników i odzysku acetonu i DMSO można obniżyć cenę produktu do ok. 518 zł/kg.