Способ получения нитрометана

 

Использование изобретения: в качестве полупродуктов в химической и фармацевтической промышленности. Сущность изобретения: полупродукт нитрометан, выход 58,5% чистота 99,5% Реагент 1: диметилсульфат. Реагент 2: нитрит натрия. Условия реакции: в непрерывнодействующем каскаде из четырех реакторов при температуре от 40°С в первом до 115°С в последнем реакторе с выделением целевого продукта азеотропной отгонкой при pH 5-7 и последующей сепарацией дистиллята, возвратом воды в технологический цикл и утилизацией кубового остатка. 1 з. п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к химии нитроалифатических соединений, а именно к усовершенствованному способу получения нитрометана, который широко используется как полупродукт в химической и фармацевтической промышленности.

Одним из методов получения нитрометана является способ, основанный на взаимодействии нитрита натрия и монометилсульфата (1,2) или диметилсульфата (3,4).

Сущность способа заключается в том, что соответствующие метилсульфаты обрабатываются при повышенных температурах водным раствором нитрита натрия, образующийся нитрометан выделяется путем отгонки из реакционной массы.

Недостатками способа являются: большое количество твердых отходов производства (1,2); малая доступность монометилсульфата (1,2); наличие органического растворителя (2); низкая технологичность, наличие твердых солевых отходов после отгонки целевого продукта, периодический характер отдельных фаз процесса (1-4); низкое качество целевого продукта ввиду осуществления процесса в жестких условиях с полным удалением воды на первой стадии (3,4).

В качестве прототипа рассмотрен способ получения нитрометана, описанный в патенте ФРГ (4). Сущность способа заключается в следующем. В проточный реактор с емкостью 1 л с мешалкой при 80.90^оС с помощью поршневого насоса подают 50%-ный щелочной раствор нитрита натрия и диметилсульфат (массовая доля основного вещества 96%).

Выходящую из реактора смесь непрерывно направляют в пленочный испаритель и упаривают досуха. Полученный дистиллят охлаждают и выделяют нитрометан в виде бесцветного или желтого масла, при этом 10% целевого продукта остается в водном слое.

Кубовый остаток, содержащий монометилсульфат, вторично обрабатывают в периодическом режиме водным раствором нитрита натрия в щелочной среде и получают дополнительное количество нитрометана.

Общий выход нитрометана составляет 65% от теоретического.

Кроме вышеописанных недостатков (низкие технологичность и качество продукта), в данном технологическом процессе практически невозможно осуществить утилизацию газообразных отходов ввиду периодического характера ведения процесса.

Целью изобретения является повышение чистоты целевого продукта и технологичности процесса в целом.

Поставленная цель достигается тем, что нитрометан получают путем взаимодействия диметилсульфата и нитрита натрия при повышенной температуре в водной среде в непрерывно-действующем каскаде из четырех реакторов при 40^оС в первом и до 115^оС в последнем реакторах, с выделением целевого пpодукта азеотропной отгонкой при рН 5.7 и последующей сепарацией дистиллята, возвратом воды в технологический цикл, промывкой и утилизацией кубового остатка. Причем утилизацию кубового остатка можно проводить, например, выделением сульфата натрия путем кристаллизации из охлажденной массы с возвратом маточного раствора в технологический процесс, промывкой сульфата натрия водой с использованием промывной воды для приготовления исходных растворов.

Процесс осуществляют следующим образом.

В первый реактор каскада из четырех реакторов при работающей мешалке подают 126 кг/ч диметилсульфата, 138 кг/ч нитрита натрия и 300.400 кг/ч маточного раствора после фильтрации сульфата натрия. Процесс ведут при 30.40^оС и времени пребывания массы 30.40 мин.

Образующуюся массу последовательно направляют во второй, третий и четвертый реакторы, поддерживая температуру в аппаратах 90.95, 100.105 и 110. 115^оС соответственно при времени пребывания массы в каждом аппарате 1.2 ч.

В течение реакции из реакторов 2, 3, 4 непрерывно отгоняют гетероазеотроп нитрометан-вода и направляют его в сепаратор.

Из сепаратора нитрометан-сырец в количестве 80 кг/ч направляют на ректификацию, а отделившуюся воду возвращают во второй реактор.

При осуществлении процесса в реакторы дозируют водный раствор соды в количестве, необходимом для поддержания рН отгоняемого гетероазеотропа в пределах 5.7.

Массу, выходящую из четвертого реактора, охлаждают, выкристаллизовавшийся сульфат натрия (328 кг/ч) отфильтровывают, промывают водой в количестве 200 кг/ч и полученный маточник (300.400 кг/ч) возвращают в первый реактор.

После ректификации получают нитрометан с массовой долей основного вещества 99,5% (по ГЖХ). Выход целевого продукта составляет 65% от теоретического.

Газы, отходящие из реакторов (в основном окислы азота, метилнитрит и метиламин), направляют на каталитическое обезвреживание, заключающееся в их глубоком окислении до азота, двуокиси углерода и воды. Возможны и другие методы утилизации отходов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого способа получения нитрометана, а в таблице приведена зависимость выхода нитрометана от параметров технологического процесса.

Таким образом, предлагаемый способ получения нитрометана позволяет значительно повысить чистоту нитрометана и технологичность процесса, причем непрерывность основного процесса обеспечивает утилизацию отходов производства и обезвреживание газовых выбросов.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИТРОМЕТАНА путем взаимодействия диметилсульфата и нитрита натрия при повышенной температуре в водной среде, отличающийся тем, что, с целью увеличения технологичности процесса и повышения чистоты целевого продукта, процесс проводят в непрерывно действующем каскаде из четырех реакторов при температуре от 40^oС в первом реакторе до 115^oС в последнем с выделением целевого продукта азеотропной отгонкой при pH 5 7 и последующей сепарацией дистиллята, возвратом воды в технологический цикл и утилизацией кубового остатка.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что утилизацию кубового остатка осуществляют выделением из него сульфата натрия кристаллизацией, возвратом маточника в технологический цикл, промывкой сульфата натрия водой и использования ее для приготовления исходного раствора нитрита натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1