POLITECHNIKA POZNAŃSKA

WYDZIAŁ TECHNOLOGII CHEMICZNEJ

Projekt aparatury do otrzymywania

nitrogliceryny

ROK AKADEMICKI

2011/2012

ROK STUDIÓW III

NR PROJEKTU 21

DATA ODDANIA

22.05.2012

WYKONAŁY:

SPRAWDZIŁ:

GRUPA

PROJEKTOWA:

OCENA:

JOANNA

LEWANDOWSKA,

MARTA MARTYŁA

DR INŻ.

K. DOPIERAŁA

4

UWAGI:

1. WSTĘP TEORETYCZNY.

Co syntezujemy? Otrzymywanie i wykorzystanie nitrogliceryny.

Nitrogliceryna jest oleistą, bezbarwną lub żółtawą cieczą o słodkim, palącym smaku i

słabym zapachu, o temperaturze topnienia 13,5

o

C, a temperaturze wrzenia 145

o

C i o

gęstości 1,591 g/cm

3

. Trudno rozpuszcza się w wodzie, ale dobrze w kwasach

organicznych. Sama też jest bardzo dobrym rozpuszczalnikiem. Jest związkiem silnie
wybuchowym, bardzo wrażliwym na wstrząsy i uderzenia. Zmieszana z materiałami
chłonnymi (jak ziemia okrzemkowa, trociny, mączka drzewna) jest trwalsza,
bezpieczniejsza i zdatna do transportu. Stosuje się ją do wyrobu dynamitu, prochów
bezdymnych i innych materiałów wybuchowych, stosowanych miedzy innymi w górnictwie i
budownictwie.

Próby nitrowania gliceryny sięgają 1830r. Glicerynę rozpuszczano wtedy w kwasie

azotowym nie stosując chłodzenia, wobec czego reakcja przebiegała w temperaturze
znacznie wyższej niż pokojowa i w tych warunkach gliceryna nie podlegała nitrowaniu, lecz
utleniała się. Powstawały rozpuszczalne w wodzie i kwasie hydroksyketonokwasy. Dopiero
w 1847r. Ascanio Sobrero otrzymał nitroglicerynę stosując do nitrowania gliceryny
mieszaninę kwasu azotowego (V) i kwasu siarkowego (VI) w niskiej temperaturze. Całość
wylewał następnie do wody. Oleista nitrogliceryna opadała na dno, dzięki czemu łatwo
było ją oddzielić i oczyścić od kwasu przez dokładne przemywanie wodą.

Nitrogliceryna ze względu na swoją wrażliwość na bodźce znalazła praktyczne

zastosowanie dopiero w roku 1867, gdy Alfred Nobel nasycił nią ziemię okrzemkową w
stosunku 1:3 otrzymując dynamit. Dynamit może zawierać około 60% nitrogliceryny i w
niskiej temperaturze z powodu zestalania się jej traciłby na wartości, nitrowaniu poddaje
się przeważnie mieszaninę gliceryny i glikolu etylowego, otrzymując produkt o niższej
temperaturze krzepnięcia. W kilka lat później Nobel zastosował nitroglicerynę do
rozpuszczenia bawełny koloidalnej, otrzymując tzw. żelatynę wybuchową. Z żelatyny tej
przez zmieszanie z nośnikami tlenu (np. azotanem sodu lub amonu) wytwarza się obecnie
dynamit. W małych dawkach (0,0001 – 0,001g) w roztworze alkoholowym nitrogliceryna
stosowana jest w lecznictwie, jako środek rozkurczowy, rozszerzający naczynia
krwionośne, w leczeniu choroby wieńcowej. Obecnie w skali światowej poddaje się
nitrowaniu tylko około 4% produkowanej gliceryny.

Aparatura do produkcji nitrogliceryny.

Najczęściej stosowanym materiałem konstrukcyjnym do budowy nitratorów jest ołów,

który posiada wiele zalet:
- w razie wybuchu z ołowiu nie powstają niebezpieczne odłamki, ale skwalona masa, która
pozostaje w pobliżu miejsca eksplozji
- jest kwasoodporny, więc siarczan ołowiu tworzący się na powierzchni nie przeszkadza w
procesie nitrowania, ale tworzy warstwę ochronną
- miękkość i niska temperatura topnienia ołowiu ułatwia jego spawanie
Obok mieszania na proces nitrowania ma wpływ sposób doprowadzenia gliceryny.
Najlepszym sposobem jest wlewanie gliceryny bezpośrednio do nitratora, bądź jej
wtryśnięcie pod powierzchnię kwasu nitrującego. Przed wprowadzeniem gliceryny do
nitratora koniecznie należy ją ogrzać do temperatury 30-40

o

C. Dzięki małej lepkości

gliceryny w tej temperaturze jej strumień łatwo rozprasza się pod wpływem mieszania
kwasu nitrującego.
Nitroglicerynę od kwasu ponitracyjnego oddzielamy wykorzystując różnicę ciężaru
właściwego obu cieczy. Proces ten przyśpieszyć można stosując separatory niskie o dużej
powierzchni, w których krople spływającej nitrogliceryny mają do przebycia bardzo krótką
drogę. Albo podniesienie temperatury pod koniec nitrowania do 18-20

o

C, gdyż rozdzielenie

się warstw w zbyt niskiej temperaturze zachodzi powoli.
Nitrogliceryna po oddzieleniu od kwasu zawiera jeszcze ok. 10% kwasu. Usuwa się go
przemywając nitroglicerynę w kadzi wodnej, napełnionej wodą o temperaturze ok. 15

o

C.

Nitrogliceryna jest po wymyciu mętna wskutek tego, że znajduje się w niej jeszcze woda w
postaci emulsji oraz niewielkie ilości zanieczyszczeń mechanicznych. Zanieczyszczenia te
oraz wodę usuwa się zazwyczaj w ten sposób, że nitroglicerynę sączy się przez tkaninę
wełnianą, która lekko posypana jest warstwą soli kuchennej (ułatwia to zatrzymanie
wody). Przesącz jest klarowny.

Jaką metodę syntezy wykorzystujemy w projekcie?

Wykorzystujemy metodę ciągłą Schmida.

Estry alkoholi wielowodorotlenowych i kwasu azotowego, zwłaszcza estry gliceryny i
glikoli, stosowane są w produkcji materiałów wybuchowych.
Działając na 99%-ową glicerynę mieszaniną nitrującą (o składzie 45% HNO

3

i 55% H

2

SO

4

),

otrzymuje się trójazotan gliceryny, zwany nitrogliceryną:

H

2

SO

4

C

3

H

5

(OH)

3

+ 3 HNO

3

 C

3

H

5

(ONO

2

)

3

+ 3 H

2

O

Procesy nitrowania gliceryny i mieszaniny glikolu z gliceryną wykonywane są różnymi
metodami. Bez względu na metodę proces otrzymywania nitrogliceryny polega na
nitrowaniu, oddzieleniu od kwasu i przemyciu nitrogliceryny. Proces nitrowania prowadzi
się w nitra torach z polerowanej stali nierdzewnej zaopatrzonych w mieszadła i
wewnętrzne przewody dla przepływu czynnika chłodzącego, przeważnie solanki (oziębionej
do temperatury -5

o

C), ponieważ temperaturę procesu należy utrzymywać w zakresie 2-7

o

C.

Powinno się pamiętać, że im niższa temperatura nitrowania gliceryny, tym wyższa jest
wydajność nitrogliceryny. Oddzielenie utworzonej nitrogliceryny od kwasu ponitracyjnego
odbywa się samoczynnie na drodze grawimetrycznej w separatorach, mających wbudowane
wewnętrzne przegrody przedłużające drogę przepływu oraz urządzenia przelewowe dla
nitrogliceryny. Oddzielona nitroglicerynę w celu usunięcia nadmiaru kwasu przemywa się
wodą w kolumnowych półkowych mieszalnikach, mieszając powietrzem. Następnie
przemywa się nitrogliceryną 2,5%-owym wodnym roztworem węglanu sodowego, sączy
przez flanelową tkaninę i składuje w wyołowionych zbiornikach. Wody odpływowe
przepływają przez szereg kaskadowo ustawionych zbiorników w celu oddzielenia resztek
nitrogliceryny. Kwas ponitracyjny poddaje się regeneracji.

2. RYSUNKI APARATURY I TABELA DO OBLICZEŃ:

Poniżej umieszczono rysunki aparatury do otrzymywania nitrogliceryny. Rysunek 1 to

przedstawienie aparatury szczegółowo, a rysunek 2 w formie uproszczonej (na jego podstawie
wykonano bilans masowy). Następnie przedstawiono tabelę, na podstawie której dokonano obliczeń.

3. RÓWNANIA BILANSOWE:

ZWIĄZEK /

PIERWIASTEK

RÓWNANIE BILANSOWE

APARAT I: NITRATOR

H

2

SO

4

G

2

u

2,2

= G

3

u

3,2

C

H

O

N

APARAT II: SEPARATOR

nitrogliceryna

G

3

u

3,5

= G

5

u

5,5

HNO

3

G

3

u

3,3

= G

4

u

4,3

H

2

SO

4

G

3

u

3,2

= G

4

u

4,2

APARAT III: PŁUCZKA

nitrogliceryna

G

5

u

5,5

= G

7

u

7,5

H

2

O

G

6

u

6,4

= G

7

u

7,4

APARAT IV: SEPARATOR

nitrogliceryna

G

7

u

7,5

= G

8

u

8,5

H

2

O

G

7

u

7,4

= G

9

u

9,4

APARAT V: PŁUCZKA

nitrogliceryna

G

8

u

8,5

= G

11

u

11,5

H

2

O

G

10

u

10,6

= G

15

u

15,6

Na

2

CO

3

G

10

u

10,4

= G

11

u

11,4

APARAT VI: SEPARATOR

nitrogliceryna

G

11

u

11,5

= G

12

u

12,5

H

2

O

G

11

u

11,4

= G

13

u

13,4

APARAT VII: FILTR

nitrogliceryna

G

12

u

12,5

= G

14

u

14,5

POZOSTAŁE RÓWNANIA BILANSOWE

u

3,2

+ u

3,4

+ u

3,5

= 1

u

4,2

+ u

4,3

= 1

u

7,4

+ u

7,5

= 1

u

11,4

+ u

11,5

= 1

4. LITERATURA:

a) R. Bogoczek, E. Kociołek – Balawejder, „Technologia chemiczna organiczna:

surowce i półprodukty”, str. 486, 554-555.

b) A. Wielkopolski, „Technologia chemiczna organiczna”, str. 620-621.
c) T. Urbański, „Chemia i technologia materiałów wybuchowych”, tom II, str. 13-72.