三硝基甲苯的生产.docx

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1、三硝基甲苯的生产目录三硝基甲苯的生产11 .三硝基甲苯介绍12 .制法23 .用途34 .TNT炸药块35 .带ij备过程:65.1.一段硝化（制备一硝基甲苯MNT）：65.1.1.原料：65.1.2.配制混酸65.1.3.制作过程65.2. 二段硝化（制备二硝基甲苯DNT）85.2. 1.原料85.3. 2.二硝基甲苯制备步骤：85.3.三段硝化（制备三硝基甲苯TNT）：105.3.1.原料105.3.2.三硝基甲苯制备步骤106.TNT的精制：136.1.前述136.2.原料146.3.注意事项151 .三硝基甲苯介绍制备TNT需对甲苯进行三段硝化，其中一、二段硝化分别生成一硝基甲苯和二硝

2、基甲苯时使用浓度为68%的硝酸即可，第三段硝化则需要98%硝酸。如果想节约成本的话，废酸可以循环利用。TNT是各方面均很稳定的炸药，通常条件下对酸不敏感，但注意其对碱敏感，能与碱产生复杂反应。不腐蚀金属。热安定性非常好，100久以下长时间不变化。TNT受日光照射后颜色加深，性质变化，应避免日光直射。TNT毒性较大，能通过呼吸、消化系统及皮肤进入人体，引起肝、血液和眼中毒。应做好个人防护，避免直接接触TNT。三硝基甲苯(aTNT,简称TNT,梯恩梯)分子式CH3c6H2(N()2)2。有文献报道其纯品为无色或淡黄色晶体，工业品呈黄色。经制片的为鳞片状物。不溶于水，易溶于丙酮、四氯化碳。密度l.6

3、33g/cm3,熔点80.9C,安定性较好。爆速67606820m/s(p=l.575g/cm3),作功能力(铅土寿实验值)290mL,有文献报道为300mL。猛度(铅柱实验，p=lg/cm3)16.5mmo在合成炸药中TNT的威力算是比较小的。撞击感度48%(10kg锤，25cm落高)，摩擦感度46%；枪弹贯穿一般不会爆炸。毒性大，急性毒为低毒，毒力与农药敌百虫相当。能引起亚急性中毒、慢性中毒，给身体造成不可逆的损害。例如引起白内障、中毒性肝炎，还损坏造血系统，疑有致癌性。TNT的生产成本低，工艺成熟，各国都有大量生产。TNT的熔点低，且熔点远低于分解温度，可以放心的将其熔化而不担心发生危险

4、。熔化的TNT是良好的溶剂和载体，许多不易熔化的粉状炸药都可以与其混熔后浇铸成型。片状的TNT及用片状物压成的药块易被起爆，浇铸成块的起爆较困难，须用扩爆药柱。一般情况下起爆TNT至少需要0.24克雷汞或0.16克叠氮化铅或者0.163克DDNPo点燃TNT时只发生熔化和缓慢燃烧，发出黄色火焰，不会爆炸。因而常用燃烧法销毁。2 .制法由甲苯经三段硝化制得。一段硝化中甲苯被硝化成一硝基甲苯(MNT),二段硝化中MNT被硝化成二硝基甲苯(DNT)。DNT是重要的炸药。一、二段硝化只需浓度50%左右的硝酸溶液与硫酸混合作硝化剂。一段混酸的成份为HNO313%；H2so466%；H2021%o甲苯混酸

5、比约1：6。二段混酸成份为：HN0313%；H2so476%；H2011%oMNT、混酸比为1：45。一二段硝化原料易得，工艺简单，制成的DNT成本低廉，很适于临时生产。第三段硝化是将DNT硝化为TNT,需要几乎不含水的混酸。一般是先向熔化了的DNT中加入发烟硫酸，再加入浓硝酸。发烟硫酸较缺乏的国家也使用浓硫酸。三段硝化的废酸用于配制二段混酸，余类推。第三段硝化难度较大，不适于临时生产。硝化后分离出的TNT为粗品，含大量有害杂质，必须精制。目前常用的精制方法是亚硫酸钠法。3 .用途除直接用作炸药外，还是许多炸药及其中间体的原料。TNT与RDX混熔制得的是B炸药，广泛用在炮弹、航弹、枪榴弹及导弹

6、战斗部中。无论MNT、DNT还是TNT,都是重要的化工原料。4 .TNT炸药块炸药可以按照爆感度划分,可分为一级、二级和三级炸药。一级炸药，只需要打击或者压力就可以引爆。二级炸药，打击或压力是无法引爆的，必须用火来烧才可以引爆。三级炸药,必须用其他炸药来引爆。在用途上来说，一二级炸药，通常作为引信来使用。三级炸药，非常安全，通常作为弹药里装填的第16页共15页主炸药来使用。被融化的TNT炸药块而TNT炸药，也就是三硝基甲苯（英文Trinitrotoluene,缩写成TNT）,这是一种十分稳定的炸药，由卜维尔勃兰德于1863年发明。它一般是无色或者淡黄色晶体，溶点为80.9久。它由甲苯经过硝化而

7、制成。它的IUPAC命名是2,4,6-三硝基甲苯，由于本身有的是黄色晶体，所以与苦味酸同时称之为黄色炸药。另外三硝基甲苯是常用炸药成分之一，例如与硝酸钱混合，就可成为阿马托炸药（一种高爆炸性物质，第一次世界大战和第二次世界大战被广泛使用）。精炼的三硝基甲苯十分稳定。它与受热、撞击就会爆炸硝酸甘油不同，它对于摩擦、震动等都不敏感，就算是被子弹命中，也不容易被引爆。如果想引爆它，就需要用雷管来引爆。由于它也不会与金属起化学作用或者吸收水分，因此它可以存放多年。但它与碱强烈反应，会生成不稳定的化合物。三硝基甲苯每公斤三硝基甲苯炸药可产生4200千焦的能量。虽然三硝基甲苯的能量密度比脂肪和糖小，但它的

8、分子中有三个硝基作为氧化剂，不需要大气中的氧气，所以引爆时会产生大量气体，产生爆炸。现在有关爆炸和能量释放的研究，也常常用三硝基甲苯炸药来进行比较。5.制备过程：5.1. 一段硝化（制备一硝基甲苯MNT）：5.1.1.原料：43mL68%硝酸116mL98%硫酸40mL水58mL甲苯制备步骤：5.1.2.配制混酸先量取43mL68%硝酸于500mL烧杯中，加入40mL水，最后小心加入116mL98%硫酸。搅拌，把烧杯置于冷水浴中冷却到室温，然后改换温水浴，使混酸温度逐渐上升至30。以如果当地室温已经达到30。可使用与室温温度一样的水浴，使混酸温度降至30。配使混酸温度控制在30久后，开始往混酸

9、中滴加甲苯。注意，刚开始滴加甲苯时要注意控制滴加速度，不能过快，甲苯进入混酸后，并不会马上开始反应，而是大约过了45分钟后才开始反应。如果温度不上升，应该停止滴加甲苯，加大搅拌速率，同时稍微提高水浴温度，是反应液温度从30久开始缓慢地上升。一般来说在强搅拌情况下，反应温度会小幅度上升。此时维持恒定的水浴温度，继续滴加甲苯。5.1.3.制作过程在不断搅拌的情况下，一方面控制滴加甲苯的速度，一方面控制水浴温度，使在整个滴加甲苯的过程中，温度从30久缓慢上升至50。*如果某段时间温度上升过快，应该及时关闭水浴加热设备，并迅速移去水浴中部分热水，代之以同等量的冷水。这个过程较考验实验者的操作技巧，总之

10、使滴加甲苯的整个过程中，温度缓慢上升，最好有增无减，在加完58mL甲苯后温度维持在50o整个滴加过程中反应液逐渐由无色变为橙黄色。注意不要让反应温度超过60。否则反应副产物会进一步生成无法分解回反应物的树脂化物，使得率下降。滴加完所有甲苯后，在50久左右，强搅拌30分钟。由于一段硝化反应是两相反应，搅拌速度控制反应温度，故应始终快速搅拌，以增大两相接触面。若产物颜色较深（樱桃红或更深），在保温过程中应逐渐变淡，否则应补加510mL98%硝酸，以分解副产物。最后把烧杯从温水浴中取出，静置分层。上层浑浊橙黄色油状液体为一硝基甲苯，下层澄清液为硝化液。有浓厚的苦杏仁味。把混合液倒入恒压分液漏斗中，静

11、置分层，分液，弃去下层硝化液。把上层产物倒入200mL烧杯中，加10mL水，充分振荡萃取。用50mL针筒吸去上层橙红色液体，剩下的橙黄色油状液体即为一硝基甲苯。把其倒入预先烘干并称重的100mL小烧杯中，称量，约得到成品73.6g,得率达至U97%98%。其中邻硝基甲苯约占59%,对硝基甲苯约36%,间硝基甲苯约5%。把一硝基甲苯转移到带塞的磨口锥形瓶中储存，用于进行二段硝化制取二硝基甲苯DNTo5.2.二段硝化（制备二硝基甲苯DNT）5.2. 1.原料52mL68%硝酸150mL98%硫酸4mL水73.6g5.2.2. 二硝基甲苯制备步骤:类似一段硝化方法配制好混酸置于500mL烧杯中，水浴

12、升温混酸到60o把一段硝化得到的73.6g一硝基甲苯倒入100mL烧杯中，开始用滴管往混酸中滴加一硝基甲苯。注意上面的混酸配比是根据一硝基甲苯73.6g而得，若要硝化其他质量的一硝基甲苯，应按比例折算配制混酸。一硝基甲苯的硝化仍为两相反应，存在传质过程，且反应快，故加料过程需快速搅拌，以加强传质和传热。控制加料速度，同时控制水浴温度尽量保持恒定，使反应液的温度处在70,可以上下小幅度摆动，一般控制得好的话，可以使温度保持在69久到73久之间。加料时间约为4050分钟。加完料后，待温度不升反有下降趋势时，提高水浴温度，升温反应液至85久附近，可控制在80K到90空之间，继续在此温度下搅拌3040

13、分钟。之后把烧杯从水浴中移出，自然冷却到室温。可观察到有大量淡黄色针状晶体析出，即为二硝基甲苯。刚移出水浴时二硝基甲苯为熔融状态。把反应液倒入大量冷水中稀释，余下小部分晶体析出。过滤稀释液，连同杯底凝固成块的二硝基甲苯一并回收。将所得固体加入适量70久到80久的热水中，使其熔融，搅拌5分钟，倾去上层橙色废水，洗涤两次。不断搅拌，自然冷却。过滤，得到二硝基甲苯，为淡黄色洁净晶体。晾干，称量约为81.6g,得率约83.6%。产物为异构体混合物，其中2,4-二硝基甲苯约占75%,2,6-二硝基甲苯约占20%,含间位硝基的二硝基甲苯及氧化杂质约占5%o所得DNT凝固点在50以上。5.3.三段硝化（制备

14、三硝基甲苯TNT）：5.3.1.原料38mL98%硝酸127mL98%硫酸81.6g二硝基甲苯制备步骤：5. 3.2.三硝基甲苯制备步骤三段硝化操作难度最大。在此使用了电热套，三口烧瓶和恒压分液漏斗。和之前预先配制混酸不同，三段硝化先加硫酸，后加硝酸。往三口烧瓶中加入所有二硝基甲苯，用电热套升温至50汽60。盘二硝基甲苯融化，往分液漏斗中加入127mL硫酸，控制滴加硫酸速度，适当升温，使滴加过程温度保持8090o配合适当速度的电动搅拌，滴加未到一半时DNT就已完全溶解于硫酸中。溶液为黄色澄清液体。关闭分液漏斗阀门，往分液漏斗加入38mL硝酸，开始往烧瓶中小心滴加。注意控制滴加速度，不可像滴加硫

15、酸时那么快。否则容易造成温度上升过快，最后导致冒料甚至起火。滴加硝酸的同时需要加快搅拌速度，由于硝酸量不是很多，整个滴加过程约30到45分钟，温度保持在85K95。配滴加硝酸后反应液变为棕红色浑浊液体，伴随大量氮氧化物生成。待所有硝酸加完，温度有下降趋势时，调节电热套温控旋钮，缓慢升温,使反应液温度维持在110115,快速搅拌，保温一个小时。由于温度升高，会有更多氮氧化物气体生成。要严格控制最高温度，否则反应物已被硝酸氧化。损失与氧化反应的硝酸约占用于硝化反应硝酸量的40%。一个小时过后，伴随缓慢搅拌自然冷却至室温，可看到混合物分层，上层油状液体即为熔融的TNT。小心把烧杯中混合物倒入大量冷水中，大量三硝基甲苯析出。抽滤，水洗3次。把粗制TNT加入适量即将沸腾的热水中(温度大于90),TNT融