Способ получения пикрата калия

Способ получения пикрата калия

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам получения взрывчатых веществ, в частности к способам получения пикрата калия, который благодаря своим свойствам может быть использован при производстве средств инициирования (СИ).

Известно [Химическая энциклопедия. - М.: Большая российская энциклопедия, 1992, т.3, с.514], что пикраты металлов получают взаимодействием пикриновой кислоты с оксидами, гидроксидами или карбонатами металлов.

В работе [R. Mc.Guchan. Improvements in primary explosive compositions and their manufacture. Proceedings of the 10-th symposium on explosives and pyrotechnics. - 14-16 February 1979, San Francisco, California, USA, Franklin Research Center, p.1-1÷1-12] приводится технологический процесс производства пикрата калия RD 1369, основанный на следующей двухстадийной реакции, проводимой в водной среде:

Так как в данной технологической схеме используется почти насыщенный раствор пикрата натрия, то невозможно увеличить концентрацию раствора и соответственно выход готового продукта (как указывают авторы, теоретический выход готового продукта составляет 72%).

В той же работе дается описание технологического процесса изготовления пикрата калия RD 1369М, основанного на следующей двухстадийной реакции, проводимой в водной среде:

Поскольку в данном способе получения используется предварительная перекристаллизация пикриновой кислоты, выход готового продукта был повышен до 82,5%. Но процент выхода все же недостаточен и его поддержание достаточно сложное: требуется перекристаллизация пикриновой кислоты в присутствии кристаллического модификатора и катализатора.

В указанной работе приводится способ получения пикрата калия, который основан на реакции взаимодействия пикриновой кислоты с гидроокисью калия в водной среде и в присутствии кристаллического модификатора. Как указывают авторы, это позволило увеличить выход готового продукта, однако его качество оказалось хуже, чем у пикрата калия, получаемого по технологической схеме RD 1369.

Наиболее близким техническим решением, принятым за прототип, является способ получения пикрата калия, описанный в [А.Г. Горст. Химия и технология нитросоединений. М.: Оборонгиз, 1940, с.270], где указывается, что пикрат калия получается при добавлении углекислого калия к горячему раствору пикриновой кислоты по следующей схеме:

2C₆H₂(NO₂)₃OH+K₂CO₃→2C₆H₂(NO₂)₃OK+H₂O+CO₂

При этом нагревание до 100°C проводится до прекращения выделения угольной кислоты. При охлаждении раствора выкристаллизовывается пикрат калия.

Действующая нормативно-техническая документация на пикрат калия, а именно ТУ 3-75.10103-9-91, устанавливает перечень показателей, которым должен удовлетворять готовый продукт. Среди основных показателей следует указать следующие: цвет (желтый), содержание в продукте массовой доли калия (14,6±0,2%) и нерастворимых в воде примесей (0,0-0,1%), а также величина зерна получаемого продукта должна быть не более 110±20 мкм.

Способ, принятый за прототип, позволяет обеспечить максимальный выход готового продукта до 88% и получать продукт, удовлетворяющий требованиям ТУ 3-75.10103-9-91. Однако синтез пикрата калия по способу-прототипу проводится при высокой температуре (до 100°C), что требует применения специфического оборудования (обогреваемый реактор). Но с ростом температуры увеличивается растворимость пикрата калия в воде. Так, если при 15°C растворимость пикрата калия в 100 г воды составляет 0,0049 г, то при 100°C растворимость пикрата калия в 100 г воды возрастает до 7,14 г.

Поэтому, для снижения потерь готового продукта при охлаждении маточного раствора в способе-прототипе вводится дополнительная операция кристаллизации с использованием кристаллизатора.

Технической задачей изобретения является разработка способа получения пикрата калия, удовлетворяющего требованиям ТУ 3-75.10103-9-91 по цвету, содержанию массовой доли калия и нерастворимых в воде примесей, величине зерна получаемого продукта. При этом синтез должен проводиться при невысоких температурах и обеспечивать выход готового продукта до 95% с использованием минимального количества оборудования, что улучшит технологичность процесса.

Задача решается тем, что пикрат калия получают взаимодействием пикриновой кислоты с соединением калия, при этом пикриновую кислоту используют в качестве раствора в этиловом спирте при концентрации (5,5÷7,5) %, углекислый калий используют в качестве водного раствора при концентрации (9,0÷11,0) %, реагенты загружают при отношении массы раствора пикриновой кислоты к массе раствора углекислого калия от 3,0 до 5,5, а реакцию проводят в интервале температур (17÷40)°C. После получения продукт подвергают трехкратной промывкой водой и один раз спиртом.

Последовательность проведения операций в соответствии с заявляемым способом позволяет получать пикрат калия, удовлетворяющий требованиям ТУ 3-75.10103-9-91 по цвету, содержанию массовой доли калия и нерастворимых в воде примесей, величине зерна получаемого продукта. При этом синтез проводится при температурах до 40°C в обычном баке синтеза без подогрева, что улучшает технологичность процесса. Выход готового продукта составляет до 95%.

Сущность предлагаемого способа и достигнутые результаты могут быть пояснены примерами, представленными в таблице. Как следует из данных таблицы, способ-прототип обеспечивает получение пикрата калия (обр. 1) с удовлетворительными показателями по цвету, содержанию массовой доли калия и нерастворимых в воде примесей, величине зерна получаемого продукта с выходом готового продукта 88%. Выбранные режимы получения пикрата калия по предлагаемому способу без трехкратной промывки полученного продукта водой и один раз спиртом (обр. 10÷12) также обеспечивают получение продукта с требуемыми характеристиками, при этом выход готового продукта достигает 94%, что больше, чем у способа-прототипа. Применение трехкратной промывкой полученного продукта водой и один раз спиртом (обр. 13÷15) позволяет повысить выход готового продукта до 95% и снизить количество нерастворимых в воде примесей до минимальных значений.

Таким образом, разработан способ получения пикрата калия, позволяющий получать продукт с требуемыми показателями по цвету, содержанию массовой доли калия и нерастворимых в воде примесей, величине зерна получаемого продукта. Синтез по предлагаемому способу проводится при низких температурах в обычном баке синтеза, что не требует затрат на обогрев реакционной массы и на кристаллизацию продукта, а выход готового продукта составляет до 95%.

Таблица
Результаты анализа полученных образцов пикрата калия
№ образца	Концентрация пикриновой кислоты в этиловом спирте, %	Концентрация водного раствора углекислого калия, %	Отношение массы раствора пикриновой кислоты к массе раствора углекислого калия	Температура синтеза,°С	Цвет	Массовая доля калия, %	Массовая доля нерастворимых в воде примесей, %	Выход готового продукта, %	Величина зерна готового продукта, мкм
1	-	-	-	95	желтый	14,5	0,03	88	100
2	5,4	11,0	4,0	30	желтый	14,4	0,16	-	-
3	5,5	8,9	4,0	30	желтый	14,3	0,12	-	-
4	7,6	10,0	4,0	30	желтый	14,4	0,13	-	-
5	7,4	11.1	4,0	30	желтый	14,3	0,11	-	-
6	5,5	9,0	2,9	30	желтый	14,4	0,12	-	-
7	7,5	11,0	5,6	30	желтый	14,3	0,11	-	-
8	6,5	10,0	4,0	16	желто-коричневый	14,2	0,21	-	-
9	6,5	10,0	4,0	41	желтый	14,3	0,11	-
10	5,5	11,0	3,0	17	желтый	14,5	0,04	91	100
11	6,5	10,0	4,0	30	желтый	14,4	0,02	93	120
12	7,5	9,0	5,5	40	желтый	14,7	0,06	94	110
13	5,5	11,0	3,0	17	желтый	14,6	0,004	94	110
14	6,5	10,0	4,0	30	желтый	14,4	0,003	95	100
15	7,5	9,0	5,5	40	желтый	14,5	0,006	95	110

1. Способ получения пикрата калия путем взаимодействия пикриновой кислоты с углекислым калием, отличающийся тем, что пикриновую кислоту используют в качестве раствора в этиловом спирте при концентрации (5,5÷7,5)%, углекислый калий используют в качестве водного раствора при концентрации (9,0÷11,0)%, реагенты загружают при отношении массы раствора пикриновой кислоты к массе раствора углекислого калия от 3,0 до 5,5, а реакцию проводят в интервале температур (17÷40)°С.

2. Способ получения пикрата калия по п.1, отличающийся тем, что после получения продукт подвергают трехкратной промывке водой и один раз спиртом.