Способ получения тетразена

Способ получения тетразена

Реферат

Изобретение относится к технике и технологии взрывчатых веществ и может быть использовано для повышения безопасности производства и применения штатного инициирующего взрывчатого вещества - тетразена C₂H₈ON₁₀ (GNGT), который используется практически во всех современных ударных составах и других средствах инициирования [1). Агеев М.В., Егоров В.Н., Каталкина В.Α., Петров В.Н. Ударный состав с пониженным риском вредного воздействия на окружающую среду. // Энергетические конденсированные системы. Материалы III Всероссийской конференции (3 октября - 2 ноября 2006 г.), Черноголовка М.: Янус-К, 2006, 3-4 с; 2). Федоров О.В., Гильманов Р.З., Хусаинов P.M., и др. Новый экологически безопасный состав для строительно-монтажных и спортивных патронов кольцевого воспламенения. // Энергетические конденсированные системы. Материалы IV Всероссийской конференции (12-14 ноября 2008 г.), Черноголовка, М.: Янус-К, 2008, 173-175 с; 3). Агеев М.В., Егоров В.Н., Каталкина В.Α., Петров В.Н. Некоторые принципы построения рецептур ударных составов для капсюлей-воспламенителей. // Доклад на Всероссийской конференции «Состояние и перспективы разработки и внедрения новых взрывчатых веществ и составов на их основе в изделиях различного назначения» (26-28 марта 208 г.), ФГУП ГосНИИ «Кристалл» г.Дзержинск].

Известен способ получения тетразена из аминогуанидин сульфата, который описан в книге Л.И. Багала [Багал Л.И. Химия и технология инициирующих взрывчатых веществ. М.: «Машиностроение», 1975, 456 с.]. Данный способ основан на осаждении кристаллов вещества в результате дозирования подогретого раствора аминогуанидин сульфата подкисленного уксусной кислотой к подогретому раствору нитрита натрия при поддержании температуры в баке осаждения 50-62°С. Выход тетразена 65%, температура вспышки 160°С (при 5-секундной задержке).

2H₂N-C(NH)-NH-NH₂·H₂SO₄+2NaNO₂→C₂H₈ON₁₀+Na₂SO₄+H₂SO₄+3H₂O

Продукт, получаемый по данной технологии, имеет весьма негативные эксплуатационные характеристики, среди них: игольчатая форма кристаллов (см. рисунок 1 - Внешний вид кристаллов тетразена, получаемого по способу, описанному Багалом Л.И.), отсутствие сыпучести, крайне низкая насыпная плотность (0,40-0,45 г/см³), высокая электризуемость.

Неудовлетворительные эксплуатационные характеристики производимого тетразена влекут за собой повышенную опасность производства и применения такого продукта из-за склонности к пылению, электризуемости и налипанию на различные поверхности.

Неизометричная форма кристаллов, низкая насыпная плотность и отсутствие сыпучести тетразена крайне негативно сказываются на технологических характеристиках составов на его основе, особенно, если его массовая доля в составе превышает 10%. Это связано главным образом со сложностью достижения качественного смешения составов, проблемами с их объемным отмериванием и снаряжением в малогабаритные оболочки.

По технической сущности и решаемой задаче наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения гранулированного тетразена по патенту GB 985293, С2 В38 (прототип). Согласно описанию тетразен по данному способу получается в процессе смешения растворов аминогуанидин сульфата и нитрита натрия с добавлением уксусной кислоты и добавки диспергирующих агентов. Реакционную массу нагревают до 55-70°С и выдерживают 60-90 минут. На процесс грануляции влияет добавление диспергирующих агентов на основе органических сульфокислот или их солей. В результате получают сыпучий гранулированный продукт, гранулы («розетки») которого состоят из компактных агрегатов мелких кристаллов (выход продукта 80-88%).

Кроме словесного описания продукта в виде мелких округлых гранул, не слеживающихся при сушке и свободных от игольчатых кристаллов и обломков, никаких конкретных количественных параметров, характеризующих качество тетразена, не приводится. В данном патенте, к сожалению, не указаны ни степень чистоты получаемого тетразена (одной из возможных характеристик может служить температура вспышки), ни его технологические характеристики (размер и форма кристаллов, насыпная плотность, разброс навески и др.).

Нет никаких данных и о прочности гранул получаемого тетразена. Очевидно, что гранулированный без связующих веществ тетразен обладает большей склонностью к разрушению и образованию мелкой пыли, чем кристаллический продукт. Это обстоятельство может создавать дополнительную опасность при использовании такого продукта. Кроме того, насыпная плотность гранул, состоящих из агрегатов кристаллов, не может сравниться с плотностью кристаллического продукта.

Поэтому имеющиеся в прототипе сведения позволяют лишь на качественном уровне оценивать получаемый тетразен и весьма условно судить о возможности его «эффективного и безопасного использования при изготовлении составов и в автоматических фасовочных машинах».

Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения тетразена, представляющего собой кристаллический продукт с размерами и формой отдельных кристаллов, обеспечивающими ему улучшенные технологические свойства. Тетразен получаемый по заявляемому способу обладает насыпной плотностью не ниже 0,65 г/см³ и относительным разбросом навески при объемном отмеривании не выше 5%.

Техническая задача изобретения достигается с помощью сочетания основных параметров способа получения тетразена по Багалу Л.И. с использованием специального режима дозирования раствора аминогуанидин сульфата и применения модифицирующей добавки. В качестве модифицирующей добавки процесса получения тетразена используется совместный водный раствор декстрина (4%) и желатина (4%), который добавляется к раствору нитрита натрия в объемном соотношении 0,0155÷0,0165:1. Количественные соотношения модифицирующей добавки определены экспериментально и являются оптимальными. Увеличение количества модифицирующей добавки по отношению к указанным пределам нецелесообразно с экономической точки зрения и может привести к необходимости более тщательной промывки целевого продукта, а уменьшение - к снижению эффективности действия добавки. Режим дозирования раствора аминогуанидин сульфата в раствор нитрита натрия начинается с единовременного слива 15 об.% раствора аминогуанидин сульфата. Остальные 85% раствора равномерно дозируются в течение 60 минут.

Заявленный способ получения тетразена отличается от прототипа тем, что в результате использования модифицирующей добавки и соблюдения определенного режима дозирования растворов образуется сыпучий продукт необходимого размера зерна (см. рисунок 2 - Внешний вид кристаллов тетразена, полученного по заявленному способу), представляющий собой отдельные монокристаллы изометричной формы, а не гранулы в виде агломератов.

Пример

Исходные растворы:

Водный раствор аминогуанидин сульфата 13,8%

Водный раствор нитрита натрия 8%

Ледяная уксусная кислота

Модифицирующая добавка: совместный водный раствор желатина 4% и декстрина 4%.

Исходный раствор аминогуанидин сульфата объемом 48,9 мл подкислили ледяной уксусной кислотой (0,22 мл) и подогрели до 53-59°С. Раствор нитрита натрия 56 мл загрузили в реактор осаждения тетразена и к нему при перемешивании добавили 0,85 мл водного раствора модифицирующей добавки. Раствор содержит 4% декстрина и 4% желатина. Содержимое реактора подогрели до 53-59°С. Дозирование подогретого раствора аминогуанидин сульфата в подогретый раствор нитрита натрия, с добавками, начинали с единовременного слива 7,3 мл, остальные 41,6 мл раствора дозировали равномерно в течение 60 минут, при постоянном перемешивании и поддерживании температуры реакционной массы 53-59°С. После слива всего раствора аминогуанидин сульфата реакционную массу выдерживали 30 минут при температуре синтеза и перемешивании. По окончании выдержки реакционную массу охладили до 35°С и отфильтровали продукт на вакуум-воронке. Затем промыли его водой и спиртом и высушили. После сушки вес продукта составил 3,85 г (77% от теоретического выхода). Температура вспышки по ГОСТ Ρ 22.2.07-94 составила 168°С (при 5-секундной задержке). Внешний вид кристаллов тетразена представлен на рисунке 2. Продукт состоит из отдельных не связанных друг с другом кристаллов, имеет насыпную плотность 0,72 г/см³ и относительный разброс навески при объемном отмеривании 3,2%.

Способ получения тетразена из предварительно подогретых растворов аминогуанидин сульфата и нитрита натрия, отличающийся тем, что в раствор нитрита натрия вводят модифицирующую добавку в объемном соотношении 0,0155-0,0165:1, представляющую собой совместный водный раствор декстрина и желатина, а дозирование раствора аминогуанидин сульфата в раствор нитрита натрия осуществляют в режиме, предусматривающем единовременный слив 15 об.% раствора аминогуанидин сульфата и дальнейшее равномерное дозирование остального количества раствора в течение 60 мин.