Майстренко А.В., Вольщак И.Л.

Тамбовский государственный технический университет, Россия

исследование непрерывного процесса
диазотирования 3-нитро-4-аминотолуола

Азокрасители получают из ароматических аминов и оксисоединений при помощи сравнительно простых реакций диазотирования и азосочетания. При этом используют большое количество амино- и оксисоединений бензольного и нафталинового ряда с различными заместителями, простыми и сложными. Это даёт возможность получать красители всех цветов и оттенков – от лимонно-жёлтого до глубоко-чёрного.

Одним и важных этапов в технологии синтеза азопигменов является стадия диазотирования, осуществление которой в непрерывном варианте имеет ряд трудностей, таких как случайный характер размеровкристаллов исходного сырья 3-нитро-4-аминотолуола и неустойчивость диазосоединения (ArN₂Cl) и диазотирующего агента (азотистой кислоты HNO₂), что приводит к образования побочных продуктов.

Диазотирование – реакция получения диазосоединений действием азотистой кислоты (или её производных) на первичные амины в присутствии неорганической кислоты (HCl, H₂SO₄, HNO₃) при температуре 0–5°С. В данной работе рассматривается непрерывный технологический процесс диазотировния труднорастворимых ароматических аминов, которое в дальнейшем используется для получения пигмента алгого. В качестве исходного сырья для получения азопигмента алого применяется 3-нитро-4-аминтолуол. Причем надо отметить, что изначально данное сырье имеется в твёрдой, трудно растворимой фазе.

Механизм диазотирования в присутствии соляной кислоты можно представить в виде следующей схемы:

; (1)

; (2)

; (3)

; (4)

; (5)

; (6)

. (7)

Первая реакция - это растворение твердой фазы амина в воде. Во второй реакции происходит образование диазотирующего агента (азотистой кислоты HNO₂). Третья реакция является ключевой при получении диазосоединения. Реакции с четвертой по седьмую являются побочными, в четвертой реакции азотистая кислота переходит в нитрозный газ, пятая, шестая и седьмая описывают образование различных диазосмол.

Исследования процесса диазотирвания, качество которого характеризуется конверсией продукта на выходе; проскоком амина; количеством диазосмол и количеством нитрозных газов, позволили определить наиболее значимые технологические параметры процесса. Одним из таких параметров является температура в зоне реакции. Как показали исследования, с ростом температуры значительно меняется конверсия продукта на выходе. Это связанно в большей степени из-за того, что при низких температурах растворимость твердой фазы амина значительно хуже, поэтому с ростом температуры проскок уменьшается и увеличивается конверсия. Помимо этого при возрастании температуры наблюдается увеличение количества диазосмол, на выходе, а количество нитрозных газов уменьшается. Это происходит из-за того, что увеличивается количество растворенного амина и азотистая кислота не успевает распадаться, а вступает в реакцию.

Ещё один параметр, значительно влияющий на качество процесса – это распределение, подаваемого нитрита натрия, по царгам. Распределение нитрита натрия по царгам производится с целью, того что бы: во-первых снизить образование дизосмол из готового продукта, т.к. образовавшееся диазосоединение при высоких температурых начинает разлагаться на диазосмолы; во-вторых с целью снизить разложение азотистой кислоты, а значит и уменьшить образование нитрозных газов. На рисунках 1, 2 представлены графики изменения конверсии и количества нитрозных газов от температуры при различном распределении диазотирующего агента. Пунктирной линией (1) обозначены графики построенные без распределениядиазотирующего агента по секциям реактора диазотирования, штрих-пунктирной (2) – с распределением в первую и вторую секцию реактора в соотношении 50/50%, точечной (3) – с распределением в первую и вторую секцию реактора в соотношении 80/20%, сплошной (4) – с распределением в первую, вторую и третью секцию реактора в соотношении 80/15/5%.

Рисунок 1. График зависимости конверсии от температуры	Рисунок 2. График зависимости количества нитрозных газов от температуры

В случае без распределения наблюдается наибольшее выделение нитрозных газов. Лушие результаты получаются при распределении нитрита в несколько царг. Но на данном этапе исследования нельзя однозначно сказать какое конкретно распределение будет давать наиболее выгодные результыта, т.к. это уже является частью сложной оптимизационной задачи, которую предстоит решить в будущем.