pdf.php@id=6178

Таблица 4

Примерный технологический оборот нитратора, мин

По истечении времени этерификации при периодической технологии масса в 2—3 приема сливается в кислотоотжимоч­ ную центрифугу.

При непрерывной технологии реакционная смесь сливается равномерно в круговой аппарат, для этого сливной кран имеет приводную систему.

71

Технические характеристики центрифуги•

Диаметр корзины — 12 м Высота корзины — 0,6 м

Частота вращения, об/мин: тихий ход — 350; быстрый ход — 960

Фактор разделения: тихий ход — 82; быстрый ход — 598 Мощность электродвигателя — 15 кВт Примерный режим работы центрифуги представлен

в табл. 6.

Т а б л и ц а 6

Примерный технологический режим работы кислотоотжимочной центрифуги

Полный оборот центрифуги 8,5...10,5 9...12,5 10...14,5 10...14,5 10...15,5

Слив реакционной смеси из нитратора производится на тихом ходу центрифуги в два — три приема. Отработанная ки­ слотная смесь сливается в сборник отработанных кислот. С тихого хода на быстрый центрифуга переключается автома­ тически. По истечении установленного времени кислотоотжи­

и подача транспортирующей жидкости в смывной аппарат. Выгружаемый из центрифуги отжатый нитрат целлюлозы дол­ жен быть обильно смочен транспортной кислотой с целью ис­ ключения возможного самовоспламенения НЦ вследствие ло­ кального разогрева. Орошение производится в смывном аппа­ рате через расположенный по окружности кольцевой ороситель с 2—3 рядами отверстий.

Оборудование для рекуперации кислот

В промышленности существует два метода рекуперации: скоростной метод в кислотоотжимочных центрифугах и непре­ рывная рекуперация в аппаратах НУОК.

7 3

Кислотоотжимочные центрифуги обеспечивают рекупера­ цию всего за несколько минут и не требуют дополнительной установки вытеснителей.

Этот метод позволяет не только ликвидировать ручной труд, но и является основой для создания непрерывного высо­ комеханизированного нитрационного комплекса по изготовле­ нию всех типов нитратов. Режим работы центрифуги по реку­ перации кислот приведен в табл. 7.

Т а б л и ц а 7

Примерный режим работы центрифуга в зависимости от марки целлюлозы, применяемой для изготовления пироксилина

Недостатком метода является снижение производительно­ сти центрифуги.

Аппарат непрерывного удаления отработанных кислотных смесей (НУОК), разработанный в ОТБ-40 Г. Л. Штукатером и М. А. Швиндельманом (рис. 24), осуществляет удаление ки­ слот естественным стоком с последующим многоступенчатым вытеснением их кислотами убывающей концентрации.

Аппарат представляет собой кольцеобразный с ложным дном конвейер, вращающийся в закрытом кожухе. Аппарат разделен на четыре зоны: загрузки, проточно-оросительной этерификации, рекуперации кислот и выгрузки.

Кольцевой конвейер имеет размеры: диаметр по оси — 6 м, ширина — 1,2 м, высота — 7 м. Дно конвейера перфорирова­ но и состоит из 20 секторов. Конвейер вращается на роликах, которые катятся по горизонтальным рельсовым путям. В зоне выгрузки рельсовый путь опускается и масса из переворачи­ вающихся секторов выгружается в смывной аппарат.

Все секции кольцевого аппарата имеют патрубки для отбо­ ра стекающих в них вытесненных кислот. Для отвода газов вверху аппарата смонтирован кольцевой зонт, прикрепленный

74

к фланцу наружной обечайки подцона. В зоне загрузки смон­ тированы четыре патрубка для подачи реакционной смеси из четырех нитраторов.

В зоне проточной нитрации установлено 10 — 14, а в зоне рекуперации кислот 4 — 6 оросителей кислот. В зонах наи­ большего выделения паров азотной кислоты (зоны загрузки и проточной нитрации) зонт имеет вентиляционные отсосы.

Привод НУОК (рис. 25) имеет коробку передач, два элек­ тродвигателя (основной и резервный) и два червячных редук­ тора.

На неподвижной плите монтируется зубчатый венец, по которому перемещаются сателлитные шестерни, приводимые во вращение вертикальным червячным редуктором от электро­ двигателя. Сателлитные шестерни обеспечивают вращение ап­ парата НУОК, центруемого на оси роликами.

Коробка передач имеет шесть ступеней и обеспечивает из­ менение скорости вращения желоба от 3 об/час до 1 об/час (в зависимости от марки нитрата).

Технологический цикл НУОК включает следующие опера­ ций (рис. 26).

Рис. 25. Кинематическая схема привода аппарата НУОК:

1— червячный редуктор; 2 — ролики; 3 — электродвигатель; 4 — короб­ ка передач; 5 — кольцевая балка; 6 — зубчатый венец; 7 — рама

7 6

Рис. 26. Технологическая схема рекуперации кислот на аппарате НУОК:

1, 2, 3, 4 — напорные баки; 5, 6, 7, 8 — холодильники; 9, 10 — термо­ метры; 11 — нитратор-дозатор; 12 — сливной кран; 13 — кольцевой же­

-------------------------неизмельченный пироксилин

НЦ с кислотной смесью из нитраторов-дозаторов 11 после завершения ванновой этерификации через автоматически от­ крывающийся сливной кран 12 разгружается в медленно вра­ щающийся кольцевой желоб. Реакционная масса растекается по ложному дну желоба. Отработанная кислотная смесь стека­ ет через ложное дно в секции поддона, а НЦ укладывается гребенкой на ложном дне ровным слоем. С увеличением вы­

77

соты время рекуперации увеличивается и ухудшаются физи­ ко-химические показатели. Для четырехступенчатого цикла вытеснения наиболее рациональная высота слоя НЦ — 0,25...0,4 м.

Последовательно разгружаются все нитраторы, заполняя ложное дно желоба. Стекающие кислотные смеси поступают из последней секции вытеснения, которая промывается чистой водой, последовательно противотоком в предыдущие секции вытеснения, а затем и в секции проточной нитрации.

Для снижения теплового эффекта гидратации кислот при вытеснении на последних ступенях установлены холодильни­ ки, обеспечивающие снижение температур кислотных смесей до 5...10°С.

По окончании рекуперации отработанных кислот НЦ по­ ступает в зону разгрузки аппарата НУОК, где сектор ложного дна переходит в вертикальное положение, и НЦ под собствен­ ным весом разгружается в смывной аппарат.

Одновременно в него подается транспортная вода для пе­ редачи НЦ с концентрацией 2...3% на последующие фазы.

Общие технические характеристики НУОК и режим работы

Фаза стабилизации нитрата целлюлозы

Фаза стабилизации включает два основных процесса:

— собственно стабилизацию химической стойкости нитра­ та целлюлозы путем удаления нестойких примесей и побоч­ ных продуктов;

78

— формирование молекулярно-массового распределения (ММР) и надмолекулярной структуры НЦ (нормативные вяз­ кость, степень полимеризации, растворимость и др.).

15.. .20 часов. Поэтому вопрос сокращения длительности опе­ рации стабилизации НЦ является одним из основных вопро­ сов модернизации производства нитратов в целом.

При нитрации целлюлозы серно-азотной кислотной сме­ сью протекает ряд побочных процессов с образованием: сме­ шанных серно-азотных эфиров целлюлозы, нитропентозанов (на древесной целлюлозе), нитросахаров. Эти примеси хими­ чески нестойки и способствуют пониженной химической стойкости НЦ. Кроме того, внутри капилляров остается сво­ бодная закапсюлированная кислота.

Серно-азотные эфирные группы целлюлозы образуются при получении низкоазотных целлюлоз (коллоксилин, пирок­ силин № 2). Они легко разрушаются при кипячении в кислых растворах (2...4 часа) или при нагреве до 130...135*С. Нитроса­ хара разрушаются легко при температуре 70...80°С в щелочных растворах, т. е. они также не влияют на продолжительность стабилизации.

Существенно влияют на продолжительность стабилизации свободные кислоты, содержание которых в высокоазотных НЦ (типа пироксилина № 1) существенно выше, чем в низкоазот­ ных, причем основное количество их содержится в капилля­ рах. И если в низкоазотных НЦ для их удаления достаточно 2.. .4 часовой варки в щелочной среде, то для нейтрализации свободной H2S04 в высокоазотной НЦ требуется не только кипячение в щелочной среде, но и измельчение для отмывки кислоты из капилляров.

В заводских условиях существует две технологические схе­ мы стабилизации НЦ:

— периодическая технология для пироксилинов № 1 и № 2, включающая: кислую и щелочную варку в чанах горя­ чей промывки — измельчение — окончательную стабилизацию

влаверах;

—непрерывная технология для коллоксилина Н: предва­ рительная стабилизация в трубчатых автоклавах в кислой сре­ де — измельчение — окончательная стабилизация в лаверах.

79

Ниже приводится описание оборудования и технологиче­ ских процессов фазы стабилизации.

Предварительная стабилизация в чанах горячей промывки

Технологический процесс стабилизации в чанах горячей промывки более чем за столетие практически не изменился, если не считать применения нержавеющей стали вместо дере­ ва при изготовлении чанов и использования механизации на операциях загрузки и выгрузки.

На рис. 27 показана схема установки с чаном горячей про­ мывки.

Кислая варка начинается после заполнения чана НЦ и слива транспортной жидкости. Варка проводится при Т = 97...100°С, кислотности — 0,1...0,5%.

Температура в чане поддерживается паром. После заверше­ ния кислой варки кислые отработанные воды сливаются и НЦ промывается подогретой до 95°С чистой водой. Затем чан за­ ливают чистой горячей водой для щелочной варки. Для созда­ ния щелочности 0,01...0,05 % из мерника 4 в чан заливается содовый раствор. Температура варки — 97...100'С. По оконча­ нии варки щелочные воды сливаются. НЦ из чана выгружает­ ся размывом водой под давлением 12... 15 атм и с концентра­ цией 2...3% подается массонасосом 2 на измельчение.

В целях регенерации тепла испарившейся при варках воды (13... 15 кг пара с 1м2) ее пары поступают в конденсационную колонну 7, где тепло передается орошающей воде. Горячая во­ да с Т = 60°С поступает в сборник горячей воды 8, затем в бак 5, где подогревается и поступает на повторное исполь­ зование.

Примерный режим чана горячей промывки приведен в табл. 9.

Непрерывная стабилизация НЦ при повышенных температу­ рах и давлении. Трубчатый автоклав

Как отмечалось выше, стабилизация НЦ включает в себя не только процесс химического разложения нестойких приме­ сей и их диффузионного удаления, но и снижение степени полимеризации за счет деструкции макромолекул НЦ. Послед­ ние два процесса — диффузия и деструкция — в большой сте­ пени зависят от температуры. При температуре горячих про­ мывок (~ 90...100"С) они протекают довольно медленно. По­ вышение температуры на 10°С увеличивает скорость удаления

8 0