Непрерывный способ нитрования целлюлозы

Нитрование целлюлозы предварительно осуществляется периодически действующих нитраторах-дозаторах, которые работают циклично и поочередно на один круговой аппарат непрерывного удаления отработанных кислотных смесей (НУОК), в котором избыток нитросмеси отделяется за счет естественного стока (см. рис. 2.1.1). Над аппаратом установлено четыре нитратора с корпусом эллиптической формы, коническим днищем и сливным патрубком. Нитраторы имеют по двелопастных мешалки, которые вращаются в разные стороны.

Рис. 1.2.1. Технологическая схема окончательного нитрования Ц и рекуперации удержанных кислот на аппарате НУОК:

• 1 — 4 — напорные баки орошающих кислот;
• 5 — 8 — холодильники орошающих кислот;
• 9 — нитратор — дозатор;
• 10 — аппарат НУОК;
• 11 — бак-сборник отработанной кислоты

Они установлены так, чтобы угол между лопастями смежных валов был равен 90°. Форма лопастей способствует погружению Ц, орошаемой сверху кислотной смесью, из верхней в нижнюю зону нитратора. В верхней части имеется люк для подачи Ц, а также патрубок для подвода нитросмеси.

С внутренней части нитратора к патрубку подсоединен ороситель для нитросмеси в виде трубы с отверстиями, согнутой по контуру аппарата и заглушенной в конце. При работающих мешалках начинается заливка из Расходного бака кислотных смесей, которые проходят теплообменник, где подогреваются или охлаждаются до заданной температуры. Благодаря большому модулю нитрования температура реакционной массы в не повышается более чем на 3−4°С, поэтому нитратор не имеет рубашки Ц теплообмена. Затем автоматически включается загрузка целлюлозы из бункера-дозатора, при этом подача кислот не останавливается в соответствии с принятым модулем этерификации, дозировка Ц и нитрос производится автоматически.

В табл. 1.1.1 в качестве примера приведен ориентировочный работы нитраторов-дозаторов при непрерывном производстве некоторых типов НЦ.

Таблица 1.1.1. Примерный режим работы нитраторов-дозаторов

Через заданные интервалы времени шнек-дозатор бункера автоматически производит отмеривание и загрузку Ц в нитратор. По истечении времени предварительной этерификации (15−25 мин) из нитраторов-дозаторов поочередно (согласно графику работы) производи слив реакционной массы (при непрерывно работающих мешалках) в аппарат НУОК. После опорожнения нитратора его сливной кран закрывается, и цикл работы продолжается.

В аппарате НУОК, имеющем диаметр 7,6 м (10 на рис. 2.1.1), равномерно распределяется на дне перфорированного кольцевого транспортера, медленно вращающегося в закрытом кожухе.

По мере его вращения новые порции НЦ из других нитраторов подаются на его ложное дно. Продукт укладывается специальной гребенкой ровным слоем определенной высоты (25−40 см) и орошается по всей поверхности из оросительных желобов.

Отработанная кислотная смесь стекает через перфорированное дно в соответствующее отделение неподвижного кольцевого поддона, разделенного перегородками, и самотеком поступает через кислотный фильтр в бак-сборник отработанной кислоты 11, затем насосом подается в напорный бак 4 орошающих кислотных смесей и самотеком через холодильник 8 поступает в зону окончательной проточно-оросительной этерификации, длительность которой составляет 15−25 мин. Избыток отработанной кислоты направляется на фазу смешения кислот для укрепления и дальнейшего использования в производственном цикле.

Зона рекуперации кислот в аппарате НУОК разделена на четыре секции ступени вытеснения отработанных кислот, удержанных нитроцеллюлозой, кислотами убывающей концентрации, а затем водой. При этом необходимо отметить, что термин «вытеснение» не точно отражает физическую сущность этого процесса, так как вытеснение — это конкуренция двух несмешивающихся жидкостей. В данном же случае происходит экстрагирование (выщелачивание) более концентрированных нитросмесей менее концентрированными и, наконец, водой. Кинетика процесса описывается законами массопередачи. Однако указанный термин широко используется в промышленности, поэтому он будет применяться и при дальнейшем изложении материала.

В четвертой секции зоны рекуперации НЦ орошается водой, которая подается в систему в строго расчетном количестве. Из поддона четвертой секции слабые кислотные смеси (при концентрации 30−40 мас %) через напорный бак 1 и холодильник 5 поступают на орошение НЦ в третьей секции, из нее кислотные смеси (при концентрации 50−60 мас %) через напорный бак 2 и холодильник 6 орошают НЦ второй секции, а затем при концентрации 65−75 мас %) поступают через напорный бак 3 и холод 7 на орошение НЦ в первой секции.

Таким образом, вытесненная кислота каждой последующей является орошающей кислотой предыдущей ступени вытеснения.

Отработанная кислотная смесь из первой секции разделяется на 2 потока: первая, более концентрированная фракция (65−75% от общей массы вытесненной кислоты), направляется на фазу смешения кислот укрепления, а оставшаяся часть поступает на фазу регенерации кислот.

Температура орошающих кислот в зоне проточной этерификации не более 10 °C, в зоне рекуперации 6−10°С. Такой режим создается для уменьшения вероятности процесса денитрации НЦ.

Для улова паровоздушной смеси, содержащей пары и туман H2SO4, HNO3 и оксиды азота, нитраторы и аппарат НУОК подключены газовоздуховодами к абсорбционной установке.