Непрерывная нитрация

Фаза так называемой непрерывной нитрации, применяемая на заводах, основана на использовании периодических нитраторов и аппарата НУОК. В этом случае процесс нитрации состоит из двух стадий: периодической в нитраторах и непрерывной (донитрации) в зоне проточно-оросительной нитрации аппарата НУОК.

Аппарат НУОК представляет собой кольцевой конвейер в виде желоба с перфорированным (ложным) дном, вращающийся в закрытом кожухе. Снизу под конвейером размещен неподвижный кольцевой поддон для сбора кислот. Сверху над конвейером установлена неподвижная система орошения. Весь аппарат по периметру разделен на четыре зоны: загрузки, проточно-оросительной нитрации, рекуперации кислот и выгрузки. В соответствии с зонами поддон разделен вертикальными перегородками на отдельные секции. Каждой зоне также соответствует своя часть оросительной системы. При вращении конвейера нитраты целлюлозы, лежащие в виде слоя на ложном дне, последовательно проходят каждую из указанных зон.

Схема непрерывно действующей фазы нитрации

приведена на рис. 13.

Рисунок 13 - Технологическая схема нитрации и рекуперации кислот с использованием аппарата НУОК: 1– нитратор; 2 – НУОК; 3 – фильтр; 4 – сборник кислой смеси; 5 – напорный бак ОКС; 6 – напорный бак орошающих кислот; 7 – теплообменники для охлаждения орошающих кислот; 8 – напорный бак воды; 9 – насос фракции 1; 10 – насос фракции 2; 11 – насосы орошающих кислот; 12 – мутильник; 13 – массонасос; 14 – насос возврата ОКС

В данной схеме отсутствует механический отжим нитратов целлюлозы. Их отделение от отработанной кислотной смеси осуществляется в аппарате НУОК за счет естественного стока жидкой фазы через ложное дно вращающегося желоба кольцевого конвейера.

Работа нитраторов организована аналогично рассмотренной выше схеме действующей периодической фазы нитрации. После проведения нитрации каждый нитратор 1 последовательно разгружается в загрузочную зону аппарата НУОК 2. Нитраты целлюлозы, поступающие из нитраторов, равномерно распределяются на ложном дне конвейера, который перемещает их в зону проточно-оросительной нитрации. В этой зоне они донитровываются в условиях орошения отработанной кислотной смесью. Отработанная кислотная смесь из нитратов целлюлозы в зонах загрузки и проточно-оросительной нитрации стекает в соответствующее отделение поддона и самотеком посту-

пает через фильтр 3 в сборник отработанной кислотной смеси 4. Отфильтрованная отработанная кислотная смесь из сборника 4 насосом 14 подается в напорный бак 5, откуда самотеком через холодильник 7 возвращается в систему орошения зоны проточно-оросительной нитрации. Избыток отработанной кислой смеси из напорного бака 5 поступает на фазу приготовления рабочей кислой смеси. После донитрования нитраторы целлюлозы с помощью кольцевого конвейера аппарата НУОК поступают в зону рекуперации. Таким образом, в данном случае фаза нитрации совмещается с фазой рекуперации кислот.

Рассмотренная схема с аппаратом НУОК успешно применяется для производства пироксилина №2 и низкоазотных нитратов целлюлозы (коллоксилинов), но не позволяет получать пироксилин №1 с устойчивым содержанием азота из-за денитрации в результате длительного его контакта с отработанной кислотной смесью. Поэтому более перспективным является нитрационный агрегат с непрерывно действующей центрифугой, схема которого показана на рис.14.

В этом нитрационном агрегате разгрузка нитрато-ров 1 осуществляется в буферную емкость 2, из которой

насосом-питателем 3 суспензия нитратов целлюлозы (реакционная смесь) подается в центрифугу непрерывного действия 4. В центрифуге происходит отделение отработанной кислотной смеси, а отжатый нитрат целлюлозы смывается транспортной кислотой более низкой концентрации по сравнению с отработанной кислотной смесью и
подается на фазу рекуперации.

Полностью непрерывно действующий нитрирующий агрегат разработан на основе так называемого роторно-пульсационного аппарата (РПА) и аппарата

НУОК.

Рисунок 15 - Роторно-пульса-ционный аппарат: 1 – статор; 2 – корпус; 3 – ротор; 4 – подшипниковый узел; 5 – электродвигатель

РПА по конструкции аналогичен центробежному насосу (рис.15), внутри корпуса которого вместо рабочего

колеса на валу закреплен цилиндрический ротор 3 с прорезями на боковой поверхности. Внутрь ротора заходит цилиндрический статор, также имеющий на боковой поверхности прорези. Статор является одновременно крышкой аппарата, в которой имеется патрубок для подачи реакционной смеси. В процессе работы РПА реакционная смесь поступает во внутреннюю полость корпуса 2 и при прохождении ее через прорези в статоре и роторе в результате вращения ротора происходит прерывание потока. За счет этого в потоке создается поле упругих колебаний (пульсационное поле), повышающее пропитку целлюлозы нитрационной смесью и интенсифицирующее процесс нитрации.

Технологическая схема непрерывно действующего нитрационного аппарата РПА представлена на рис.16.

В отличие от вышеописанных технологических

схем нитрации целлюлозы в данной схеме нет периодически действующих нитраторов. Она включает одношнековый бункер-дозатор, в верхней части которого размещен циклон пневмотранспортного сушильного агрегата, роторно-пульсационный аппарат, аппарат НУОК.

При работе нитрационного агрегата высушенная целлюлоза, улавливаемая в циклоне, поступает в бункер-дозатор 1 и шнеком подается в реактор-смеситель 2. Одновременно в него же из напорного бака 3 через теплообменник 4 подается отработанная кислотная смесь требуемой

температуры. В реакторе-смесителе происходит смешение и смачивание целлюлозы кислотной смесью, а также первая ступень нитрования. Так как кислотной смесью в данном случае является отработанная кислотная смесь, имеющая повышенное содержание воды, процесс пропитки протекает более интенсивно и снижается вязкость нитрата целлюлозы. После смешения целлюлозы с отработанной кислотной смесью полученная суспензия поступает в РПА 5, где она подвергается обработке в пульсационном

поле. Из РПА суспензия направляется в загрузочную зону аппарата НУОК 6.

Рисунок 16 – Технологическая схема непрерывной фазы нитрации с роторно-пульсационным агрегатом: 1 – бункер-дозатор; 2 – реактор-смеситель; 3 – напорный бак ОКС; 4,8,9 – теплообменники; 5 – роторно-пульсационный аппарат; 6 – аппарат НУОК; 7 – напорный бак РКС; 10 – фильтр; 11 – сборник ОКС; 12 – насос нитрационного аппарата

В загрузочной зоне избыток отработанной кислотной смеси через перфорированное дно отделяется от нитрата целлюлозы и сливается в поддон аппарата. Образовавшийся слой нитрата целлюлозы на кольцевом конвейере аппарата поступает в проточно-оросительную зону нитрации. В начале процесс нитрации также ведется отработанной кислотной смесью, поступающей из напорного бака 3 через теплообменник 4, затем проточная нитрация ведется рабочей кислотной смесью состава: HNO₃ – 32 – 35 %; H₂SO₄ – 62,2 – 58,8 %; H₂O – 5,8 – 6,2 %. Рабочая кислотная смесь поступает из напорного бака 7 через теплообменник 9.

Третья ступень проточной нитрации осуществляется охлажденной в теплообменнике 8 отработанной кислотной смесью. Отделенная от нитрата целлюлозы кислотная смесь поступает в соответствующую секцию поддона, где смешивается с ранее поступившей смесью. При этом в равновесных условиях массовый состав полученной кислотной смеси соответствует исходной отработанной кислотной смеси.

Пройдя фильтр 10, отработанная кислотная смесь поступает в сборник 11, откуда насосом 12 подается в напорный бак 3. В напорном баке 3 накапливается избыток отработанной кислотной смеси, которая отводится на фазу приготовления рабочей кислотной смеси. По завершению проточной нитрации нитрат целлюлозы поступает в зону рекуперации аппарата НУОК (на схеме не показана).

Недостатком рассмотренного нитрационного агрегата является нестабильность характеристик получаемого высокоазотного нитрата целлюлозы (пироксилина №1).