Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

— 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

Непрерывнодействующий трубчатый автоклав показан на рис. 28.

Процесс обработки НЦ на фазе стабилизации осуществля­ ется в несколько ступеней. На первом этапе НЦ с концентра­ цией 1,5...2%, поступившая с фазы отделения кислот в аппа­ раты предварительного нагрева, подогревается до Т = = 90...95°С. Для обеспечения непрерывности работы автоклава в системе устанавливают несколько аппаратов предварительно­ го нагрева, поочередно питающих автоклав. Из данных аппа­ ратов водная взвесь массонасосами 4 перекачивается в питаю­ щий бак 3, в котором поддерживается постоянный уровень.

82

Из питающих баков масса поступает в первую зону трубчатого автоклава, зону нагрева, где подогревается до 135...155°С и на­ ходится далее в зоне выдержки при данной температуре в те­ чение 10... 15 мин, затем в последней зоне, зоне охлаждения, температура снижается до 70...100°С. В процессе автоклавной варки разрушаются сульфоэфиры, частично удаляется свобод­ ная серная кислота и снижается степень полимеризации (вяз­ кость). Из последней секции автоклава взвесь разбавляется водой, одновременно при этом охлаждаясь, и через тормозные сопла (поддерживающие давление в автоклаве) поступает в приемные баки, где кислые воды заменяются на щелочные (концентрация — 0,01...0,03%). Из приемных баков НЦ пода­ ется на фазу измельчения.

Ниже приводится краткая характеристика оборудования фазы стабилизации.

Аппарат предварительного нагрева показан на рис. 29.

Технические характеристики аппарата

Диаметр — 4 м Высота — 5 м Емкость — 44 м3

Диаметр турбины — 450 мм Количество мешалок — 4 Частота вращения — 276 об/мин

Технологический оборот аппарата

Загрузка — 0,75... 1 ч Доведение до концентрации 3...5% — 0,5...0,75 ч

Установка кислотности 0,2...0,7% — 0,5...0,75 ч Подогрев до 70...95°С — 0,75...2 ч Разгрузка — 1,5 ч Полный оборот — 4...6 ч

Трубчатый автоклав представляет собой теплообменник «труба в трубе» в виде змеевика с размещенными друг над другом прямыми участками труб.

Длина прямого участка труб — 30 м, состоит из трех эле­ ментов — два по 12 м и один 6 м. Автоклав разделен на три зоны: нагрева, выдержки, охлаждения. Первые две зоны тепло­ изолированы. Все звенья автоклава (рис. 30) взаимозаменяемы.

Трубчатый автоклав смонтирован на эстакаде, на опорах

84

Рис. 29. Аппарат предварительного нагрева:

1 — ложное дно; 2 — козырек; 3 — чан из нержавеющей стали; 4 — теп­ лоизоляция (доски); 5 — рама; 6 — привода; 7 — двигатели; 8 — вал; 9 — мешалка пропеллерная; 10 — мешалка турбинная; 11 — подшипник; 12 — сопло

Технические характеристики автоклавов (система «Мели-

кен»)

Общая длина, м — 1100 (1200)

Длина зон, м

I _ 490 (147)

85