Производство коллоксилина ПСВ с детальной разработкой фазы подготовки целлюлозы

Реферат Дипломный проект изложен на листах, содержит 24 литературных источника, таблицы.

Ключевые слова:

АВТОКЛАВ;

нитраты целлюлозы;

коллоксилин;

полунепрерывное производство.

Цель работы: спроектировать производство коллоксилина марки ПСВ. Детально разработать фазу стабилизации.

В пояснительной записке описана технологическая схема производства коллоксилина марки ПСВ, приведены требования к сырью и готовой продукции, проведены расчеты материального баланса, выполнены механический расчет горизонтальных валов и тепловой расчет определение количества пара, а также расчеты количества оборудования. Кроме того, разработаны мероприятия касающиеся вопросов автоматизации, экологии, безопасности технологического процесса. Выполнено технико — экономическое обоснование производства и сделано заключение об экономической целесообразности проекта.

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов НЦ — нитраты целлюлозы, ПСВ — полусекундная вязкость, НУОК — непрерывная установка отработанных кислот, ЭВМ — электронно — вычислительная машина, АСУ — автоматизированная система управления, ПАЗ — подсистема противоаварийной защиты, ТЭП — технико — экономические показатели, ОПФ — основные производственные фонды, ЗП — заработная плата, НОС — нормируемые оборотные средства.

Введение

Народнохозяйственное значение промышленного производства нитратов целлюлоз непрерывно возрастает. Возможность получения нитратов целлюлоз с различной степенью этерификации определяет их применение как сырья во многих областях.

В оборонной промышленности высокоэтерифицированные нитраты целлюлоз — смесевые пироксилины и низкоэтерифицированные — коллоксилины в основном применяются для изготовления пироксилиновых и баллиститных порохов, они являются их основной составляющей.

Коллоксилин нашел широкое применение и в мирных целях, например низковязкие коллоксилины — в лакокрасочной промышленности при изготовлении быстровысыхающих лаков, эмалей для автомобилей, мебельной и других отраслях промышленности. Наряду с этим коллоксилин широко используется при изготовлении нитролинолеумов и нитромастик, в производстве целлулоида, нитропленки и др.

Сырьем для изготовления нитратов целлюлоз является хлопковая и древесные целлюлозы.

Крупнейшим производителем пироксилиновых порохов и метательных зарядов для всех родов войск российской армии является федеральное казенное предприятие «Казанский государственный казенный пороховой завод» — ФКП «КГКПЗ». История Казанского казенного порохового завода, основанного 217 лет назад по указу императрицы Екатерины Великой, вместе с еще более древним Охтенским заводом под Санкт-Петербургом (ныне уже не существующим) и

Шосткинским заводом на Украине, представляет живую историю российского пороходелия.

Началась она с фабрикации черного пушечного и мушкетного пороха и продолжается многолетним производством бездымных пироксилиновых порохов, постоянно совершенствующихся и отвечающих ныне всем требованиям современного вооружения.

Завод в первые годы войны был единственным поставщиком боеприпасов для советской армии.

Основной продукт завода — это пороха и метательные заряды для стрелкового оружия малокалиберной, морской, полевой артиллерии, метательные заряды в гильзах со сгорающим корпусом к выстрелу танковых пушек.

На предприятии осуществляется полный цикл производства от получения НЦ до пироксилинов и коллоксилинов и производства порохов до сборки и испытания метательных зарядов и выстрелов.

В качестве альтернативных источников при изготовлении высококачественных НЦ перспективным является использование льняной целлюлозы. На заводе в настоящее время создается технологическая нитка и идут испытания по производству льняной целлюлозы.

На Казанском пороховом заводе выпускаются следующие основные виды нитратов целлюлоз:

1. коллоксилин с содержанием азота 10,7 — 12,2%;

2. пироксилин № 2 с содержанием азота 12,2 — 12,4%;

3. пироксилин № 1 с содержанием азота 13 — 13,5%.

Помимо военной продукции Казанский пороховой завод № 40

выпускает также мирную продукцию, в частности лаковый коллоксилин марок высоковязкий, средневязкий, низковязкий, весьма низковязкий, весьма низковязкий высокосортный, полусекундной вязкости, полусекундной вязкости мебельный, лакомастичный, применяемый для изготовления лаков красок, мастик, эмалей, линолеумов и т. д.

Объем выпуска валовой продукции на заводе по сравнению с 2003 г. возрос в более чем 2,4 раза. В настоящее время завод приступил к модернизации производства и освоению новых видов продукции.

1. Аналитическая часть

1.1 Историческая справка о способах получения и использования продукта В Европе дымный порох начал применяться с XIV в. для огнестрельного оружия и с 1627 г. — для подрывных работ. В середине XIX в. дымный порох уже не удовлетворял требованиям по взрывным и метательным характеристикам.

Первое крупное открытие в области взрывчатых веществ было сделано во Франции в 1832 г. Анри Браконо. Действуя крепкой азотной кислотой на растительные материалы, он получил вещество, способное в сухом виде быстро воспламеняться. Браконо назвал его ксилодином.

В 1838 г. Полузо повторил опыты Браконо. При действии на бумагу азотной кислотой был получен пергамент, не смачиваемый водой и легко воспламеняемый. Полузо назвал его пироксилином — «взрывчатое (или огненное) дерево».

В 1849 г. Шенбейн, обрабатывал хлопок смесью азотной и серной кислоты, получил вещество, похожее на вату, превосходящее по силе взрыва дымный порох — «стреляющий порох».

Пироксилин оказался опасным из-за нестабильности. Кроме того, из-за его низкой плотности и, следовательно, быстроты и неравномерности сгорания он не мог быть использован в военном деле.

В России изготовление пироксилина в 1846 — 1847 гг. связано с именем А. Фадеева. В 1846 г. в иностранной периодической печати появилось сообщение об испытаниях им пироксилина и о возможности его применения в качестве взрывчатого вещества. А Фадеев считал, что применение пироксилина в зерненом виде устранит разрыв оружия, т. к. быстрое образование газов может быть значительно ослаблено приданием зернам пироксилина большей плотности.

В России пироксилин назвали «метательной бумагой» или «бумажным порохом».

Работы по изучению нитратов целлюлозы проводились в направлении уменьшения взрывоопасности, улучшения стабильности конечного продукта и изыскании путей использования их в военном деле и производстве пластиков, лаков, красок. Всесторонним изучением пироксилина и его состава занимались русские ученые: академик Г. Гесс, профессор А. Гобель, А. Фадеев, А. Косов, А. Гекель и др.

В 1846 г. произошло еще одно открытие в истории взрывчатых веществ — итальянец Аскано Собреро получил нитроглицерин.

В 1877 г. Нобель на основе смеси нитроглицерина и коллоксилина создал порох. Чтобы подчеркнуть его метательные свойства, Нобель дал ему название «баллистит».

Опыты по превращению пироксилина в порох были начаты в России в 1887 г. на Охтенском пороховом заводе. В них принимали участие: профессор Н. Федоров, Н. Панпушко, А. Сухинский, З. Калачев. Образцы первого русого пироксилинового пороха были получены в 1888 г. Пороховые заводы России, изготавливающие черные пороха, в 1891 — 1895 гг. были реконструированы для выпуска пироксилиновых порохов.

Таким образом, в структуру пороховых заводов входят два производства: производство нитратов целлюлоз и производство пироксилиновых порохов.

Для получения пироксилиновых порохов применяют смесевые пироксилины с определенным содержанием азота, которые готовят из пироксилина № 1 (содержание азота не менее 209 мл NO/гр.) и пироксилина № 2 (содержание азота не менее 190 мл NO/гр.). Для получения баллиститных порохов применяют коллоксилин с содержанием азота не менее 189 мл NO/гр.

Не менее важное значение имеют работы по расширению сырьевой базы, улучшению физико-химических и технологических качеств исходного сырья. В качестве сырья для производства нитратов целлюлозы применяют целлюлозные материалы: линт — хлопковая целлюлоза, ЦА — древесная целлюлоза, РБ — древесная целлюлоза в виде рулонной бумаги.

В 1915;1916 гг. были произведены реконструкции и расширение пироксилиновых заводов на базе более совершенного оборудования. Но по-прежнему первые фазы производства — подготовка целлюлозы, нитрационных кислотных смесей, нитрация и отжим отработанных нитрационных кислотных смесей — были оборудованы аппаратами периодического действия. В дальнейшем была проведена работа по созданию новых непрерывнодействующих систем на основных фазах производства нитратов целлюлозы. Были отработаны: аппарат НУОК — непрерывное удаление отработанных кислот; непрерывнодействующий метод стабилизации нитратов целлюлоз при повышенных температурах и, в частности, трубчатый автоклав; непрерывно действующий метод измельчения нитратов целлюлоз и др.

На базе вновь непрерывно действующего технологического оборудования созданы высокомеханизированные производства нитратов целлюлоз. Но принципиальные основы технологии изготовления нитратов целлюлоз не претерпели существенных изменений за последние 100 лет .

1.2 Патентные исследования Для проведения патентных исследований определяется предмет поиска по теме дипломного проекта «Производство коллоксилина ПСВ с детальной разработкой фазы подготовки целлюлозы».

Исследуемая тема относиться к индексам МПК С08 В 5/02 — 5/12 международной классификации изобретений.

Глубина поиска 15 лет, начиная с текущего года и вглубь без пробелов.

Источником информации об отечественных изобретениях является официальный биллютень РФ «Изобретения», «Полезные модели» и информационно — поисковая система Интернет сайт www.fips.ru.

Цель патентных исследований является установление уровня развития техники и анализ применимости прогрессивных решений в дипломном проекте.

Для составления полного списка изобретений, имеющих отношение к теме поиска, используются готовые систематические указатели к официальному биллютеню.

Номера охранных документов, имеющих отношение к теме поиска заносим в таблицу:

Таблица 1.1 — Список охранных документов

После проведения предварительного ознакомления выбираем изобретения, имеющие непосредственное отношение к исследуемой теме.

1.(21), (22). Заявка: 97 117 273/04, 29.10.1997.

(56) Ссылки: DE, 1 287 489, А, 1969 Гиндич В. И. Технология пероксилиновых порохов. Производство нитроцеллюлозы регенерации кислот, т. 1, Казань, 1995, с. 77−89.

(71) Заявитель: Закрытое акцигнерное общество корпорация «Авис Уголь».

(72) Изобретатель: Горохов Н. П., Федоров П. В.

(73) Патентообладатель: Закрытое акцигнерное общество корпорация «Авис Уголь».

(54) Способ получения высококачественной нитроцеллюлозы из хлопкового линта.

(57) Реферат:

Изобретение относиться к технологии получения нитроцеллюлозы. Хлопковый линт нитруют, обрабатывают 0,2 — 1,6% - ными водными раствором окислителя при температуре не выше 100 ⁰С. Полученную нитроцеллюлозу автоклавируют при температуре более 100 ⁰С в воде или в 0,51 — 0,79% - ном водном растворе азотной кислоты. Затем нитроцеллюлозу обрабатывают 0,1 — 1,6% - ным водным раствором перикиси водорода при рH не более 10 и температуре не выше 100 ⁰С. Растворимость нитроцеллюлозы повышается до 100%. Вязкость, прозрачность и цветность соответствует стандартным образцам.

2.(21),(22) Заявка: 99 122 451/04, 26.10.1999.

(56) Ссылка: SV 883 057 А, 23.11.1981.

Оболенская А.В. и другие. Практические работы по химии древесины и целлюлозы — М.:Лесная промышленность, — М.: 1965, с. 60 — 66.

(54) Способы получения нитрата целлюлозы.

(57) Реферат:

Исходный продукт в виде древесных опилок, из которых удалены экстрактивные вещества, обрабатывают нитрующей смесью, содержащей азотную и трифторуксусную кислоты в соотношении 0,4 — 2,0: 1,6 — 0,2, при 30 ⁰С и модуля ванны 50 в течение 30 — 120 мин. Затем полученный целевой продукт подвергают стабилизации. Изобретение обеспечивает удешевление процесса, улучшение экологической обстановки производства и обеспечение прехода на безотходное производство.

3.(21),(22) Заявка: 95 119 693/04, 28.11.1997.

(71) Закрытое акционерное общество «колинпласт ЛТД».

(73) Закрытое акционерное общество «колинпласт ЛТД».

(54) Способ утилизации слабой азотной кислоты, образующейся при абсорбции нитрозных газов в процессе производства нитрата целлюлозы.

(57) Реферат:

Способ утилизации слабой азотной кислоты, образующейся при абсорбции нитрозных газов в процессе производства нитрата целлюлозы, заключающейся в том, что слабую азотную кислоту, выходящую из установки абсорбции нитрозных газов, подают на орошение массы нитроцеллюлозы, поступающей со стадии нитрации целлюлозы, для вытеснения сорбированной нитрующей смеси.

4.(21),(22) Заявка: 95 117 348/12, 12.10.1995.

(71) Товарищество с ограниченной ответственностью «Бизон».

(72) Нашестников В. В., Ермошнин А. С., Бодряшкин С. Н., Шарафисламов Ф. Ш., Газизов Ф. Ф., Шаповалов Е. В., Терехин Е.А.

(73) Товарищество с ограниченной ответственностью «Бизон».

(54) Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы.

(57) Реферат:

Технологическая линия стабилизации нитратов целлюлозы, содержащая последовательно соединенные между собой массопроводами чан горячей промывки, сгуститель суспензии, дисковую измельчительную мельницу и лавер отличающияся тем, что перед чаном горячей промывки и лаверами установлены струйные смесители для подготовки технологического раствора, ажитатор соединен непосредственно с измельчительной машиной первой ступени, представляющей собой лабиринтно — коническую мельницу, а лаверы соединены между собой через лабиринтно — коническую мельницу второй ступени.

5.(21),(22) Заявка: 2 003 116 965/04, 06.06.2003.

(72) Гатина Р. Ф., Ляпина Н. М., Сопин В. Ф., Староверов В. А., Филипов А. С., Романько Н. А., Кузоватова Н. Р., Климович О. В., Марабаева Н.Г.

(73) Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно — исследовательский институт химических продуктов».

(54) Способ стабилизации нитропродуктов.

(57) Реферат:

Способ стабилизации нитроцеллюлозы, включающий кислую промывку нитроцеллюлозы 0,5% - ным раствором серной кислоты, затем щелочную промывку с добавлением соды, измельчение нитроцеллюлозы, горячую промывку, удаление примесей и отжим полученной нитроцеллюлозы с дефиниламином или диэтилдифенилмочевиной, отмачивающийся тем, что нитроцеллюлозу смешивают с 0,5 — 2,5 мас. % дифениламина или 1 — 4,5 мас. % диэтилдифенилмочевины к массе нитроцеллюлозы, взятыми в виде водного раствора в кристаллогидрате хлорного Fe (3) при комнатной температуре в течении 0,3 — 5 ч., при соотношении нитроцеллюлозы к водному раствору дифениламина или диэтилдифенилмочевины в кристалогидрате хлорного железа 1:0,1 — 1:1, по окончании перемешивания нитроцеллюлозу отмывают от хлорного железа водой и сушат в течение 2 — 3 ч.

Заключение

.

Патентные исследования по фонду изобретений показали, что тема разработана достаточно хорошо. Всего найдено 15 изобретений. Однако внимание разработчиков к исследуемой теме неравномерно по годам. Пик изобретательной активности приходиться на 1997 год. Замечено, что наибольшее количество изобретений относится к производству нитроцеллюлозы. За текущий год изобретений не было найдено.

Для анализа отобрано пять изобретений, имеющих непосредственное отношение к исследуемой теме. Проанализировав найденные изобретения и полезные модели можно сделать вывод, что в настоящее время для производства нитроцеллюлозы используют новые технологии. Способ получения нитрата целлюлозы по патенту на изобретения № 2 003 116 965 обеспечивает удешевление процесса, улучшение экологической обстановки производства и обеспечения перехода на безотходное производство, поэтому его можно рекомендовать для использования в данном дипломном проекте.

1.2.1 Механизм процесса нитрации целлюлозы Согласно современным представлениям чистая целлюлоза представляет собой высокомолекулярный неразветвленный полимер, в котором в-Д гликопиранозные остатки связаны по типу 1−4. Каждый остаток (звено) имеет три неравноценные спиртовые группы, локализированные у 2,3,6 атомов углерода. То есть целлюлоза представляет собой многоатомный первично-вторичный спирт. Все три гидроксильные группы элементарного звена целлюлозы способны замещаться на нитратные, причем реакция синтеза нитрата целлюлозы протекает в режиме взаимодействия твердое тело — жидкость и относится к гетерогенным реакциям. Процесс образования нитрата целлюлозы можно выразить следующим уравнением:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n + n [3OH (NO₂)] > [С₆Н₇О₂(ОHO₂)₃]_n + n · 3 H₂O

Серная кислота в кислотных смесях является водоотнимающим средством, т. к. она обладает большей теплотой гидратации, чем азотная, и тем самым способствует протеканию реакции нитрации целлюлозы.

Реакция нитрования, как и всякая реакция этерификации, является обратимой. Добавлением воды равновесие можно сдвинуть в сторону образования эфира с меньшим количеством азота; от прибавления концентрированной серной кислоты, связывающей воду, равновесие сдвигается вправо — в сторону образования более высокоазотного продукта.

При нитрации целлюлозы кроме основного процесса — образования азотнокислых эфиров целлюлозы — происходят побочные процессы — гидролиз (без расхода кислот) и процессы окисления азотной кислотой примесей в целлюлозе и самой целлюлозы, на что расходуется определенное и нередко значительное количество азотной кислоты, восстанавливающейся в окислы азота.

Механизм реакции нитрования детально не изучен. Предполагалось, что нитрация целлюлозы протекает по механизму этерификации согласно схеме:

RОН+ONO₂ > RONO₂ + H₂O

т. е. в обменной реакции участвуют гидроксилы целлюлозы Позднее выяснилось, что реакция целлюлозы с азотной кислотой протекает по механизму О-нитрования.

ROН+ОН*NO₂ > RONO₂ + H₂O

По этому механизму протекает реакция моно — и полиатомных спиртов с азотной кислотой.

Современные представления о механизме нитрования органических соединений основываются на классических исследованиях К. Ингольда. В основу этого механизма положено существование реакционно-способного катиона нитрония NO₂, которое доказано несколькими независимыми методами. Для О-нитрования спиртов К. Ингольдом предложена следующая последовательность реакций.

HNO₃ + HNO₃ > H₂NO₃⁺ + NO₃^- (быстро) (I)

H₂NO₃⁺>H₂O+ NO₂⁺ (медленно) (II)

ROH+ NO₂⁺ > R (OH)(NO₂)⁺ (быстро) (III)

R (OH)(NO₂)⁺ + NO₃^- > RONO₂ + HNO₃ (быстро) (IV)

Таким образом, в данном механизме лимитирующей стадией является образование катиона нитрония.

В присутствии серной кислоты образование иона нитрония облегчается:

HNO₃ + 2 H₂SO₄ > NO₂⁺ + 2 HSO₄^- + H₃O⁺ (V)

Существуют и другие механизмы О-нитрования спиртов и целлюлозы. Так, Л. Т. Еременко была предложена следующая схема последовательных реакций:

CH₃OH + HNO₃ > CH₃OH₂⁺ + NO₃^- (I)

CH₃OH₂⁺ + HNO₃ > CH₃OH (NO₂)⁺ + H₂O (II)

CH₃OH (NO₂)⁺ + NO₃^- > CH₃ONO₂ + HNO₃ (III)

Согласно представлениям Еременко нитруется протонированная форма спирта CH₂OH₂⁺.

Вопрос о механизме О-нитрования окончательно не решен. Это связано, прежде всего, со сложностью экспериментального определения энергии активации отдельных стадий того или иного механизма.

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Описание технологической схемы производства Технологический процесс получения коллоксилинов состоит из следующих операций:

— рыхление и сушка целлюлозы;

— приготовление кислотных смесей;

— нитрация целлюлозы и рекуперация отработанных кислот;

— фильтрация отработанных кислот;

— улов паров азотной кислоты;

— снижение вязкости коллоксилинов в автоклавах;

— стабилизация коллоксилина в чанах горячей промывки;

— формирование общих партий;

— отжим коллоксилина от воды;

— улов коллоксилина из сточных вод;

— упаковка коллоксилина в мешки;

— обезвоживание, упаковка в тару и отправка потребителю коллоксилина.

Целлюлоза в виде спрессованных кип (6) массой 60 кг поступает на склад цеха, кипы целлюлозы на ручной тележке или автопогрузчиком подводятся к кипорыхлителю (4), освобождаются от упаковки и подаются на рыхление. Продолжительность рыхления 1−2 минуты. Разрыхленная целлюлоза через конфузорно-диффузорную воронку (10) поступает в воздуховод пневмосушилке (8), в которой вентилятором (7) нагнетается подогретый в калорифере (9) воздух. Воздух захватывает целлюлозный материал и по пути движения по пневмопроводу, высушивает целлюлозу до влажности не более 5%. Скорость воздуха 18−22 м/с. Качество сушки регулируется температурой воздуха. Температура воздуха после калорифера должно быть 80−135 ⁰С. Температура воздуха после воронки не менее 80 ⁰С.

Высушенный целлюлозный материал поступает в бункер — дозер (5), расположенный над нитраторами — дозерами (11). Отработанный воздух из бункеров — дозеров поступает в камеры для улова пыли (6), в которых целлюлозная пыль осаждается, а воздух хвостовым вентилятором (55) выбрасывается в атмосферу. Целлюлозная пыль из пыльных камер периодически выбирается и отправляется в 11 отдел. Целлюлоза 30−45 кг на сухую массу из бункеров-дозеров автоматически загружается в нитраторы-дозеры, где происходит смешение целлюлозы с нитрационной кислотной смесью и предварительная нитрация ее. Модуль нитрации 1:50—1:40. Продолжительность 7.5−20 минут.

Нитрационная смесь готовится в смесителях из свежих, отработанных кислот и кислот 1 и 2 фракции. Отработанные кислоты, применяемые для приготовления нитрационных смесей, должны содержать окислы азота не более 4,5%. Свежая кислота (азотная, олеум) из баков свежих кислот насосом перекачивается в мерники, откуда самотеком поступает в смесители кислот.

Отработанные кислоты и 1, 2 фракции вытесненных кислот перекачиваются в смесители насосом из сборников отработанных и вытесненных кислот.

Приготовленная по заданному составу нитрационная смесь перекачивается в хранители РКС и через теплообменник поступает в нитраторы-дозеры. Температура кислотной смеси в смесителях не должна превышать 45 ⁰С. Температура отработанных кислот не должна превышать 60 ⁰С. Предварительно пронитрованная целлюлоза через загрузочную воронку поступает в НУОК, в проточной зоне которого происходит окончательная нитрация целлюлозного материала путем орошения через оросители, радиально подвешенные по периметру зонта отработанной кислотной смесью. А в остальных зонах происходит удаление удержанной коллоксилином отработанной кислоты путем вытеснения ее в 3−4 ступени кислотными смесями убывающей концентрации и в конце вытеснения водой.

В четвертой ступени вытеснения поверхность НЦ орошается водой, которая вытесняет слабую кислоту с массовой долей 30−40%, стекающую в соответствующее отделение поддона и насосом перекачивается в напорный бак. Из напорного бака эта кислотная смесь, пройдя холодильник, через коллектор поступает на орошение НЦ в третьей ступени вытеснения. Собранная в отделении поддона третьей ступени вытеснения кислотная смесь с массовой долей 50−60% насосом подается в напорный бак и оттуда через холодильник поступает на орошение НЦ второй ступени вытеснения. Кислота, вытесненная во 2-ой ступени с массовой долей 65−75%, стекает в соответствующее отделение поддона и насосом перекачивается в напорный бак. Далее кислотная смесь поступает на орошение 1-ой ступени.

Вытесненная отработанная нитрационная кислотная смесь разделяется на два потока: кислотная смесь с более высокой массовой долей — 1 фракция (около 65−75% от общей массы вытесненной кислоты) насосом подается на фазу смешения для укрепления, а оставшаяся часть с меньшей массовой долей — 2 фракция, насосом подается на регенерацию.

После окончания всего цикла обработки коллоксилин, освобожденный от большей части кислот, с круга автоматически выгружается в смывной аппарат под тяжестью собственного веса, откуда смывается водой в гидротранспортер, доставляющий его в мутильники и далее на операцию стабилизации.

Отработанная кислота поступает в фильтры, где освобождается от частиц коллоксилина и через сборники отработанных кислот возвращается на операцию смешения кислот в смеситель и на орошение в проточной зоне аппарата НУОК.

Из сборников, по мере необходимости, отработанная кислота расходуется для приготовления нитрационных кислотных смесей. С целью разделения кислотных смесей разных концентраций поддон кругового аппарата НУОК разделен перегородками.

Слабая фракция кислот с 4 зоны орошения стекает в последнее отделение кольцевого желоба с ложным дном и откачивается в напорный бак. Откуда, пройдя теплообменник, поступает на орошение предыдущей зоны, где из коллоксилина вытесняется более крепкая кислота, которая по аналогии, используется для вытеснения более крепкой кислоты. Таким образом, вытесненная кислота каждой последующей зоны орошения, пройдя через напорный бак и теплообменник, используется в качестве орошающей кислоты для предыдущей зоны орошения. Вытесненная кислота с 1 зоны орошения выводится в виде двух фракций (1 и 2) в сборники вытесненных кислот и используется для приготовления нитрационной смеси, избыток перекачивается в хранитель слабых кислот и сдается на регенерацию. На фазе нитрации из всех газоходов собирается в отдельном сборнике конденсат, который вместе со 2 фракцией сдается на участок 03. Для создания нормальных санитарно-гигиенических условий в производстве все аппараты при помощи местных вытяжных газоходов подключены к общему газоотводу. Улов паров HNO₃ производится при помощи воды в абсорберах колонного типа системы КХТИ, в результате чего образуется HNO₃ 47−50%.

Солевой раствор для охлаждения кислотных смесей готовится в холодильной установке. Сжиженный аммиак поступает в испарители холодильной установки и компрессором отсасывается в маслоотделитель, где охлаждается и, пройдя через конденсатор, собирается в ресивере. Из ресивера определенное количество жидкого аммиака постепенно выпускается в испаритель, где испаряется, превращаясь в газообразное состояние. Солевой раствор, поступающий в трубное пространство испарителя, охлаждается и направляется в теплообменник, а нагретый рассол насосом обратно перекачивается в испаритель и весь цикл повторяется.

В летний период допускается производить охлаждение РКС и отработанных кислот артезианской водой. В зимний период охлаждение рабочей кислотной смеси и орошающих кислот осуществляется в теплообменниках водопроводной водой.

Нитрозные газы, выделяющиеся в процессе нитрации и рекуперации, поступают в абсорбер системы КХТИ, где производится улов тумана и паров азотной кислоты. Остатки газов в виде окислов азота уходят через выхлопную трубу в атмосферу. Из мутильников коллоксилин перекачивается в чаны для кислой продукции, откуда по циркуляционному массопроводу через загрузочные шнеки подается в автоклавы.

В автоклавах производится варка коллоксилина при повышенных температуре и давлении в умягченной воде, поступающей из зоны напорного бака. Для варки коллоксилина используется острый пар, подаваемый с ТЭЦ с давлением 7?10⁵ Па и температурой 160−170⁰С, поступающий в рубашку автоклава. Температура варки 136−140⁰С. Количество загружаемого коллоксилина 250−350 кг. Продолжительность 175−255 минут. Охлаждение автоклавов производится водопроводной водой.

Конденсат, образующийся в рубашке автоклава во время подогрева и варки, отводится через конденсационную линию в баки конденсата, откуда насосом перекачивается в приямок.

Паро — воздушная смесь из автоклава, по мере необходимости, удаляется через сдувной бак в атмосферу. Коллоксилин из сдувного бака, по мере накопления, через один из шнеков загружается в автоклав или перекачивается в отстойник-ловушку. Из автоклавов коллоксилин перекачивается в чаны горячей промывки для окончательной стабилизации. Операция производится путем промывки коллоксилина в кипящей и теплой воде. При этом удаляются свободные кислоты, малостойкие нитропродукты, смешанные азотнокислые и сернокислые эфиры, разрушающиеся при автоклавной обработке. Горячая промывка идет при температуре 97−100⁰С в течение 2−10 часов. Проводится не менее 2-х теплых промывок при температуре 60⁰С в течение 1−4 часов в нейтральной среде.

Конденсационная колонна орошается водой, умягченной на Na—катионитовом фильтре. Горячая вода из колонны стекает в приямок, откуда через коллоксилиновые фильтры перекачивается в напорные баки и используется для залива в чаны и автоклавы.

Пара — воздушная смесь из чанов отсасывается вентилятором и, пройдя конденсационную колонну, выбрасывается в атмосферу.

Транспортная вода из загрузочных шнеков и все технологические воды из чанов поступают через приемный бак в отстойник-ловушку. Коллоксилин из отстойника-ловушки по мере накопления, перекачивается в чаны с кислой продукцией и вместе с кислым коллоксилином выгружается в автоклавы, или накапливается в отдельном чане для формирования ловушечной партии, а сточные воды из отстойника-ловушки сбрасываются в канализацию. Коллоксилин из чанов перекачивается непосредственно на операцию водоотжима в ажитаторы или на формирование общих партий в смеситель. Назначение фазы формирования общих партий — получение партий коллоксилина, однородных по физико-химическим свойствам. Формирование общих партий проводится в смесителях общих партий. Перемешивание ведут в водной среде с массовой долей коллоксилина 2−3%. Далее идет фаза водоотжима.

Из ажитаторов коллоксилин заливается в водоотжимные центрифуги, в которых отжимается от воды и на тележке отвозится в отделение упаковки и загружается в закрома. Отжим от воды проводится до достижения содержания влаги в коллоксилине 25−30%. Предварительно коллоксилин сгущается в ажитаторе. Сточные воды с операции водоотжима и смешения общих партий попадают в приямок, оттуда насосом перекачиваются в отстойник-ловушку. Из коллоксилина, уловленного в отстойнике-ловушке, формируются ловушечные партии. Концентрация коллоксилина в сточных водах не должна быть больше 0,2 мг/л.

Из закрома коллоксилин навешивается в мешки и направляется на операцию обезвоживания. Обезвоживание производится в электрических центрифугах. Спирт для обезвоживания коллоксилинов заливается в центрифугу из расходных баков чистого спирта и отработанного спирта через мерники.

Отходящий от центрифуги отработанный спирт собирается в баке, откуда через фильтры перекачивается в бак отработанного спирта и используется при обезвоживании. Обезвоженный коллоксилин упаковывается в металлическую тару, вложенную в обреметку, и отводится на погрузочно-разгрузочную площадку, откуда грузится в вагоны для отправки потребителю.

Обезвоживание проводится чистым спиртом крепостью не меньше 92%, а также отработанным спиртом крепостью не меньше 65%. Продукт поступает на фазу в мешках весом 10 кг с влажностью 28−30%. Обезвоживание проводится до 26−28% спиртоводной влажности. Длительность процесса обезвоживания 30−45 минут.

2.1.1 Подготовка целлюлозы Целлюлозный материал для изготовления коллоксилина принимает старший аппаратчик операции предварительной обработке целлюлозы со склада 11 отдела по письменной заявке цеха с учетом потребности.

При приеме целлюлозы старший аппаратчик проверяет наличие паспортов поставщика или справку о качестве с заключением начальника ОТК, количество принятого материала, качество упаковок, правильность укладки кип по партиям и выдает расписку — накладную о принятом количестве целлюлозы.

Письменное разрешение на переработку партии целлюлозы, при соответствии её всем требованиям стандартов и регламента, дает технолог цеха.

Расчет со складом производиться по м «брутто» и «нетто» с учетом влажности, определяемой по ГОСТ 595–79. перед нитрацией целлюлозу с целью придания ей формы, удобной для нитрации и исключения попадания в нитратор спрессованных комков, подвергают рыхлению и сушке. Рыхление целлюлозы производиться на кипорыхлителях типа Р-3Б.

Рыхленая целлюлозы из кипорыхлителя выбрасывается в бункер конфузорно-дифузорную воронки пневмосушилке и транспортируется на нитрацию.

Примечание:

1. по разрешению главного технолога допускается подача целлюлозы непосредственно в воронку пневмосушилке.

2. в летнее время допускается исключить операцию сушки целлюлозы перед нитрацией при условии, что влажность целлюлозы не превышает 7%.

2.1.1.1 Правило производства работ на кипорыхлителях Перед пуском целлюлозы в работу старший аппаратчик проверяет наличие разрешения на переработку партии целлюлозы. Перед рыхлением целлюлозы выборочно взвешивают (каждую 20-ую партию) и в ручную освобождают от упаковки. Для исключения попадания песка кипы распаковывают на полу, покрытым аллюминевым листом, или брезентом.

Встречающиеся в кипах посторонние предметы и плотные неразрыхленные кусочки целлюлозы удаляют, так как при нитрации они могут вызвать разложение продукции. Загрязненные или подмоченные кипы на рыхление не допускаются и складываются отдельно. Использование их производиться по указанию начальника участка. Укладку целлюлозы на питающий транспортер кипорыхлителя производится равномерно, кипу к кипе.

Упаковочный материал, отходы, пыль следует собрать, упаковать, взвесить и сдать на утилизацию в 11 отдел.

2.1.1.2 Сушка целлюлозного материала Сушка целлюлозы производится в пневмосушилках. Влажность высушенной целлюлозы перед нитрацией не должна быть более 5%.

Целлюлозный материал высушивается за счет высокой температуры воздуха, подаваемой в пневмопровод, и разности скоростей движения воздуха целлюлозы. Одновременно целлюлоза пневмотранспортом транспортируется в бункеры на операцию нитрации.

Отходящий из бункера горячий воздух проходит камеру для улова пыли, где освобождается от пыли и выбрасывается хвостовым вентилятором в атмосферу.

Качество сушки целлюлозного материала зависит от температуры воздуха.

Температура воздуха после калориферов должна быть (80 — 135) ⁰С. Температура после воронки не менее 80 ⁰С.

Контроль и регулирование температуры воздуха после калориферов производиться автоматически или вручную

2.1.1.3 Контроль за ведением технологического процесса на операции подготовки целлюлозы к нитрации.

Цеховая лаборатория контролирует влажность целлюлозы перед сушкой и качество сушки, отбирая средние образцы из рыхлительного аппарата и бункера целлюлозы один раз в сутки.

Старший аппаратчик операции ежедневно заполняет журнал результатов физико-химических испытаний ЦЗЛ, или поставщика на партии целлюлозного материала по заключению ОТК.

Аппаратчик операции, в процессе работы, записывает массу кип по паспорту и контрольные результаты влажности целлюлозного материала до и после сушки, определенные цеховой лабораторией, показания термометра пневмосушилки через каждый час работы и количество высушенного материала.

Ответственный за правильное ведение технологического процесса, соблюдение правил производства работ, правил техники безопасности и пожарной безопасности несут старший аппаратчик, мастер смены, начальник и технолог участка.

2.2 Техническая характеристика сырья, полуфабрикатов и готового продукта Сырье и материалы, применяемые для изготовления коллоксилинов должны удовлетворять требованиям следующих стандартов:

2.2.1 Характеристика готовой продукции — нитроцеллюлозы НЦ — сложный эфир целлюлозы, получаемый при переработке целлюлозы смесью азотной и серной кислот.

Процесс образования НЦ протекает по следующему уравнению:

[С₆Н₇О₂(ОН)₃]_n + n [3OH (NO₂)] - [С₆Н₇О₂(ОHO₂)₃]_n + n · 3 H₂O

Все виды нитратов целлюлозы не растворимы ни в холодной, ни в горячей воде. Это свойство позволяет многократно промывать их водой и длительное время кипятить в воде с целью очистки от примесей. Вода почти не вызывает набухания НЦ, что затрудняет их стабилизацию.

НЦ растворяются во многих органических растворителях, на этом основана переработка НЦ на пленки и пластмассу. Наиболее сильными растворителями, получившими широкое применение, является ацетон и смесь спирта и эфира.

НЦ весьма чувствительны к действию щелочей, что необходимо учитывать при проведении процессов стабилизации. К действию кислот НЦ менее чувствительны, чем к действию щелочей. Слабые растворы кислот почти не действуют на НЦ даже при t = 100 єС, а крепкие растворы образуют с ними сложные эфиры.

НЦ являются нестабильными соединениями и медленно разлагаются при хранении. Разложение зависит от температуры и влажности среды и от качества стабилизации.

Коллоксилин с содержанием влаги до 10% особенно чувствителен к ударам, трениям, толчкам, искре и пламени. Влажный коллоксилин, содержащий около 25% влаги, относится к числу безопасных веществ и может транспортироваться.

2.2.2 Технические требования на коллоксилин лаковый (ГОСТ Р 50 461 — 92)

Таблица 2.1- Технические требования на коллоксилин лаковый

2.2.3 Характеристика целлюлозы (ГОСТ 595 — 79)

Для получения коллоксилинов используется хлопковая целлюлоза.

Целлюлоза является высокомолекулярным веществом. Она относится к классу углеводов и имеет формулу (С₆Н₁₀О₅)_х.

Целлюлоза нерастворима в воде, эфире, ацетоне, и др. органических веществах, хорошо растворима в медно-аммиачном растворе. Обладает большой прочностью на разрыв.

В нормальных условиях удерживает в себе около 10% гигроскопичной воды. Щелочи в зависимости от их природы и концентрации, температуры и времени действия могут вызвать набухание целлюлозы, растворять ее, образовывать с ней химические соединения, окислять и разрушать ее до

низкомолекулярных веществ.

На свойстве щелочей растворять в первую очередь низкомолекулярные фракции целлюлозы основан метод определения наиболее устойчивой низкомолекулярной фракции — б целлюлозы.

Кислоты действуют на целлюлозу различным образом, в зависимости от их природы, концентрации, температуры и времени действия. Они образуют с целлюлозой эфиры, могут окислять ее и вызывать гидролиз с образованием низкомолекулярных веществ.

При действии света и тепла целлюлоза теряет механическую прочность, уменьшается смачиваемость и ухудшается ее реакционная способность.

Целлюлоза — горючее вещество. Легко воспламеняется от искры и местного нагрева. Температура воспламенения — 210 єС, самовозгорания — 407 єС.

2.2.3 Хлопковая целлюлоза В зависимости от физико-химических свойств хлопковая целлюлоза подразделяется на 3 сорта: высший, первый, второй.

В зависимости от вязкости хлопковую целлюлозу подразделяют на марки: 15, 25, 35, 70, 100, 150, 250, 350, 650.

Таблица 2.2 — Технические требования на хлопковую целлюлозу

2.2.4 Азотная кислота Азотная кислота — бесцветная жидкость, дымящая на воздухе с выделением кислорода и окислов азота.

Будучи сильным окислителем, действуя на кожу, вызывает тяжелый химический ожог. При попадании на глаза, повреждает его, вплоть до омертвления роговицы.

Вдыхание паров азотной кислоты может вызвать отравление, раздражение дыхательных путей, разрушение зубов и конъюнктивиты. Тяжелые формы отравления приводят к отеку легких.

Предельно-допустимая концентрация окислов азота в помещении — не более 5 мг/м³.

Азотная кислота — не горючая жидкость, но при контакте с горючими материалами вызывает их самовозгорание.

Азотная кислота выпускается двух видов — концентрированная и регенерированная из отработанных кислот 3 цеха.

2.2.5 Кислота азотная концентрированная (ГОСТ 701 — 78)

Таблица 2.3 — Технологические требования

2.2.6 Кислота азотная регенерированная (СТП 303 — 01 — 79)

Таблица 2.4 — Технические требования

2.2.7 Характеристика серной кислоты Серная кислота — масляная жидкость, в чистом виде прозрачная и бесцветная. С водой смешивается в любых соотношениях, выделяя большое количество тепла.

Серная кислота при попадании на кожу вызывает глубокие, медленно заживающие ожоги. При вдыхании паров раздражает и прижигает слизистые оболочки верхних дыхательных путей, поражает легкие. Предельно допустимая концентрация — 1 мг/м³.

Концентрированная серная кислота вызывает самовоспламенение некоторых горючих веществ.

Серная кислота для производства коллоксилинов применяется двух видов: концентрированная (олеум) и регенерированная.

2.2.8 Олеум и регенерированная серная кислота (ГОСТ 2184 — 77)

Таблица 2.5 — Технические условия

2.2.9 Меланж кислотный (ГОСТ 1500 — 68)

Меланж кислотный представляет собой смесь азотной и серной кислот.

Таблица 2.6 — Технические условия

2.2.10 Спирт этиловый технический (ГОСТ 17 299 — 71)

Настоящий стандарт распространяется на технический этиловый спирт, получаемый в результате переработки сахаров, образовавшихся при гидролизе древесины и растительных отходов или при сульфитной варке целлюлозы.

Технический этиловый спирт выпускается двух марок: А и Б.

Таблица 2.7 — Технические условия (ГОСТ 17 299 — 71)

2.2.11 Спирт этиловый регенерированный

Настоящий стандарт распространяется на регенерированный этиловый спирт, получаемый из отработанного рекуперированного этилового спирта.

Таблица 2.8 — Технические требования (ГОСТ 4448 — 71)

2.2.12 Технические требования на воду технологическую (ГОСТ 2874 — 73).

Таблица 2.9 — Технические требования на воду технологическую

2.2.13 Наименование стандартов на вспомогательные и упаковочные материалы

Таблица 2.10 — Стандарты на вспомогательные и упаковочные материалы

2.2.14 Правила допуска сырья и материалов в производство

Все сырье и вспомогательные материалы должны удовлетворять требованиям действующих технических условий и стандартов, иметь документы завода изготовителя, удостоверяющие соответствие качества установленным требованиям.