Составление рабочих кислотных смесей

Технологическая схема фазы приготовления рабочей кислотной смеси

Смеси

Фаза приготовления рабочей кислотной

Фаза приготовления рабочей кислотной смеси может иметь разные варианты. Самый простой вариант – периодического действия, применяемый в производстве нитратов целлюлозы на заводах бывшего СССР.

Технологическая схема приготовления рабочей кислотной смеси периодического действия показана на рис. 11. Она включает смесители кислот 1, мерники азотной кислоты 2 и серной кислоты 3, хранилища азотной кислоты 4 и серной кислоты 5, хранилища олеума 6, холодильники азотной кислоты 7 и серной кислоты 8, насосы подачи серной кислоты 9, азотной кислоты 10, подачи готовой рабочей кислотной смеси на фазу нитрации 11.

Рисунок 11 – Технологическая схема фазы приготовления рабочей кислотной смеси: 1 – смесители кислот; 2 – мерник азотной кислоты; 3 – мерник серной кислоты; 4 – хранилище азотной кислоты; 5 – хранилище серной кислоты; 6 – хранилище олеума; 7 – холодильник азотной кислоты; 8 – холодильник серной кислоты; 9 – насос подачи серной кислоты; 10 – насос подачи азотной кислоты; 11 – насос подачи РКС

Основным аппаратом на фазе приготовления рабочей кислотой смеси является смеситель кислот. На заводах эксплуатируются два вида смесителей: вертикальный и горизонтальный. Вертикальный смеситель представляет собой вертикальную цилиндрическую емкость с плоскими крышкой и днищем. Через емкость проходят два вала, нижние опоры которых установлены на днище, верхние – на крышке. На каждом валу по высоте закреплены по три четырехлопастные мешалки. Горизонтальный смеситель – это горизонтальная цилиндрическая емкость диаметром 2 –3 м с несколькими пропеллерными или лопастными мешалками, установленными по длине емкости перпендикулярно ее оси. Оба типа смесителей имеют полезный объем 20 м³.

При запуске производства нитрации целлюлозы рабочая кислотная смесь готовится из свежих кислот в одном из смесителей. Затем запускается производство, в результате чего с фазы нитрации в другой смеситель поступает отработанная кислотная смесь. После заливки расчетного количества отработанной кислотной смеси во 2-й смеситель ее поток переключается в 3-й смеситель, затем после освобождения 1-го смесителя переключается в него. Набранное необходимое количество отработанной кислотной смеси из мерника 3 дозируется расчетное количество азотной кислоты, из мерника 2 – серной или олеума. В мерники кислоты подаются из хранилища 4 насосом 10 азотная, из хранилища 5 (6) насосом 9 серная (олеум). При необходимости кислоты могут охлаждаться в холодильниках 7,8 (устанавливают не всегда).

После перемешивания свежих кислот и отработанной кислотной смеси проводится анализ, если показатели рабочей кислотной смеси не соответствуют требуемым (согласно регламенту), проводится ее корректировка. При соответствии показателей рабочая кислотная смесь насосом 11 подается на нитрацию.

Таким образом, согласно данной схеме, из одного из смесителей рабочая кислотная смесь расходуется, в другом приготавливается, в третий проводится слив отработанной кислотной смеси. Схема может иметь два смесителя, но тогда устанавливается большая приемная емкость отработанной кислотной смеси, из которой кислотная смесь насосом подается в один из двух смесителей.

Режим работы смесителя кислот:

– заливка ОКС и добавка свежих кислот	– время определяется производительностью фазы нитрации;
– смешение	– 30 мин.;
– анализ	– 40 мин.;
– добавка свежих кислот	– 15 мин.;
– смешение	– 30 мин.;
– анализ	– 40 мин.;
– резервное время (для передозировки)	– 30 – 50 мин.
‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾‾
полный оборот смесителя	– 3 ч. – 3 ч. 25 мин.

Для каждого вида нитратов целлюлозы готовится своя рабочая кислотная смесь. На ее состав влияют также марки используемой целлюлозы и способ последующей рекуперации, адсорбированной нитратами целлюлозы отработанной кислотной смеси (периодический или непрерывный).

Ориентировочные составы рабочих кислотных смесей для пироксилинов №1 и №2 приведены в таблице 6.

Таблица 6 – Составы рабочих кислотных смесей

Марка пироксилина	Марка целлюлозы	Состав РКС при периодической рекуперации, %	Состав РКС при непрерывной рекуперации, %
HNO3	H2SO4	H2O	HNO3	H2SO4	H2O

Продолжение табл. 6

№1	ЦА	24-26	65-69	7-9	26-28	64,5-67,5	6,5-7,5
РБ	29-31	61-69	7-8	-	-	-
№2	ХЦ	18,5-20	62,5-62	16,5-17,5	22,5-23,5	60,5	16-17

Рассмотрим расчет состава рабочей кислотной смеси для обоих вариантов.

Отработанная кислотная смесь по сравнению с рабочей кислотной смесью более богата водой, серной кислотой и бедна азотной кислотой. Поэтому отработанную кислотную смесь укрепляют (освежают), добавляя расчетное количество азотной и серной кислот, доводя до требуемого состава. Все расчеты ведут по содержанию в них моногидрата. От заданного состава рабочей кислотной смеси допускаются следующие отклонения: по HNO₃ – ± 0,5 %, по воде – ± 0,2 %.

Укрепление отработанной кислотной смеси при приготовлении рабочей кислотной смеси для пироксилина №1 производят крепкой азотной кислотой и олеумом; для пироксилина №2 – отработанной кислотной смесью, полученной при изготовлении пироксилина №1 или крепкими азотной и серной кислотами. Применение олеума для укрепления кислотных смесей №2 нецелесообразно.

Отклонения в составе отработанных кислотных смесей, поступающих на фазу приготовления рабочих кислотных смесей, являются следствием отклонений в режиме работы фазы нитрации и носят случайный характер. Это позволяет при определенном постоянстве факторов, влияющих на состав отработанной кислотной смеси в процессе нитрации, проводить ее укрепление свежими кислотами без предварительного анализа (что практически и делают на производстве).

Существует два варианта составления рабочей кислотной смеси:

1) из свежих кислот (так называемая простая дозировка) – применяется при пуске производства;

2) из отработанных кислотных смесей, поступающих с фаз нитрации и рекуперации адсорбированных кислот, – применяется в работающем производстве.

По первому варианту пусть имеются азотная кислота с содержанием n (%) моногидрата, серная кислота с содержанием S (%) моногидрата. Нужно составить рабочую кислотную смесь в количестве В (т), содержащую моногидратов HNO₃ – у (%), H₂SO₄ – х (%) и воды – w (%). При расчете определяется требуемое количество азотной кислоты – N (т), серной кислоты – S (т).

Расчет ведется исходя из того, что количество моногидратов HNO₃ и H₂SO₄ равно их количеству в получаемой рабочей кислотной смеси, т.е. можно записать уравнения материального баланса

откуда

Количество воды

По второму варианту в действующем производстве при нитрации целлюлозы образуется отработанная кислотная смесь с массовой долей HNO₃ – у′ (%), H₂SO₄ – х′ (%), которая в количестве А подается на фазу приготовления рабочей кислотной смеси. Для составления рабочей кислотной смеси необходимо определить величины А, N и S.

Эти величины определяют в результате решения системы уравнений материального баланса по моногидратам

для HNO₃

для H₂SO₄

и уравнения общего баланса

Рекомендуется расчет вести параллельно для пироксилина №1 и пироксилина №2. В этом случае целесообразно отработанную кислотную смесь, образующуюся при получении пироксилина №1, использовать на приготовление рабочей кислотной смеси для пироксилина №1, а избыток направлять на изготовление пироксилина №2. Отработанную кислотную смесь, образующуюся при изготовлении пироксилина №2, целесообразно возвращать на приготовление рабочей кислотной смеси для пироксилина №2, а избыток направлять на регенерацию.

Дата добавления: 2014-01-14