Билет №6

1. Разработайте перспективную технологическую схему производства коллоксилина с детальной разработкой фазы этерификации. Какие физико-химические процессы протекают.

Непрерывно действующая технологическая схема производства коллоксилина отличается следующим: автоматизацией и механизацией производства, что исключает возможность ошибок допускаемых человеком при дозирование и контроле, вывод людей из опасных зон, многотонажность производства, однородность свойств получаемой продукции.

Технологическая схема производства коллоксилина включает в себя следующие фазы:

- подготовка Ц и кислотных смесей,

- этерификация

- рекуперация кислот,

- стабилизация,

- формование общих партий НЦ и водоотжим,

- обезвоживание спиртом.

Подготовительная фаза

Подготовка кислотных смесей заключается в их дозирование и смешение. Подготовка Ц начинается с разрыхления и заканчивается сушкой до влажности 3-5%.

Этерификация

Этерификация Ц – сложный многостадийный процесс, включающий:

- капиллярное и межмолекулярное впитывание,

-диффузионное выравнивание концентрации нитросмеси внутри волокна,

- собственно химическая реакция.

Реакция взаимодействия Ц с азотной кислотой протекает по механизму О - нитрования:

ROH + HONO₂ → RONO₂ + H₂O

Для О – нитрования предложена следующая последовательность реакций:

HNO₃ + HNO₃ → H₂NO₃⁺ + NO₃^-

H₂NO₃⁺ → H₂ + NO₂⁺

ROH + NO₂⁺ → R(OH)(NO₂)⁺

R(OH)(NO₂)⁺ + NO₃^- → RONO₂ + HNO₃.

Лимитирующей стадией является образования катиона нитрония.

На процесс этерификации оказывают влияние свойства Ц. Так скорость реакции зависит от величины и характера внутренней поверхности Ц, скорость капиллярной пропитки зависит от поверхностного натяжения нитрационной смеси, от впитывающих свойств Ц. Образцы Ц, высушенные при температуре выше 120 градусов обладают малой реакционной способностью. При увеличении удельной поверхности Ц скорость этерификации растет. Скорость реакции также зависи от толщины слоя Ц.

На скорость этерификации влияют и внешние условия.

- модуль этерификации массовое соотношение между нирующей кислотной смесью и нитруемой Ц. Для коллоксилина – 28-38.

- Температура этерификации. Температура в какой-то степени ускоряет реакцию, но практически не влияет на конечный результат степени этерификации Ц.

Повышение температуры этерификации всегда ведет к снижению степени полимеризации, выхода НЦ, уменьшению предельной степени замещения. Проведение этерификации при температуре выше 25-27 градусов нежелательно.

- Время этерификации. При увеличении времени нитрации степень этерификации увеличивается, однако целесообразно его сокращать за счет повышении скорости процесса. Это увеличивает производительность и позволяет перейти к малогабаритным аппаратам.

Для получения коллоксилина используют кислотную смесь состава: азотная кислота – 24-24,5%, серная кислота – 60%, вода – 15,5-16%. Технологический режим выбирают по сырью: РБ – масс закладки 36-50 кг, модуль этерификации 38-28, температура нитроционных кислот 25-35 градусов, время этерификации 12-15 минут. Для ЦА соответственно: 35-40 кг, 40-33, 25-35 градусов, 15-18 минут.

Наиболее эффективной является схема РПА – НУОК. Нитратор представляет собой сосуд-корпус эллиптической формы. Основным его элементами являются оросители кислот и лопасти мешалки. В нитратор загружается Ц, подается кислотная смесь, при включении мешалки производится перемешивание массы.

РПА - роторно пульсационный аппарат. Рабочие органы РПА представляют собой набор вращающихся и неподвижных коаксиальных цилиндров, чередующихся между собой. Реакционная масса по оси устройства попадает во внутреннюю его полость и в радиальном направлении проходит через вращающиеся и неподвижные прорези в цилиндрах ротора и статора. При этом за счет прерывания струи гидродинамического потока при прохождении его через прорези цилиндров, в РПА создается пульсационное поле.

При прохождении реакционной смеси через РПА происходит этерификация Ц.

НУОК представляет собой кольцеобразный с ложным дном конвейер, вращающийся в закрытом кожухе. Аппарат разделен на 4 зоны: зону загрузки, протирочно-оросительной этерификации-охлаждения, рекуперации кислот и выгрузки.

Реакционная масса из нитратора переностися в НУОК, где растекается по ложному дну желоба. При этом отработанная нитро-смесь стекается, а НЦ укладывается гребенкой на ложном дне ровным слоем. Затем НЦ обрабатывается кислотными смесями с убывающей массовой долей.

Включение в фазу РПА целесообразно, так как в результате проведения этерификации в поле упругих колебаний: - существенно увеличивается безопасность процесса, - создаются равновероятные условия протекания процесса по всему объекту, - выравниваются концентрационные и температурные поля в НЦ, - повышается производительность в 1,7 раза, - сокращается время этерификации в 3 раза, - полностью исключаются случаи разложения НЦ в аппарате НУОК, уменьшаются потери азотной кислоты.

Рекуперация кислот

Фаза рекуперации производится в аппарате НУОК. Происходит отжим отработанных нитрационных кислотных смесей.

Стабилизация

Фаза стабилизации включает в себя:

- кислую варку,

- измельчение,

- окончательную стабилизацию.

Формирование общих партий, водоотжим

На водоотжимных центрифугах коллоксилин доводят до влажности 25-35%.

Обезвоживание спиртом

Цель процесса – на прессах довести содержание воды до требуемых значений.