ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Способ осуществляют с помощью установки, содержащей нитратор с малым реакционным объемом, емкости для нитросмесей и нитруемого спирта, средства их охлаждения и нагрева, средства их подачи к нитратору, холодильник нитроэмульсии и центрифугу, особенность заключается в том, что между холодильником нитроэмульсии и центрифугой последовательно установлены второй нитратор и второй эмульсионный холодильник таким образом, что вход нитросмеси второго нитратора соединен трубопроводом с выходом нитроэмульсии из первого холодильника, а выход нитроэмульсии из второго холодильника соединен трубопроводом с центрифугой, каждый нитратор соединен трубопроводом со средством подачи в него спирта, при этом каждый нитратор представляет собой заключенную в корпус вращающуюся на вертикальном валу открытую сверху тарель с загнутыми вверх бортами, образующими торообразную полость, и введенные внутрь торового пространства смесительную трубку, конец которой направлен навстречу вращению тарели и расположен с минимально возможным зазором относительно поверхности тарели, трубку для подачи нитросмеси в центр тарели и трубку для подачи спирта с размещением ее от заборного конца смесительной трубки на расстоянии, соответствующем углу поворота тарели вокруг своей оси на 100-180 o.

Кроме того, на тарели посредством радиальных перегородок закреплен диск.

Для снижения местных сопротивлений при входе в смесительную трубку целесообразно выполнять ее заборный конец с заостренными кромками.

Предлагаемая установка для осуществления способа получения жидких нитроэфиров содержит (фиг.2) емкость 1 для нитруемого спирта с насосом 2 и подогревателем 3, емкость 9 для свежей нитросмеси с насосом-дозатором 10, холодильник 11 свежей нитросмеси, нитратор 12' и холодильник 15' 1-й ступени нитрования, нитратор 12 и холодильник 15 2-й ступени нитрования, центрифугу 16, контрольный сепаратор 17, транспортирующие нитроэфиры инжекторы 18 и насосы-дозаторы спирта 20. Нитраторы 12 и 12' 1-й и 2-й ступеней представляют собой (фиг. 3) заключенную в корпус вращающуюся на вертикальном консольном валу открытую сверху тарель 21 с загнутыми вверх торообразными бортами и введенные внутрь торового пространства смесительную трубку 25, конец которой с заостренными кромками направлен навстречу вращению тарели 21 и расположен с минимально возможным зазором относительно поверхности тарели 21, трубку 23 для подачи нитросмеси в центр тарели 21 и трубку 24 для подачи спирта с размещением ее от заборного конца смесительной трубки 25 на расстоянии, соответствующем углу поворота тарели 21 вокруг своей оси на 100-180 o . На тарели 21 закреплен диск 22 с радиальными перегородками 27. В нижней части тарели 21 имеются каналы 26 для ее освобождения от остатков жидкостей после прекращения вращения.

Установка работает следующим образом. Свежую нитросмесь из расходной емкости 9 подают насосом-дозатором 10 через холодильник 11 в нитратор 12 1-й ступени через трубку 23. Нитросмесь в холодильнике 11 охлаждается до температуры от минус 5 до минус 10 oc. Заранее подогретый до 35-60 oС в расходной емкости 1 циркуляцией насосом 2 через подогреватель 3 нитруемый спирт одним из насосов-дозаторов 20 подается в нитратор 1-й ступени по трубке 24. Соотношение между нитросмесью и спиртом выбирается таким, чтобы температура нитрования не превышала допустимых значений, например при нитровании глицерина 55oС, диэтиленгликол 41 ^oС. Попадая на поверхность вращающейся тарели 21 нитратора 12, нитросмесь по зазору между диском 22 и поверхностью тарели 21 отбрасывается к ее периферии в торовое пространство. Туда же подается нитруемый спирт. Обе жидкости со скоростью, соответствующей окружной скорости вращения тарели 21, загоняются в смесительную трубку 25 в виде турбулентно перемешиваемого тонкого слоя, который по мере торможения у стенок трубки постепенно увеличивается. Кроме жидкостей в смесительную трубку 25 загоняется поток воздуха, захватываемый вращающейся тарелью. Насыщенная воздухом реакционная смесь разогревается до заданной температуры, проходит через змеевик холодильника 15 и охлаждается до 0-5 o С рассолом, подаваемым от холодильной машины (на фиг.2 не показана). Охлажденная реакционная смесь поступает на тарель 21' нитратора 12' 2-й ступени. Туда же другим насосом-дозатором 20 дозируется вторая часть нитруемого спирта в количестве, также соответствующем допустимой температуре нитрования. Массовое соотношение между нитросмесью и нитруемым спиртом (модуль нитрования) после 2-й ступени нитрования составляет для глицерина (5-5,5):1, для диэтиленгликол (2,8-3,2): 1, что в несколько раз ниже, чем при нитровании в инжекторе.

После холодильника 2-й ступени 15', где нитроэмульси охлаждается до 16-18 o С, она поступает в центрифугу 16, отделенная от нитроэфира отработанна кислота проходит через контрольный сепаратор 17 и выводится из процесса на стадию разложения растворенных в ней нитротел. Нитроэфиры из центрифуги 16 и контрольного сепаратора 17 инжекторами 18 передаются на стадию промывки.

Нитрование спиртов в две ступени с промежуточным охлаждением реакционной смеси позволяет исключить операцию возврата в процесс отработанной кислоты и соответствующее оборудование для смешения ее со свежей нитросмесью, для хранения полученной рабочей нитросмеси с системой поддержания температуры не выше 15 o С. За счет этого появляется возможность безопасного получения нитроэфиров с низкой стабильностью в среде азотной и серной кислот.

Использование в качестве нитратора вращающейся тарели (тарельчатого нитратора) описанной конструкции позволяет обеспечить энергичное смешение нитросмеси с нитруемым спиртом при подаче обеих жидкостей без давления с расходом, не имеющим ограничений в сторону снижения. Эксперименты на моделях показали, что на выходе из смесительной трубки (скорость жидкости на входе 20 м/с) образуется эмульсия с размером капель дисперсной фазы 5-6 мкм, тогда как в нитраторе типа инжектора при подаче рабочей жидкости под давлением 0,4-0,5 МПа средний размер капель дисперсной фазы составлял 17-22 мкм, а в смесителе типа объемного реактора с пропеллерной мешалкой 40-60 мкм. Возможность подачи нитросмеси в нитратор без давления позволила осуществить вторую ступень нитрования в таком же нитраторе при подаче в него вместо нитросмеси реакционной массы с остаточным количеством не вступившей в реакцию на 1-й ступени азотной кислоты, содержащейся в свежей нитросмеси.

И при этом у тарельчатого нитратора сохраняется основное преимущество нитратора типа инжектора. Это фактически полное отсутствие реакционного объема. Процесс нитрования происходит в ходе движения жидкостей по смесительной трубке. Спирт поступает на поверхность нитросмеси перед смесительной трубкой и сразу же попадает в смесительную трубку, где интенсивно перемешивается с нитросмесью и нитруется.

Возможность нитрования спиртов в тарельчатом нитраторе подтверждена в прямых экспериментах по нитрованию циклогексанола. Это спирт чрезвычайно легко окисляется при контакте с нитросмесями в условиях недостаточно интенсивного смешения. Использовался нитратор с диаметром тарели 80 мм, с внутренним диаметром смесительной трубки 6 мм, частота вращения тарели 3000 об/мин.

Расход нитросмеси 150 мл/мин, температура минус 14 o С;

расход циклогесанола 12 мл/мин, температура 27 o С;

температура нитровани 7-10 o С.

Нитроэмульсию из нитратора принимали в охлаждаемую колбу с водой. Циклогексилнитрат отделяли от водного слоя, промывали и определяли выход. Он составлял 89,6% от теоретического, что соответствует обычно достигаемому выходу в процессе нитрования при низких температурах от минус 20 до минус 25 o С, когда окисления циклогексанола не происходит.

Нитрование глицерина в таком нитраторе проводили при 55-58 oС. Поскольку глицерин устойчив к окислению в таких условиях, то процесс его нитрования проходит без осложнений. Нитромассу охлаждали в змеевиковом холодильнике, змеевик которого является продолжением смесительной трубки нитратора. После чего кислый нитроглицерин отделяли и промывали. Выход нитроглицерина составил 96% от теоретического.

В таблице приводятся рекомендуемые режимы двухступенчатого нитрования некоторых спиртов.

По прототипу модуль нитрования глицерина и этиленгликоля равен 10-11, пропиленгликоля 10,5, диэтиленгликоля 8,0. Если нитровать эти спирты на установке по прототипу указанными в таблице нитросмесями при таких же модулях нитрования, то температура нитрования глицерина составит 110 oС, этиленгликоля 100 oС, диэтиленгликоля 95 o С, пропиленгликол -1,2 98 o С. Естественно, такие температуры недопустимы, так как нитромасса будет бурно разлагаться в нитрующем аппарате.