загрузка...
 
2.2 Характеристики кислот и других материалов, используемых в производстве нитратов целлюлозы
Повернутись до змісту

2.2 Характеристики кислот и других материалов, используемых в производстве нитратов целлюлозы

Другим важным видом сырья в производстве нитратов целлюлозы является азотная кислота, используемая в нитрующей смеси. Концентрированная азотная кислота представляет собой бесцветную жидкость с едким удушливым запахом. Молекулярная масса азотной кислоты 63, плотность 1521 кг/м3 (при t=15 оС), вязкость 0,893 мПа·с (при t=20 оС), температура кипения 86 оС, удельная теплоемкость 1,759 кДж/кг (при t=20 оС), удельная теплота испарения 482 кДж/кг. С водой смешивается в любых соотношениях.

Азотная кислота не горюча и не взрывоопасна. Однако при попадании концентрированной азотной кислоты на солому, бумагу, древесину, нефтепродукты и другие органические вещества возможно их воспламенение, а при взаимодействии с органическими растворителями (спиртом, скипидаром и т.д.) возможен взрыв.

При обращении с азотной кислотой в производстве необходимо учитывать зависимость ее температуры замерзания от концентрации (табл. 3).

Таблица 3 – Температура замерзания растворов НNO3

Массовая доля, %

34,1

40

49

53,5

58,5

69,7

70,5

88,8

94,8

100

Температура

замерзания,оС

- 40

-30

-20

-18,5

-20

- 40

- 42

-60

-51

- 41

В применяемой в производстве нитратов целлюлозы азотной кислоте массовая доля моногидрата (НNO3) должна быть не менее 97,5 %. Массовая доля примесей в виде серной кислоты не более 0,06 %, азотистой кислоты не более 0,3 %, других примесей не более 0,02 %. Может использоваться также кислотный меланж, состоящий из азотной и серной кислоты (массовая доля 7,5 %). Массовая доля примесей в виде оксидов азота (N2O4) не более 0,3 % и других примесей не более 0,04 %.

Нитрующая кислотная смесь, используемая при нитрации целлюлозы, включает серную кислоту с массовой долей моногидрата (Н2SО4) не менее 92,5 % или олеум с массовой долей свободного серного ангидрида не менее 19 % (105%). Серная кислота представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. Молекулярная масса серной кислоты 98,078, плотность 1830,5 кг/м3 (при t=200 С). Температура кристаллизации серной кислоты в зависимости от ее концентрации приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Температура кристаллизации Н2SО4

Массовая доля, %

38

37,6

68,3

73,2

75

84,5

93,3

Температура

кристаллизации,   

-74,5

-24,4

- 45,7

-39,6

- 41,0

-8,45

-37,8

Серная кислота является одной из активных неорганических кислот, реагирует почти со всеми металлами и их оксидами, вступая в реакцию обменного разложения. Особенно агрессивны водные растворы серной кислоты при нагревании. Однако холодная концентрированная кислота не действует на металлы, что позволяет ее хранить и транспортировать в емкостях из углеродистой стали.

В производстве нитратов целлюлозы применяются щелочные растворы, которые приготавливаются с использованием соды (Nа2СO3) с массовой долей карбоната натрия не менее    97 % для стабилизации нитратов целлюлозы, а также окиси кальция СаО (негашеная известь) для нейтрализации сточных вод.

Наконец, в производстве нитратов целлюлозы в большом количестве используется техническая вода, которая играет значительную роль в технологическом процессе. Чистота воды, применяемой в производстве, является одним из факторов, определяющих качество конечного продукта. Особенно высокие требования предъявляются к воде при изготовлении высококачественных коллоксилинов (целлулоидных, лаковых и др.).

Используемая при получении нитратов целлюлоза вода должна удовлетворять таким показателям: цветности,мутности, жесткости, содержания хлоридов, железа, марганца, а также должна иметь соответствующий водородный показатель (рН).

Цветность воды обусловлена главным образом наличием в воде гумусовых веществ коллоидных соединений железа, придающих воде оттенки от желтых до зеленых, а также примесей, попадающих с промышленными стоками. Цветность воды определяется по специальной (платиново-кобальтовой) шкале в градусах цветности. Для получения качественных коллоксилинов показатель цветности воды должен быть не более 5. Для пироксилинов, к которым предъявляются менее жесткие требования, цветность воды может быть не более 20.

Мутность воды характеризуется количеством примесей и взвешенных веществ, не способных к осаждению в обычных условиях. К ним относятся в основном органические соединения, а также мельчайшие хлопья коагулянта. Мутность воды измеряется по стандартной шкале: для высококачественных коллоксилинов она не более 0,2 мг/л, для пироксилина не более 1,5 мг/л. В производственных условиях часто пользуются показателем прозрачности, измеряемым по заводским методикам.

Жесткость воды характеризуется содержанием в воде солей кальция и магния. Карбонатная, или временная, жесткость вызывается содержанием в воде бикарбонатов (гидрокарбонатов) Са и Мg. Эта жесткость почти полностью удаляется при кипячении воды, когда бикарбонаты подвергаются распаду с образованием карбонатов и углекислоты. Некарбонатная, или постоянная, жесткость вызывается содержанием остальных солей. Сумма временной и постоянной жесткостей составляют общую жесткость. Она характеризуется содержанием в 1?л воды миллиграмм-эквивалентов двухвалентных металлов.

На фазе стабилизации нитратов целлюлозы, где процесс ведется при температуре кипения, используется умягченная вода, так как образующиеся карбонаты оседают на волокнах нитратов целлюлозы, увеличивая их зольность. С другой стороны, бикарбонатные соли кальция и магния способствуют разрушению малостойких примесей, т.е. повышению стойкости нитратов целлюлозы. Поэтому при изготовлении пироксилинов применяют воду с жесткостью 7 мл·экв/л, что соответствует требованиям к питьевой воде. Но нитраты целлюлозы темнеют в процессе стабилизации тем больше, чем больше жесткость воды. При этом с повышением температуры потемнение идет более интенсивно. Это не оказывает существенного влияния на пироксилины и коллоксилин марки Н. При изготовлении же целлулоидных, лаковых и др. коллоксилинов от жесткости воды зависит цветность коллоксилина. Поэтому для коллоксилинов с повышенными требованиями по качеству применяемая вода должна иметь общую жесткость не более 3 мл·экв/л.

Соли железа и марганца, содержащиеся в воде, отрицательно влияют на качество нитратов целлюлозы, в первую очередь цветность. Это связано с адсорбцией ионов железа и марганца нитратами целлюлозы. Поэтому для изготовления коллоксилинов содержание в воде железа должно быть не более 0,05 мг/л; для пироксилинов допускается до 0,3 мг/л. Для изготовления высококачественных коллоксилинов присутствие марганца в технологической воде нежелательно, т.к. он может выпадать на волокна нитратов в виде черной окиси.

Хлориды мало влияют на качество нитратов, но наличие в воде свыше 50 мг/л хлоридов (в пересчете на хлор-ион) в кислой среде оказывает коррозионное действие на оборудование. Поэтому содержание хлоридов в воде желательно иметь не более 30 мг/л.

Водородный показатель (рН) характеризует степень загрязнения воды кислотами и щелочами. При изготовлении пироксилинов величина рН воды должна находиться в пределах 6,6 – 8,5; при изготовлении коллоксилинов величина рН должна быть не менее 7,2.



загрузка...