10. Материальные расчеты

Расчет расходных коэффициентов в производстве нитроцеллюлозы из целлюлозы марки ХЦ.

Данные:

• Коллоксилин на основе ХЦ с содержанием азота 190 мг NO/гр.

• Влажность целлюлозы – 7%.

• Модуль этерификации – 140.

• Степень отжима нитроцеллюлозы от отработанной кислотной смеси – 39,5%.

• За единицу продукции возьмем 1т нитроцеллюлозы.

10.1 Расчет расходной нормы целлюлозы

Реакция образования нитроцеллюлозы выражена следующей формулой:

С₆Н₇О₂(ОН)₃ + nНNO₃  С₆Н₇О₂(ОН)_3-n (ONO₂)_n + nH₂O

162 n63 162 – 17n + 62n n18

Молекулярный вес нитроцеллюлозы равен 162 + 45n, где n – число введенных нитрогрупп.

Так как атомный вес азота равен 14, то в 162 + 45n единицах нитроцеллюлозы находится 14n единиц азота. Отсюда число нитрогрупп в нитроцеллюлозе с содержанием азота  % определяется из соотношения:

откуда

Принимаем: 1% содержания азота в нитроцеллюлозе соответствует 15,95 мл окислов азота.

Тогда: %

Подставим значение n в уравнение реакции образования нитроцеллюлозы:

С₆Н₇О₂(ОН)₃ + 2,23НNO₃  С₆Н₇О₂(ОН)_0,77 (ONO₂)_2,23 + 2,23H₂O

162 140,49 262,35 40,14

Из реакции видно, что молекулярная масса нитроцеллюлозы равна 262,35.

Теоретический расход целлюлозы на 1т нитроцеллюлозы:

т

Теоретический выход нитроцеллюлозы на 1т целлюлозы:

т

Теоретический расход азотной кислоты на 1т нитроцеллюлозы:

т

Прибыль воды в результате реакции на 1т нитроцеллюлозы:

т

Расчет практического расхода целлюлозы:

Безвозвратные потери представлены в табл. 13

Таблица 13 БТО

Потери	Содержание, %
Примеси в целлюлозе	4,5
При сушке и транспортировке	2,0
Целлюлоза в виде коллоксилина	8,0
Итого:	14,5

Расход целлюлозы с учетом общих потерь составит:

т

Расход целлюлозы с учетом нормативной влажностью:

т

Практический выход нитроцеллюлозы с 1т целлюлозы:

т

При подсчете азотной кислоты примем потери целлюлозы в размере

14,5 – 2,0 = 12,5 , так как на целлюлозу, теряющуюся при предварительной обработке, азотная кислота не расходуется.

Тогда практический расход азотной кислоты составит:

т

10.2 Расчет расхода кислот

Состав РКС представлен в табл. 14

Таблица 14 Состав РКС

Компоненты	Содержание, %
Азотная кислота	23,0
Серная кислота	59,5
Вода	17,5
Итого:	100

При модуле этерификации 1 40 расход РКС составит:

т

Количество компонентов:

НNO₃ – 36,11*0,23 = 8,3053 т

Н₂SO₄ – 36,11*0,595 = 21,4855 т

Н₂О – 36,11*0,175 = 6,3193 т

Итого: 36,1101 т

Изменение состава РКС в результате реакции:

• прибыль воды – 0,1530 т

• за счет влажности целлюлозы:

т

Итого: 0,1530 + 0,0505 = 0,2035 т

Азотная кислота расходуется не только на реакцию этерификации, но и на потери за счет ее испарения в атмосферу. В виде паров поступает с отходящими газами в абсорбционную установку. Потери кислот представлены в табл. 15

Таблица 15 Потери кислот

Потери	Содержание, %
С отходящими газами азотной кислоты	2
Серной кислоты от общей массы РКС	0,4

Тогда потери с отходящими газами азотной кислоты от испарения составят:

т

Серная кислота на образование нитроцеллюлозы не расходуется, небольшое ее количество увлекается испаряющейся азотной кислотой в вентиляцию.

Эти потери составляют:

т

Основные потери кислот указаны в табл. 16

Таблица 16 Основные потери кислот

Потери	Азотная кислота, т	Серная кислота, т
На реакцию	0,6120	–
На вентвыброс	0,7222	0,1444
Переливы и утечки	0,1000	0,0500
Итого:	1,4342	0,1944

Изменение состава РКС:

НNO₃ – 8,3053 – 1,4342 = 6,8711 т

Н₂SO₄ – 21,4855 – 0,1944 = 21,2911 т

Н₂О – 6,3193 + 0,2035 = 6,5228 т

Итого: 34,6850 т

Состав отработанной кислотной смеси после реакции:

НNO₃ %

H₂SO₄ %

H₂O %

Итого: 100%

10.3 Расчет адсорбированных кислот, удержанных коллоксилином после отжима на центрифуге

Состав адсорбированной кислоты:

НNO₃ – (100 – (0,85 * (100 – 19,81))) * 0,8 = 25,47 %

Н₂SO₄ – 0,75 * 61,38 * 1,2 = 55,24 %

Н₂О – 18,81 %

Количество компонентов, теряемых при отжиме:

НNO₃ – 0,95 * 0,2547 = 0,2420 т

Н₂SO₄ – 0,95 * 0,5524 = 0,5248 т

Н₂О – 0,95 * 0,1881 = 0,1787 т

Итого: 0,9455 т

где: 0,95 – количество неотжатой смеси

10.4 Общий расход кислот при получении коллоксилина (абсолютный расход)

Расход кислот представлен в табл. 17

Таблица 17 Расход кислот

Расход	Азотная кислота, т	Серная кислота, т
На реакцию	0,6120	–
Потери на испарение	0,7222	0,1444
Потери в отжатой НЦ	0,1882	0,5831
Итого:	1,5224	0,7275

10.5 Расчет дозировочных коэффициентов и количество избыточной отработанной кислотной смеси

Имеем после реакции состав РКС: 34,6850 т

После отжима ее остается: 34,6850 – 0,95 = 33,7350 т

Количество компонентов:

НNO₃ – 6,8711 – 0,2547 = 6,6164 т

Н₂SO₄ – 21,2911 – 0,5248 = 20,7663 т

Н₂О – 6,5228 – 0,1787 = 6,3441 т

Итого: 33,7268 т

Состав отработанной кислотной смеси:

НNO₃ %

H₂SO₄ %

H₂O %

Итого: 100%

Отработанную кислотную смесь путем укрепления свежими кислотами (олеум 104%, меланж 90%) доводят до требуемого состава.

Тогда материальный баланс кислотооборота будет иметь вид:

N

S

A + N + S = 36,1101 т

где: X – процентное содержание Н₂SO₄ в РКС

X₁ – процентное содержание Н₂SO₄ в ОКС

Y – процентное содержание НNO₃ в РКС

Y₁ – процентное содержание НNO₃ в ОКС

A – количество отработанной смеси

N – количество меланжа

S – количество олеума

n – содержание HNO₃ в меланже, %

S₁ – содержание H₂SO₄ в олеуме, %

N

S

A + (0,0637 * А) + (0,0387 * А) = 36,1101 , откуда

А т

Избыток отработанной кислоты составил: 33,7350 – 32,7559 = 0,9791 т

В этом избытке содержится:

НNO₃ – 0,1962 * 0,9791 = 0,1921 т

Н₂SO₄ – 0,6157 * 0,9791 = 0,6028 т

Н₂О – 0,1881 * 0,9791 = 0,1842 т

Итого: 0,9791 т

На 33,5 т РКС будет израсходовано:

НNO₃ – 0,0637 * А = 0,0637 * 32,7559 = 2,086

Н₂SO₄ – 0,0387 * А = 0,0387 * 32,7559 = 1,268

Дозировочные коэффициенты:

НNO₃ – 2,086 * 0,90 = 1,877

Н₂SO₄ – 1,268 * 1,04 = 1,319