спиртоэфирная смесь как приготовить
ПРИГОТОВЛЕНИЕ ВОДНО-ЭТАНОЛОВЫХ СМЕСЕЙ
Если в аптеке отсутствует этанол требуемой концентрации (крепости), его получают разбавлением более концентрированного водой. Водно-этаноло-вые смеси готовят по объему с учетом явления контракции. При смешении спирта с водой наблюдается уменьшение объема смеси и ее разогревание, что объясняют образованием спиртогидратов различного состава.
Расчеты для приготовления водно-спиртовой смеси проводят различными способами. Чаще используют формулу разведения или данные алкоголеметрической табл. 4 из Государственной фармакопеи СССР XI издания.
По формуле разведения рассчитывают объем исходного этанола для получения требуемых концентрации и объема:
где X – объем исходного спирта, мл;
V – объем спирта требуемой концентрации, мл;
b – требуемая концентрация спирта, % об.;
a – концентрация исходного спирта, % об.
Спирт разбавляют в мерном цилиндре.
По табл. 4 (ГФ XI) находят объемы спирта концентрации 35-95% и воды (мл), которые нужно смешать, чтобы получить 1 л этанола требуемой концентрации при 20 о С. Объем воды для разбавления этанола указан с учетом контракции.
ПРИМЕР. Как следует разбавить 95% этанол для приготовления 50 мл 60% спирта?
I вариант. По формуле рассчитывают необходимый объем 95% спирта:
мл.
Таким образом, чтобы приготовить 50 мл 60% спирта, в мерный цилиндр наливают 32 мл 95% этанола и доводят объем водой до 50 мл.
II вариант. По табл. 4 (ГФ XI) находят, что для получения 1000 мл 60% спирта при 20 о С следует смешать 632 мл 95% этанола и 397 мл воды. А для приготовления 50 мл 60% этанола:
1000 мл 60% спирта – 632 мл 95%
50 мл 60% спирта – Х мл 95%.
мл.
1000 мл 60% спирта – 397 мл воды
50 мл 60% спирта – Х мл воды
мл
Таким образом, для приготовления 50 мл 60% спирта при 20 о С смешивают в подставке рассчитанные количества 95% этанола и воды. Величина контракции 1,4 мл.
Для приготовления спиртовых растворов лекарственных веществ чаще используют 90 и 70% этанол, поэтому спирт этих крепостей готовят заранее. Растворы спирта иных концентраций готовят при необходимости.
НОРМЫ ОТПУСКА И УЧЕТ РАСХОДА СПИРТА
ПРИ ИНДИВИДУАЛЬНОМ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЛЕКАРСТВ
ПО РЕЦЕПТАМ
Приказом МЗиСР РФ от 14.12.05 № 785 «О порядке отпуска лекарственных средств» установлены нормы отпуска спирта.
Отпуск этилового спирта производится:
— по рецептам, выписанным врачами с надписью «Для наложения компресов» (с указанием необходимого разведения с водой) или «Для обработки кожи» – до 50 граммов в чистом виде;
— по рецептам, выписанным врачами на лекарственную пропись индивидуального изготовления, – до 50 граммов в смеси;
— по рецептам, выписанным врачами на лекарственную пропись индивидуального изготовления, с надписью «По специальному назначению», отдельно заверенной подписью врача и печатью профилактического учреждения «Для рецептов», для больных с хроническим течением болезни – до 100 граммов в смеси.
Учет расхода спирта в аптеке должны вести по массе. Учетной концентрацией этанола является та концентрация, которую получили со склада. Так как при изготовлении спиртовых растворов лекарственных веществ используют этанол различной крепости и дозируют по объему, на обороте рецепта указывают, сколько граммов этанола учетной концентрации расходуют (далее по тексту учетной концентрацией этанола условно принята 95%). Соответствие объема спирта различной крепости массе 95% спирта определяют по таблице или по формуле:
,
где M – масса спирта в пересчете на 95%, г;
V – объем спирта по рецепту, мл;
C – прописанная концентрация спирта, %;
0,814 – плотность 95% спирта, г/мл;
C уч. – учетная концентрация спирта, %.
ПРИМЕР. Для приготовления лекарственной формы расходуют 50 мл
70% спирта. Как учесть расход?
I вариант. В табл. 1 для 95% спирта (см. «Справочник фармацевта») на пересечении граф, обозначающих объем (50 мл) и концентрацию (70%) спирта, читают: «29,89».
II вариант. Рассчитывают по формуле:
ПРИГОТОВЛЕНИЕ НЕВОДНЫХ РАСТВОРОВ
ЛЕКАРСТВЕННЫХ ВЕЩЕСТВ
Технология неводных растворов регламентируется Приказом МЗ РФ № 308 от 21.10.97. Основные стадии те же, что при изготовлении водных растворов: дозирование лекарственных веществ и растворителей, растворение, очистка (при необходимости), упаковка и оформление. Однако, каждая стадия имеет особен-ности.
Неводные растворы, в зависимости от растворителя, готовят двумя способа-ми: спиртовые – массообъемным, а все остальные – по массе.
При изготовлении спиртовых растворов спирт дозируют по объему, не уменьшая объем, указанный в рецепте, на величину его прироста при раство-рении лекарственных веществ. Общий объем учитывают при контроле качества лекарственной формы. Изменение объема при растворении лекарственных веществ рассчитывают, используя значения КУО для спиртовых растворов.
Во избежание потерь растворителей при переливании из-за вязкости или летучести, растворы готовят не в подставке, а во флаконе для отпуска. Флакон должен быть сухим. В первую очередь помещают порошкообразные лекарственные вещества, а затем – растворители. При нарушении этой последо-вательности через смоченное растворителем узкое горлышко флакона трудно всыпать порошки.
Растворение лекарственных веществ в растворителях, имеющих повышен-ную вязкость, можно ускорить. Для этого укупоренный раствор нагревают на водяной бане. При нагревании снижается вязкость, ускоряются процессы диф-фузии. Растворы, содержащие эфир и его смеси со спиртом, не нагревают. С огнеопасными растворителями (спирт, эфир) работают вдали от огня, нельзя использовать электроплитки с открытой спиралью.
Флаконы укупоривают полиэтиленовой пробкой с навинчивающейся крышкой. Корковые и резиновые пробки не пригодны, так как органические растворители извлекают из пробки экстрактивные вещества, а эфир и хлороформ растворяют резину.
Фильтруют неводные растворы, в отличие от водных, только если обнару-жены механические примеси. Это связано со значительной потерей вязких и летучих растворителей при фильтрации. Если необходимо, растворы на летучих растворителях можно фильтровать через небольшой сухой тампон ваты, при-крывая воронку, например, часовым стеклом. Растворы на вязких растворителях можно фильтровать в теплом виде через двойной слой марли.
Если в прописи рецепта не указана концентрация следующих стандартных растворов, следует приготовить:
— бриллиантового зеленого 1%;
— кислоты салициловой 1%;
Особенности технологии растворов фенола. В аптеках готовят глицери-новые, спиртовые, масляные растворы фенола, который может быть в виде фенола чистого (кислоты карболовой) и фенола чистого жидкого. Фенол чистый – это кристаллический препарат со своеобразным запахом. На воздухе розовеет. Медленно растворим в воде (1:20), легко – в этаноле, эфире, жирных маслах, глицерине. При попадании на кожу и слизистые оболочки вызывает трудно-заживающие ожоги. Взвешивают осторожно на кружок пергаментной бумаги.
Фенол чистый жидкий готовят в аптеке: 100 ч. фенола чистого расплавляют на водяной бане и добавляют 10 ч. воды. Получается бесцветная или розоватая маслянистая жидкость. При изготовлении растворов фенол чистый жидкий дозируют каплями в последнюю очередь (пахучий ингредиент). Берут из расчета на 10% больше, чем фенола чистого.
ПРИМЕР. Для приготовления раствора выписано 0,5 фенола чистого. Сколько следует взять фенола чистого жидкого, если на капельнице указано:
«1 г фенола жидкого = 36 капель»?
Фенола чистого жидкого берут 0,55 г, что соответствует 20 каплям.
Фенол чистый жидкий используют при приготовлении водных, глицери-новых и спиртовых растворов. Для приготовления масляных растворов фенола пригоден лишь фенол чистый. При использовании жидкого фенола в масле будут распределены капли концентрированного водного раствора фенола. Так как масляный раствор фенола – это капли в ухо, то при использовании для его приготовления жидкого фенола может быть ожог барабанной перепонки. Нельзя также готовить раствор фенола в вазелиновом масле (растворим 1:100).
Раствор фенола с концентрацией выше 5% отпускается с этикеткой «Обращаться осторожно».
Особенности технологии растворов Люголя с глицерином. Если врач выписал раствор Люголя с глицерином без указания состава, готовят по про-писи: йода – 1 ч., калия иодида – 2 ч., воды – 3 ч., глицерина – 94 ч. В техноло-гии раствора учитывают, что йод очень мало растворим в воде, мало – в глице-рине, легко – в водном растворе иодида калия с образованием комплексного соединения состава KI3.
Во флакон для отпуска оранжевого стекла помещают калия иодид, приливают воду, растворяют. Йод отвешивают на весах для пахучих и красящих веществ на кружок пергаментной бумаги и растворяют в концентрированном растворе калия иодида. Флакон тарируют и отвешивают глицерин. Укупоривают полиэтиленовой пробкой (йод разрушает корковые пробки). Взбалтывают. Оформляют к отпуску.
Если в составе прописи отсутствует калия иодид, его берут в 2 раза больше, чем прописано йода. Если в рецепте не прописана вода, используют один из двух вариантов технологии.
I вариант. В сухой флакон через воронку высыпают йод, а сверху – калия иодид. Флакон тарируют и отвешивают глицерин. Укупоривают. Не взбалтывая, нагревают на водяной бане. В глицерине калия иодид легко растворяется, а в концентрированном растворе калия иодида растворяется йод. Раствор взбалтывают. Оформляют к отпуску.
II вариант. Во флакон через воронку высыпают калия иодид, растворяют в нескольких каплях воды. В этом растворе растворяют йод. Флакон тарируют и отвешивают глицерин. Укупоривают. Взбалтывают. Оформляют к отпуску.
Оформление неводных растворов. Основная этикетка – «Наружное» и дополнительные этикетки – «Беречь от детей», «Хранить в прохладном, защищенном от света месте», а при необходимости – «Беречь от огня», «Обращаться осторожно».
Технология спиртовых растворов в условиях аптек
1. Изготовление спиртовых растворов лекарственных веществ
2. Разбавление этанола
На практике, особенно в условиях аптек лечебно-профилактических учреждений, нередко приходится производить разбавление этанола, например, при изготовлении спирта этилового 70° для обработки кожи при инъекциях, 50° для компрессов и т.д.. При смешении водно-спиртовых растворов с водой или водно-спиртовых растворов разной концентрации имеет место явление контракции (сжатия) – уменьшение объема полученного раствора по сравнению с суммой объемов исходных растворов, сопровождающееся повышением температуры. Изменение величины контракции имеет сложную зависимость от содержания спирта и воды и приводится в справочной литературе [1, с.22]. Явление контракции необходимо учитывать при разбавлении спирта этилового водой и приготовлении спиртовых растворов. При проведении расчетов при разбавлении спирта этилового следует использовать формулу:
Х – необходимое количество (по объему или по массе) исходного водно-спиртового раствора Y – требуемое количество (по объему или по массе) водно-спиртового раствора желаемой концентрации b – концентрация спирта (соответственно по объему или по массе) в водно-спиртовом растворе, который необходимо приготовить а – концентрация спирта (соответственно по объему или по массе) в исходном водно-спиртовом растворе При использовании данной формулы следует обратить особое внимание на единицы измерения: если разведение проводится по объему, то концентрация спирта должна быть выражена в % по объему, если по массе, то концентрация спирта должна быть выражена в % по массе. Разведение спирта по объему позволяет проводить технологические операции достаточно быстро, но с малой точностью, т.к. на результат измерений влияет температура и субъективное восприятие края мениска при отмеривании. С достаточной точностью можно приготовить малые количества спиртовых разведений (до 100 мл) при изготовлении жидких лекарственных форм в ассистентской комнате. При этом разбавляемый спирт отмеривают мерным цилиндром и доводят в том же цилиндре водой до требуемого объема, определяя его по нижнему краю мениска. Недопустимо добавлять воду по теоретически рассчитанной разнице в объемах требуемого и исходного количества спирта, т.к. при этом не учитывается явление контракции. Пример: приготовить 100 мл спирта этилового 50° для компрессов из 96,2° спирта. Х = 100 * (50 / 96,2) = 52 мл Мерным цилиндром отмеривают 52 мл 96,2° спирта и доводят в нем водой до 100 мл. Как правило, в аптеках проводится разбавление спирта в значительных количествах. Для достижения точности концентрации дозирование производят по массе. Спирт этиловый отвешивают в старированную подставку (банку) и добавляют рассчитанное по разнице в массе количество воды, которое можно как отвесить, так и отмерить по объему. Для проведения расчетов при дозировании спирта по массе необходимо выразить концентрацию спирта в % по массе. Общепринятым способом указания концентрации спирта в нормативных документах является % по объему. Осуществить перевод концентрации спирта из % по объему в % по массе и наоборот можно с использованием алкоголеметрической таблицы №1 ГФ ХI, в которой, однако, ряд значений концентраций приходится получать путем интерполяции. На практике для нахождения содержания спирта в процентах по массе (Р) по объемному содержанию спирта (q) целесообразнее пользоваться формулой:
Оборудование для приготовления водно-спиртовой смеси (водки)
Процесс приготовления водно-спиртовой смеси в ликёроводочном производстве только кажется простым. На самом деле это один из важнейших этапов для получения высококачественных водок. Было замечено, что добавление воды или спирта после купажирования с целью доведения полученной сортировки до нужной крепости ухудшает органолептические показатели продукции. Идеальным считается однократное взаимодействие конкретных пропорций этих компонентов. Это имеет ещё и экономический эффект, поскольку позволяет сократить время купажирования и увеличить скорость производства.
Выделяют два основных способа получения сортировок. Наиболее популярным считается периодический (или прерывистый) способ. Среди его безусловных достоинств стоит упомянуть:
Из недостатков стоит отметить следующее:
Второй способ, непрерывный, все больше привлекает производителей ликёроводочных изделий. Такой способ может похвастаться следующими преимуществами:
Непрерывный процесс смешения: прошлое и настоящее
Непрерывный процесс смешения уже давно применялся на практике. Существуют описания работы установок, которые были разработаны и внедрены на ведущих отечественных предприятиях в 70-80-х годах прошлого столетия. Но здесь стоит принять во внимание один важный аспект. Качественное смешение жидкостей в потоке с заданной стандартами высокой точностью является весьма сложной задачей для автоматического управления. Поэтому практическая реализация поставленных задач невозможна без использования современных смесителей, высокоточной контрольно-измерительной аппаратуры, быстродействующих запорных устройств и автоматических систем управления.
Относительно недавно Новомосковский спиртовой завод установил непрерывную технологическую линию купажирования, произведённую немецкой компанией Dissel. Это оборудование для производства водки вызвало неподдельный интерес у производителей ликёроводочной продукции. Высокая цена импортных систем достаточно долго препятствовала распространению перспективной технологии. По этой причине компания «Русский алкоголь» (ЗАО ЛВЗ «ТОПАЗ») привлекла специалистов ЗАО «КОМЭНС» и ООО «АЛЬТАИР» с тем, чтобы разработать более доступные аналогичные системы для российских потребителей. А повсеместное внедрение фильтрации с помощью «миниколонн» (элементов), которые заполнены серебросодержащим активированным углем, расширило поставленную задачу.
Разработка представлялась как функционально завершённый комплекс, в составе которого имелась купажная установка оригинальное фильтрующее устройство небольших размеров, механизм дозирования добавок и доступная система управления. Сам комплекс должен поставляться как конечный продукт, который оперативно устанавливается у заказчика и требует минимум монтажных и пуско-наладочных работ.
Особенности системы
Перечислим основные сложности, возникающие перед технологами и разработчиками систем управления технологическим процессом купажирования.
Созданная в итоге технология «DIRECT FLOW CONTROL» позволяет контролировать и регулировать производительностью линии в широком диапазоне и при полном контроле потока. Благодаря установке становится возможным производить приготовление сортировки, обрабатывать её активированным углем и фильтровать. Допускается даже введение ингредиентов. При этом технология обеспечивает сквозной контроль и регулирование крепости сортировки, скорости фильтрации и температуры потока на входе в фильтр.
Представленная система является комплексной технологической линией производства водки. Она имеет модульный форм-фактор, малые размеры и небольшую стоимость. Технология «DIRECT FLOW CONTROL» имеют большую гибкость производства водки. Поэтому можно подбирать состав установки на основании конкретных требования заказчика. Каждый этап производства водочной продукции по данной технологии имеет целый ряд особенностей и нововведений.
Как идёт производство?
Первый модуль используется для приготовления сортировки заданной крепости. В роли смесителя выступает оригинальный инжекторный аппарат. Сверхвысокая скорость истекания рабочей среды из сопла аппарата позволяет получать гомогенную смесь двух и более жидкостей. Произведённая этим «гомогенизатором» водка имеет превосходные органолептические свойства, которые невозможно получить на других смесителях, даже потоковых вихревых.
Следующий технологический этап производства водки — это обработка сортировки активированным углем и дальнейшая её фильтрация. Мы применили инновационную технологию обработки сортировок, используя активированный уголь с нанесённым на его поверхность тончайшим слоем коллоидно-диспергированного серебра. Используются картриджи производства НПП «Технофильтр», изготовленные по технологии «Серебряная фильтрация». Соотношение элементов в засыпке рассчитывается как 1200 г активированного угля на один элемент высотой 1000 мм.
При непосредственном участии ВНИИПБТ технология испытывалась на протяжении нескольких лет заводом продтоваров «Весна» объединения «Туласпирт» и ООО «Альфа» Беслана. Позднее обкатка оборудования выполнялась на ЛВЗ «Владалко», ООО «Вито», ЛВЗ «Топаз», Московский ЛВЗ «Кристалл» и других предприятиях. Во всех случаях было замечено, что «Серебряная фильтрация» эффективно справляется с непростой задачей объемного структурирования сортировок. И самое главное — позволяет решить проблему накопления альдегидов. (В ноябре 2005 года данная технология внесена в ПТР 10-12292-99 «Производственный технологический регламент на производство водок и ликероводочных изделий», раздел 8.5.9).
Поскольку упомянутые выше фильтры имеют малые размеры, просты в обслуживании и весьма неприхотливы, модуль обработки сортировки получился компактным и без труда собирается в единый блок с модулем смешения. Помимо блока обработки сортировки активированным углем, в модуле возможно использование теплообменника, необходимого для обеспечения оптимальной температуры фильтрации. Также допускается использование блока электромагнитной обработки сортировки, отвечающего за улучшение органолептических показателей.
Автоматизированная линия при необходимости укомплектовывается модулем ингредиентов для различных добавок: сахарного или медового сиропа, углеводных модулей и т.д. Стоит отметить, что во время проектирования установки заказчику предоставляется возможность самостоятельно определить количество необходимых ингредиентов и время их введения (до или после фильтрации). Многие предприятия с низким уровнем автоматизации выполняют приготовление водно-спиртовой смеси, перекачивают её в ёмкость для готовой водки и уже там вводят добавки. После процедуры перемешивания получается готовый продукт.
Здесь есть один важный момент — при выполнении заключительных анализов может оказаться, что крепость водки отклонилась от заданной величины из-за добавок. Как результат — водку необходимо разбавлять водой или доукреплять спиртом. В этом нет ничего хорошего, ведь внесение в воду воды или спирта, не прошедших обработку активным углём вместе с сортировкой способствует увеличению количества вредных примесей. А это влечёт за собой ухудшение вкусовых качеств.
В период с августа по сентябрь 2006 года были смонтированы и успешно пущены в эксплуатацию на технологическом цехе ЗАО ЛВЗ «ТОПАЗ» две автоматизированные линии приготовления водно-спиртовой смеси общей производительностью 2400 дал /час. Подача спирта производится из двух удалённых на 100 метров ёмкостей, а вода поступает из трёх ёмкостей, находящихся на удалении в 45 метров. Все ёмкости снабжены датчиками-уровнемерами.
Оптимальная дозировка компонентов достигается благодаря напорному насосному оборудованию, управляемому частотными преобразователями, и управляющим задвижкам водно-спиртового тракта. Мощность насосов составляет 5,5 и 11 кВт.
Оптимальный температурный режим теплообменника поддерживается автоматически. За это отвечает трёхходовый регулирующий клапан внешнего водяного тракта, который работает на основе показаний термодатчиков. Датчик давления контролирует постоянное давление в магистрали. Габариты линии (длина*ширина* высота) — 6640*3520*1650 мм
Параметры, регулируемые автоматически:
Блокировки:
Прерывание процесса при полном заполнении приёмной ёмкости;
Прерывание процесса при опорожнении до критического уровня исходных ёмкостей;
Прерывание процесса после выполнения задачи;
Прерывание процесса при воздействии «внешних» факторов (перебои с электроснабжением, нештатная работа пневмомагистрали и т.д.);
Отключение питающих насосов при отсутствии подпора.
Пульт автоматизированного рабочего места оператора отображает следующую информацию:
Кроме того, имеется возможность получить информацию о тех заданиях, которые были выполнены за последние 14 месяцев. В том числе в суммированном виде представлено:
Опыт эксплуатации уже установленных автоматизированных линий подтвердил правильность заложенных технологических решений. В частности:
На сегодняшний день согласованы технические задания и уже ведётся производства автоматизированных линий смешения для целого ряда авторитетных производителей.
Иванов В.В. — первый заместитель Генерального директора ГК «Русский алкоголь»
Хренов М.В. — исполнительный директор ЗАО «ЛВЗ «ТОПАЗ»»
Пугачевский С.В. — главный инженер ЗАО «КОМЭНС»
Шлыков Е.Л. — ведущий программист ЗАО «КОМЭНС»
Санков В.Н. — директор ООО «АЛЬТАИР»
Коломийцев А.Г. — технический директор ООО «АЛЬТАИР»
Оптимизация технологического процесса нитрации с детальной разработкой фазы кислотоотжима нитроцеллюлозы на центрифуге
Физико-химические свойства нитроцеллюлозы. Технологический процесс ее производства. Основные требования к азотной и серной кислотам. Основные факторы, влияющие на процесс нитрации. Теоретические основы процесса центробежное фильтрование в центрифугах.
| Рубрика | Химия |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.11.2014 |
| Размер файла | 85,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования
«Пермский химико-технологический техникум»
Специальность: 240503«Производство изделий и покрытий из полимерных материалов»
Дипломный проект
Тема: «Оптимизация технологического процесса нитрации с детальной разработкой фазы кислотоотжима нитроцеллюлозы на центрифуге»
Дипломник В.С Нуртдинов
Введение
Нитроцеллюлоза или азотнокислый эфир целлюлозы были получены еще в 1832 г. путем обработки концентрированной азотной кислотой хлопка, древесины, бумаги, а в 1845 г. была применена обработка целлюлозы нитрующими смесями, содержащими азотную и серную кислоты.
Легкость воспламенения, возможность превращения путем желатинизации в медленногорящий материал, активный кислородный баланс молекулы, выделение большого количества газов при разложении и доступность исходных материалов объясняют применение нитратов целлюлозы для производства бездымного пороха.
Высокая механическая прочность, возможность перевода в пластическое состояние при сравнительно незначительном повышении температуры, хорошая совместимость с доступными пластификаторами определили применение нитроцеллюлозы для производства целлулоида.
Растворимость нитратов целлюлозы в известных растворителях и высокие механические свойства получаемых пленок позволяют использовать азотнокислые эфиры целлюлозы для производства кинопленки и лаковых покрытий.
В оборонной промышленности используются нитроцеллюлоза, из которой получают пороха и твердые ракетные топлива. Для изготовления пироксилинового и баллиститного порохов используют смесевые пироксилины или коллоксилин.
Коллоксилин нашел широкое применение в лакокрасочной промышленности при изготовлении быстровысыхающих лаков и эмалей для автомобильной, мебельной и других отраслей промышленности, а также для изготовления целлулоида, баллиститных порохов.
В последние годы применение нитратов целлюлозы значительно сократилось. Они полностью сохраняют свое значение для производства бездымного пороха и некоторых типов взрывчатых веществ, но применение их в других отраслях промышленности непрерывно уменьшается. Основными причинами являются горючесть изделий из нитроцеллюлозы и появление синтетических полимеров, пригодных для изготовления аналогичных, но не горючих изделий.
1. Выбор и обоснование способа производства
Для производства нитроцеллюлозы в предвоенные годы использовалось оборудование периодического действия. С ростом потребности народного хозяйства в нитроцеллюлозе необходимо было техническое переоснащение существующих производств. Были проведены научно-исследовательские работы, в результате которых были внедрены непрерывно действующие агрегаты.
Промышленное производство нитроцеллюлозы в настоящее время осуществляется по нескольким технологическим схемам, использующим как непрерывно действующее современное оборудование, так и оборудование периодического действия.
Наряду с разработкой нового непрерывно действующего оборудования для производства нитроцеллюлозы, совершенствовались и технологические процессы. Все это позволило перевести производство нитроцеллюлозы на более высокий технический уровень.
Для удаления нитрующей смеси из нитроцеллюлозы в технике применяется метод вытеснения одной жидкости другой. Этот метод производят на специальных аппаратах, в которых вся масса отработанных кислот по окончании процесса медленно вытесняется из нитроцеллюлозы водой. Метод вытеснения имеет ряд недостатков, в том числе сильное разбавление отработанных нитрующих смесей, что требует значительных мощностей для их разгонки.
В промышленности широкое применение нашли и другие нитрационные агрегаты, состоящие из кислотоотжимочных центрифуг. Данный метод позволяет получить нитроцеллюлозу с остаточной кислотностью 39,5%, что удовлетворяет техническим требованиям, а дальнейший отжим может привести к саморазложению нитроцеллюлозы в центрифуге.
Этот метод не требует дополнительной установки оборудования, время рекуперации занимает несколько минут. Он позволяет применить не только гидровыгрузку, но и создает предпосылки для высокомеханизированного непрерывно действующего комплекса по изготовлению нитроцеллюлозы.
К главным достоинствам пульсирующих центрифуг относятся: непрерывность процесса, относительно небольшое дробление осадка, хорошая степень обезвоживания осадка и эффективная его промывка.
Недостатком данного метода является то, что он снижает производительность центрифуги.
В дипломном проекте рассмотрен метод центрифугирования, который позволяет существенно сократить отходы отработанных кислотных смесей, направляемых на регенерацию; обеспечивает исключение избыточных кислот при изготовление коллоксилина. При этом количество оборудования существенно сокращается.
Центрифуга обеспечивает отжим нитроцеллюлозы от отработанной кислотной смеси до остаточной кислотности 39,5%, что соответствует допустимому нижнему пределу кислотности нитроцеллюлозы (35-40%), обуславливающему низкую степень чувствительности продукта к саморазложению.
При использовании центрифуги 1 /2 ФГП-809К-05 на фазе рекуперации отработанных кислотных смесей отсутствует их избыток, который было бы необходимо направлять на регенерацию, а так, вся отработанная кислотная смесь после центрифуги возвращается в технологический процесс, на фазу приготовления рабочих кислотных смесей. С помощью тиристоного преобразователя управляющий электрическим двигателем центрифуги, можно регулировать процесс кислоотжима, тем самым повысить производительность центрифуги и качество нитроцеллюлозы
Исключение из технологического процесса аппарата НУОК для рекуперации отработанных кислотных смесей позволило:
— значительно сократить количество разбавленных кислотных смесей, вытесняемых из нитроцеллюлозы и направленных на регенерацию;
— повысить качество и выход нитроцеллюлозы за счет сокращения времени ее контакта с отработанными кислотными смесями.
нитроцеллюлоза кислота центрифуга
2. Характеристика продукции, сырья и материалов
2.1 Характеристика готовой продукции
Коллоксилин «Н», [C6H7O2(OH)0,74 (ONO2)2,26]n ОСТ В84-2440-90Т используют для изготовления баллиститного пороха и сферических продуктов, изготовления лаков и пленок.
Содержание азота 11,5-12%. Полностью растворяется в смесях спирта и эфира, в ацетоне.
Физико-химические свойства нитроцеллюлозы:
1) Действие на нитроцеллюлозу различных реагентов
По сравнению с целлюлозой нитроцеллюлоза обладает большей устойчивостью к действию растворов кислот. Разбавленными до 1% растворами сильных кислот можно обрабатывать нитроцеллюлозу при высоких температурах в течение длительного времени, при этом содержание азота в ней не изменяется.
Серная кислота с массовой долей 20% на нитроцеллюлозу почти не действует, а с массовой долей 92% при минусовых температурах денитрует и растворяет нитроцеллюлозу. Эта реакция используется при определении содержания азота в нитроцеллюлозе по методу Лунге.
Азотная кислота с массовой долей 50% при минусовых температурах медленно денитрует нитроцеллюлозу с образованием низкомолекулярных продуктов. Азотная кислота с массовой долей 80-85% растворяет низкомолекулярные нитраты целлюлозы. При нагревании до 70-80 0 С азотная кислота с массовой долей 60% разрушает нитраты целлюлозы, в холодном состоянии денитрует с постепенной деполимеризацией частиц и разрушением волокна.
Нитроцеллюлоза устойчива и к действию окислителей. Небольшая чувствительность нитроцеллюлозы к кислотам и окислителям позволяет производить отбелку высококачественных коллоксилинов в кислотной среде.
Щелочи очень легко омыляют (денитруют) нитроцеллюлозу. Разбавленные до 1% растворы едких щелочей при минусовых температурах вызывают денитрацию нитроцеллюлозы и снижение вязкости.
Нитроцеллюлоза чувствительна к свету. При интенсивном и длительном воздействии света на нитроцеллюлозу наблюдается ее медленное разложение.
Под действием света уменьшается содержание азота, появляются газообразные продукты разложения, уменьшается масса нитроцеллюлозы, ее механическая прочность, вязкость.
2) Свойства нитроцеллюлозы как взрывчатых веществ
Сухая нитроцеллюлоза очень чувствительна к удару и трению. Детонация может быть вызвана ударом стальным предметом, ружейной пулей при выстреле.
Нитроцеллюлоза с повышенной влажностью малочувствительны к удару. При замерзании влажных нитратов целлюлоз чувствительность к удару резко увеличивается.
3) Растворимость нитроцеллюлозы
Нитроцеллюлоза низкой вязкости растворяется в определенных растворителях, тогда как нитроцеллюлоза с высокой вязкостью только набухает в этом растворителе.
Нитроцеллюлоза хорошо растворяется во многих органических растворителях: спиртоэфирной смеси, ацетоне, этилацетате, частично в этиловом спирте. Кетоны, сложные эфиры растворяют при комнатной температуре нитроцеллюлозу с различным содержанием азота и вязкостью.
Растворяющее действие метилового спирта, как и этилового, зависит от степени этерификации нитроцеллюлозы. Однако метиловый спирт в отличие от этилового полностью растворяет многие нитраты целлюлозы даже при комнатной температуре с содержанием азота менее 12,6%. Повышение температуры до 100 0 С практически не влияет на растворимость нитроцеллюлозы в этиловом и метиловом спиртах.
Растворимость нитроцеллюлозы с содержанием азота 11,82-12,7% в труднолетучих растворителях (нитроглицерине, нитроксилитане, нитродигликоле) незначительна и составляет при комнатной температуре не более 1%, с повышением температуры до 80-90 0 С растворимость нитроцеллюлозы увеличивается.
4) Вязкость нитроцеллюлозы
Вязкость раствора нитроцеллюлозы является основным требованиям к технологическому процессу их получения, которая предопределяет физико-механические свойства нитроматериалов, покрытий и пленок на основе нитроцеллюлозы.
Уменьшение вязкости облегчает формирование порохового шнура, ускоряет и улучшает пластификацию пороховой массы, снижает расход растворителя.
Однако очень низкая вязкость нитроцеллюлозы уменьшает механическую прочность пороха.
Не рекомендуется смешение разных партий нитроцеллюлозы для получения средней условной вязкости. При смешении нитроцеллюлозы с различной вязкостью ухудшаются физико-механические характеристики смеси по сравнению с исходными продуктами.
5) Химическая стойкость нитроцеллюлозы
Нитроцеллюлоза химически стойкая, но на ее стойкость сильно влияет содержание в ней связанной и свободной серной кислоты. Связанная серная кислота находится в виде смешанных серно-азатных эфиров. Свободную серную кислоту, находящуюся внутри волокна нитроцеллюлозы, называют «закапсюлированной» кислотой.
Серно-азотные эфиры легко разрушаются в процессе стабилизации нитроцеллюлозы в нейтральной или слабокислой среде. Для удаления «закапсюлированной» серной кислоты требуются более длительные щелочные варки, массовая доля щелочных растворов не должна превышать 0,02-0,03%.
При увеличении температуры до 90-100 0 С удаление «закапсюлированной» серной кислоты происходит с большой скоростью.
Основные требования к коллоксилину представлены в табл. 1
Объемная концентрация окиси азота, мл NO/гр
Растворимость в этиловом спирте, %, не более
Растворимость в спиртоэфирной смеси, %, не менее
Вязкость условная, 0Э
Химическая стойкость, мл NO/гр, не более
Щелочность, %, не более
Массовая доля золы, %, не более
Массовая доля влаги, %, не менее
Степень измельчения по методу просеивания, %:
— остаток на сите 063, не более
— остаток на сите 016, не более
Засорение коллоксилина посторонними включениями, видимыми на глаз (щепа, окалина)
Готовая нитроцеллюлоза (в виде водной взвеси) хранится в емкостях и транспортируется по массопроводу с помощью массонасоса.
Отжатая нитроцеллюлоза хранится на складе в упакованном виде в мягкой таре. Хранить нитроцеллюлозу можно только в увлажненном состоянии на деревянных стеллажах, температура воздуха в помещении должна быть 5 0 С, относительная влажность не менее 65%. Нитроцеллюлоза при хранении должна быть защищена от воздействия нагревательных приборов.
Транспортируется крытым автомобильным, речным или железнодорожным транспортом.
2.2 Характеристика сырья и материалов
Хлопковая целлюлоза марки ХЦ [С6Н7О2(ОН)3]n ГОСТ 595-79 является основным компонентом для получения коллоксилин Н. Основные требования к целлюлозе представлены в табл. 2
Содержание альфа-целлюлозы, %, не менее
Количество непронитрованного остатка после 5- минутной нитрации, %, не более
Содержание лигнина, %, не более
Содержание смол и жиров при экстрагировании дихлорэтаном, %, не более
Смачиваемость (поглощение водой навеской целлюлозы в 15 г), г, не менее
Растворимость в 3%-ном растворе едкого натра, %, не более
Содержание золы, %, не более
Впитываемость по воде, мм, не менее
Содержание пыли, %, не более
Содержание остатка нерастворимого в серной кислоте, %, не более
Плотность прессования целлюлозы в кипах, кг/м3
Разрывная длина, м, не менее
Влажность при поставке, %, не более
Вязкость при 200С, мПас
Плотность при 150С, кг/м3
Удельная теплоемкость при 200С, кДж/(кгК)
Парциальное давление паров над кислотой с массовой долей 100%, Па, (мм.рт.ст.):
Удельная теплота, Дж/моль:
Основные требования к серной кислоте представлены в табл.4
Таблица 4 Технические требования к серной кислоте
Плотность при 200С, кг/м3
— кипения (100% с разложением)
Удельная теплота, Дж/моль:
— парообразования при 326,10С
Удельная теплоемкость при 250С, Дж/(грК):
Отработанна кислотная смесь после отжима на центрифуге состава:
Используется для приготовления рабочих кислотных смесей.
3. Технологический процесс производства
Технологический процесс производства нитроцеллюлозы состоит из следующих стадий:
— приготовление рабочей смеси кислот;
3.1 Описание технологической схемы
Подготовка целлюлозы марки ХЦ заключается в механической обработке с целью придания целлюлозе хорошей смачиваемости нитрационными кислотными смесями, а также для облегчения транспортировки по пневмопроводу.
Механическая обработка целлюлозы состоит в ее измельчении, рыхлении и сушки.
Измельчение с одновременным рыхлением ведется на кипорыхлителях, куда целлюлоза в кипах подается со склада в ручную с использованием тележки.
Целлюлоза у кипорыхлителя освобождается от упаковки и вручную загружается на ленточный транспортер, который подает целлюлозу к барабанам кипорыхлителя. Целлюлоза захватывается зубьями барабанов, измельчается и разрыхляется.
Разрыхленная целлюлоза через конфузорно-диффузорную воронку попадает в пневмосушительную установку, где подхватывается потоком горячего воздуха с температурой 85-105 0 С и по пневмопроводу подается в бункер-дозер.
За время прохождения по пневмопроводу разрыхленная целлюлоза подсушивается до влажности не более 7%.
Транспортирующий воздух из бункер-дозера отсасывается хвостовым вентилятором, проходит камеру улова пыли и выбрасывается в атмосферу.
Приготовление рабочей кислотной смеси (РКС)
По окончании загрузки целлюлозы уровень нитрующей кислотной смеси доводится до половины верхней лопасти мешалки для полной смачиваемости целлюлозы и исключения разложения, после чего прекращается подача РКС в нитратор-дозер. Происходит предварительная нитрация в течение 28 мин. (сумма на 4 нитратора-дозера). Затем масса из нитраторов-дозеров периодически сливается в емкость для окончательной нитрации. В емкости нитроцеллюлоза постоянно перемешивается. Из емкости реакционная масса питателем непрерывно подается в центрифугу.
Реакционная масса по питающей трубе поступает в центрифугу, где происходит отжим нитроцеллюлозы от нитрующей смеси.
Осадок при помощи толкателя выгружается в кожух и транспортируется водой по массожелобу в мутильник, откуда после промывки до остаточной кислотности 1% при помощи массонасоса поступает на фазу стабилизации.
Отработанная кислота после отжима на центрифуге самотеком поступает в сборник отработанных кислот, откуда насосом закачивается в фильтр отработанной кислоты.
Избыток отработанной кислоты самотеком поступает в смеситель для приготовления рабочей кислотной смеси.
Часть кислоты из фильтра используется для подачи в центрифугу для исключения разложения.
Для промывки центрифуги используется вода, которая очищается в коллоксилиновых фильтрах, а также предусмотрен обдув центрифуги сжатым воздухом и воздухом от приточной вентиляции.
Нитрозные газы из всех аппаратов через газоходы направляются на очистку в абсорбционную установку. Так же используется каплеуловитель с целью исключения отложения частиц массы на внутренней стенке газохода центрифуги.
4. Мероприятия по повышению качества продукции
Основные факторы, влияющие на процесс нитрации, и тем самым на качество нитроцеллюлозы приведены в табл. 5.
Содержание воды в нитрующей смеси
Соотношение азотной и серной кислот
Добавка серной кислоты, наряду с водовытесняющим действием, вызывает набухание волокна целлюлозы. Соотношение серной и азотной кислот в нитрующей смеси влияет на степень и на скорость нитрации целлюлозы. С возрастанием количества серной кислоты, скорость реакции падает.
Влияние окислов азота на процесс нитрации
С увеличением содержания окислов азота в разбавленных нитрующих смесях падает выход, уменьшается степень нитрации
Более высокая температура способствует увеличению скорости реакции и в тоже время увеличению нежелательных процессов гидролиза и окисления
При большем модуле ванны получается более равномерно нитрованный продукт
Влажность исходной целлюлозы
Во избежании разбавления кислотной смеси водой целлюлозу следует подсушить
Качество и форма целлюлозы
Чистота и физическая форма исходного материала оказывает большое влияние на течение процесса нитрации и на получение результата
5. Разработка проектируемой фазы
5.1 Теоретические основы процесса
В зависимости от гранулометрического состава осадка, концентрации суспензии, ее расход, в пульсирующих центрифугах наблюдается три режима работы: нормальный, переходной и режим захлебывания.
Накопление и формирование осадка происходит во время прямого и обратного ходов первого каскада ротора в зоне фильтрования. При прямом ходе обечайки первого каскада освобождается фильтрующая перегородка, на которой начинается интенсивное фильтрование суспензии с образованием осадка. Кроме того, в эту зону тыльной стороной уравнительного кольца сбрасывается часть ранее образованного осадка.
Для нормальной работы центрифуге расход и концентрация суспензии должны поддерживаться таким образом, чтобы свежая порция суспензии не размывала ранее сформированный и передвинутый в зону отжима слой осадка. При превышении расхода или при недостаточной концентрации может произойти прорыв суспензии до края ротора и наступит режим захлебывания.
При обратном ходе обечайки фильтрование суспензии продолжается. Решающую роль в этой фазе второго этапа играет толщина слоя осадка, образованного ранее. Осадок вначале несколько спрессовывается толкателем, а затем начинает двигаться по всей длине каскада. Такое движение возможно только в том случае, если толщина слоя осадка, накопленного на первом этапе, равна или несколько превосходит толщину слоя осадка в зоне отжима.
Если количество поступившей в центрифугу твердой фазы окажется недостаточным, чтобы обеспечить толщину осадка, необходимую для его продвижения, то толкатель будет сжимать осадок в зоне фильтрования до тех пор, пока его толщина не сравняется с толщиной слоя осадка в зоне отжима.
Эти условия соответствуют переходному режиму, который в пульсирующих центрифугах является недоступным.
При разделении суспензии на пульсирующей центрифуге на каждой последующей ступени ротора обезвоживание начинается с того содержания влаги, с которой осадок покинул предыдущую ступень, и проходит при большем факторе разделения. Переход осадка с одного каскада на другой сопровождается разрушением сложившейся структуры пор, что интенсифицирует процесс обезвоживания, поэтому на этих центрифугах достигается лучшая степень обезвоживания осадка, чем на однокаскадной центрифуге при той же производительности.
5.2 Характеристика основного и вспомогательного оборудования
5.2.1 Характеристика основного оборудования
Техническая характеристика центрифуги представлена в табл.6
Таблица 6 Техническая характеристика центрифуги