2.8 Технологическая схема производства нитроэфиров в малогабаритном оборудовании

Аппаратурно-технологическая схема представлена на рисунке 2.14.

В основе технологии нитратных эфиров находятся процессы нитрования исходных спиртов смесями азотной и серной кислот, разделение получаемых эмульсий на фазу отработанной кислоты и кислого нитроэфира, промывка кислых нитроэфиров водой и содовым раствором, отделение от промывочных жидкостей, контроль качества и количества получаемого нитроэфира и траспортирование нитроэфира в здание переработки в целевые изделия. Это основные взрывоопасные стадии процесса.

Кроме того, необходимы вспомогательные стадии. Подготовка кислотных смесей, исходного сырья, технологических жидкостей, обезвреживание сточных вод, разложение нитроэфиров в отработанных кислотах и их регенерация, адсорбция оксидов азота (газовые вредные выбросы). Эти стадии выполняются в разных вариантах в зависимости от требуемой производительности установки, времени непрерывной работы, мощности производства.

Нитрование исходных спиртов осуществляется в нитрационном инжекторе 1. Рабочая нитрующая смесь, приготовленная из свежей нитросмеси и отработанной кислоты (их составы приведены в таблице 2.1, а соотношения в таблице 2.3), нагнетается насосом-дозатором 22 через холодильник 23 в инжектор. Свежая нитросмесь расходуется насосом-дозатором 20 из хранилища 21, рабочая нитросмесь расходуется из хранилища 19. Температура рабочей нитросмеси на входе в инжектор поддерживается в пределах от нуля до минус 8 °C.

Исходный спирт готовят в реакторе 30, подогревая его до требуемой температуры. С помощью насоса 31 спирт постоянно циркулирует через бачок 32, в котором поддерживается постоянный уровень жидкости. За счёт разрежения, создаваемого струёй нитросмеси, спирт через регулирующий клапан 33 поступает в камеру инжектора. Количество подсасываемого в инжектор спирта автоматически поддерживается на уровне, обеспечивающем требуемую разность температур нитрации и нитросмеси. Параметры процесса приведены в таблице 2.3.

Величина разрежения в инжекторе регулируется клапаном 34, через который идёт подсос воздуха.

Величина вакуума 300–600 мм рт. ст.

Образующаяся в инжекторе 1 эмульсия охлаждается в холодильнике 2 до 16–20 °C и затем разделяется в центрифуге 3. Отработанная кислота проходит через контрольный сепаратор 4 и тарельчатым насосом 5 направляется в распределительную коробку 6, в которой она разделяется на два потока. Один поток через градуированную диафрагму сливается в хранилище 19, куда затем дозируют расчётное количество свежей нитросмеси.

Второй поток через перелив коробки 6 направляется в реакторы 7. Контрольный сепаратор используется для контроля за качеством сепарации эмульсии в ценрифуге. Ухудшение сепарации отмечает оператор при появлении в верхнем стеклянном стакане сепаратора слоя нитроэфира. Этот нитроэфир вытесняется за счёт увеличения уровня кислоты в сепараторе через переливную воронку к инжектору 14 и транспортируется холодной водой в лабиринт 13.

Рисунок 2.14 – Аппаратурно-технологическая схема инжекторной установки получения нитроэфиров

Количество получаемого нитроэфира измеряется дозатором-расходомером 10, инжектором 11 нитроэфир направляется на переработку. Контроль его качества ведётся сигнализатором кислотности 12. Скопившийся в лабиринте нитроэфир инжектором 15 возвращается в промывной аппарат. Отработанные сточ-ные воды через лабиринт 13 передают тарельчатым насосом 16 в реакторы обезвреживания, в которых при 95–97 °C при добавлении соды нитроэфиры гидролизуют и обезвреженную воду сбрасывают в канализацию.

Смесь крепкой и слабой отработанных кислот в реакторах 7 подвергается термическому воздействию при 90–97 °C, при этом нитроэфиры разлагаются с выделением окислов азота. Последние направляют в абсорбционные колонны. При орошении водой в системе из нескольких колонн получают слабую азотную кислоту (до 50 %-ной концентрации). При орошении раствором мочевины оксиды азота восстанавливаются до азота и воды. Применяют также и другие методы обезвреживания нитрозных газов. Технологические жидкости (раствор соды, тёплая и холодная вода) готовят в реакторах 26, 25, 24 и подают в технологические аппараты и к инжекторам насосами-дозаторами. При стабилизации и транспортировании нитроэфиров поддерживают расход этих жидкостей 0,6–1,2 м.ч. на 1 м.ч. нитроэфира.

Контроль параметров и управление процессом дистанционные, с применением современных технических средств. Для уп-равления разработана специальная программа, которая предусматривает ряд аварийных блокировок, останавливающих процесс нитрования при достижении опасных значений основных параметров: температуры нитрования в контрольном сепараторе, в реакторах обезвреживания отработанных кислот; падение вакуума в инжекторе; при отклонениях мощности двигателей центрифуги и промывного аппарата; при снижении расхода кислотных смесей и промывных жидкостей.

Всё взрывоопасное оборудование размещается в железобетонных кабинах, рассчитанных на локализацию взрыва. Оборудование всех стадий процесса и пульт управления обычно размещают в одном комплексном здании. Обваловывание зданий не требуется.

В таблице 2.11 приведён материальный баланс получения нитроэфиров. В таблице 2.12 приведён состав отходов производства нитроэфиров. В таблице 2.13 состав сточных вод при производстве нитроэфиров.

Таблица 2.11 – Материальный баланс производства нитроэфиров (расчёт в килограммах на 1000 кг нитроэфира)

Статьи расхода	НГЦ	ДНДЭГ	НГЦ+ДНДЭГ (51,4:48,6)	НГЦ+ДНДЭГ (65:35)	ДНПГ-1,2	ДНЭГ
1	2	3	4	5	6	7
Расход спирта, в том числе глицерина Выход из 100 масс. ч. спирта Модуль нитрации по свежей нитросмеси	432,9 231 5,0	588,2 170 2,7	516,1 231,9 194 3,42	495,0 287,1 202 3,9	500,0 200 3,7	438,6 228 4,7
Расход свежей нитросмеси, в том числе моногидратов - азотной кислоты; - серной кислоты; - меланжа (90 % HNO3, 7,5 % H2SO4); - олеума	2164,5 1103,9 1071,4 1226,5 938	1588,2 1080 508,2 1200 388,2	1762,9 1128,2 634,6 1253,6 509,3	1930,7 1100,5 830,2 1222,7 708	1850 1054,5 799,2 1171,7 678,3	2061,4 1133,7 926,4 1259,2 802,2
Расход рабочей нитросмеси	4372,3	3882,3	3659,7	4158,4	4925	4319,1
Нитромасса на выходе из инжектора, в том числе: - нитропродуктов; - кислот и воды	4805,2 1114,3 3690,9	4470,6 1192,7 3277,9	4175,2 1173,1 3002,1	4653,5 1177,6 3475,9	5425 1148,4 4276,6	4757,7 1075,2 3682,5

Продолжение таблицы 2.11

1	2	3	4	5	6	7
После сепарации получено крепкой отработанной кислоты, в том числе - возвращено на приготовление рабочей нитросмеси; - направлено в реакторы обезвреживания	3704,1 2207,8 1496,3	3123,7 2294,1 823,6	2840,6 1896,8 943,8	3353,5 2227,9 1125,6	4295,9 3075 1220,9	3574,9 2257,7 1317,2
Возврат нитроэфира с рециркулируемой отработанной кислотой	56,8	116,4	87,7	95,8	58,7	72,2
Уходит на разложение в реакторах обезвреживания кислот	38,5	41,7	43,7	48,4	23,2	42,1
Расход холодной воды	1000	1200	1200	1200	1000	1000
Получено слабой отработанной кислоты	1084,3	1511,2	1487,5	1462,5	1086,9	1118,1
Уходит нитроэфира со слабой отработанной кислотой	10,9	25,1	31,1	24,6	10,9	11,2
Поступает в реакторы разложения кислот	2580,6	2334,6	2431,5	2588,2	2307,9	2435,3
Потери нитроэфира при стабилизации	8,1	8,9	9,4	8,7	5,9	7,7
Расход содового раствора	900	1000	1000	1000	1000	1000
Расход теплой воды	940	1000	1000	1000	1000	1000

Таблица 2.12 – Отходы производства

Компоненты	Содержание компонентов, %
	НГЦ	ДНДЭГ	Смесевой нитроэфир
	Отработанные кислоты
HNO3, %	1–10	1–10	1–10
H2SO4, %	25–45	25–40	25–45
Вода, %	более 40	50–60	38–60
Оксиды азота, %	до 3,0	до 3,0	до 3,0
Нитротела, %	до 0,1	до 0,1	до 0,1
Количество на 1 т нитроэфира, т	2,0–2,2	2,5–2,8	2,3–2,8

Таблица 2.13 – Сточные воды после обезвреживания

Компоненты	Содержание компонентов, %
	НГЦ	ДНДЭГ	Смесевой нитроэфир
Нитрат натрия, мг/л	950–1750	2000–2600	1500–2200
Нитрит натрия, мг/л	600–1200	300–600	450–900
Органические оксикислоты, оксиальдегиды, диоксан, мг/л	400–800	900–1800	600–1300
Биопотребление кислорода, не более, мг/л	200	650	500
Количество на 1 т НЭ, м3	2–4	2–4	2–4
Количество на 1 т НЭ оксидов азота (до поглощения в колоннах), кг	55–60