2.2 Инжекторы для осуществления нитрационного
процесса
Инжекторы относятся к струйным аппаратам, в которых за счёт высокоразвитого турбулентного движения смешение двух потоков жидкостей происходит в весьма малом объёме за короткий промежуток времени с образованием тонких эмульсий с достаточно однородным составом.
Инжекторы благодаря простоте их включения в различные установки нашли широкое применение в различных областях техники. На рисунке 2.1 представлена конструкция инжектора-нитратора. В ФНПЦ «Алтай» разработаны инжекторы различных типоразмеров в зависимости от требуемой производительности нитрационной установки (таблица 2.5).
Таблица 2.5 Технические характеристики
нитрационных инжекторов
|
Производительность по нитроэфиру, кг/ч |
Размеры, мм | |||
|
d3 |
d4 |
d5 |
d6 | |
|
50 100 200 |
1,6 2,3 3,2 |
2,1 3,1 4,3 |
14 |
14 |
|
400 600 800 |
4,5 5,5 6,4 |
6,0 7,4 8,6 |
21 |
21 |
|
28 |
28 | |||
|
1200 1600 |
7,4 8,6 |
9,9 11,5 |
28 |
28 40 |
Нитоэмульсия
к холодильнику
Спирт
Нитросмесь 1
– сопло 2
– диффузор 3
– смесительная камера
Рисунок 2.1 – Инжектор-нитратор
Рабочий поток (среда, находящаяся перед инжектором при более высоком давлении – в конкретном случае рабочая нитрующая смесь) выходит из сопла в приёмную камеру с большой скоростью и за счёт разрежения, создаваемого в приёмной камере, увлекает инжектируемый поток (в конкретном случае спирт), имеющий перед инжектором более низкое давление.
Как правило, в струйных аппаратах происходит сначала преобразование потенциальной энергии рабочего потока (давление нитрующей смеси) в кинетическую энергию. При протекании по струйному аппарату происходит выравнивание скоростей смешиваемых потоков и обратное преобразование кинетической энергии смешанного потока в потенциальную энергию на выходе из аппарата.
Выравнивание скоростей в камере смешения сопровождается повышением давления. Смешанный поток поступает в диффузор, в котором происходит дальнейший рост давления, и выходящий из диффузора поток имеет давление большее, чем инжектируемый поток, что должно обеспечить необходимую скорость движения эмульсии НГЦ–отработанная кислота через холодильник.
Процесс эмульгирования в инжекторах исследован на имитирующих жидкостях: дибутилфталат и 90 %-ный водный раствор глицерина, имеющие плотность 1,05 и 1,23 г/см3 соответственно. Найдены зависимости размеров капель ДБФ от давления рабочего потока. Позже эффективность смешения компонентов в инжекторе проверена непосредственно при нитровании глицерина. Выявлено, что с увеличением модуля нитрования степень диспергирования возрастает. При модуле 15,5 образуется эмульсия НГЦ в отработанной кислоте со средним количественным диаметром капель менее 40 мкм.
При работе на имитаторах сравнение дисперсности эмульсий, образуемых в инжекторе и в аппарате с мешалкой, показало, что средний диаметр частиц в первом случае составляет 10 мкм, во втором – 17 мкм при скорости вращения мешалки 2100 об/мин и 60 мкм при скорости вращения 750 об/мин. Скорость истечения нитросмеси из сопла порядка 15–20 м/с обеспечивает получение эмульсий, гарантирующих ведение технологического процесса.