RU2174984C2

RU2174984C2 - Pumping jet unit

Info

Publication number: RU2174984C2
Application number: RU99122451A
Authority: RU
Inventors: А.И. Галочкин; Н.С. Касько; Г.А. Ергина
Original assignee: Алтайский государственный университет
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 1999-10-26
Publication date: 2001-10-20

Abstract

FIELD: metallurgy, namely rapid cooling of elongated rolled stock. SUBSTANCE: pumping jet unit includes housing with branch pipe for supplying cooling agent, receiving and discharging funnels, inlet guide having outer cone outlet portion and mounted in housing with possibility of motion along its lengthwise axis, nozzle forming member mounted coaxially relative to inlet guide with possibility of motion and fixation relative to lengthwise axis of housing. Inner surface of outlet funnel has two cone portions joined by cylindrical portion at relation of angle of generatrix of first cone portion to angle of generatrix of second cone portion equal to 1.2-4.5. Outlet funnel is mounted in such a way that slit nozzle is formed by its inner surface, outer cone portions of inlet guide and nozzle forming member. EFFECT: possibility for regulating profile of nozzle and therefore controlling relation of drawing and braking forces of flow of cooling agent. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области получения органических высокомолекулярных соединений, конкретно к получению нитрата целлюлозы, и может быть использовано при производстве нитроцеллюлозных лаков, кинопленок и взрывчатых веществ. The invention relates to the field of producing organic macromolecular compounds, specifically to the production of cellulose nitrate, and can be used in the production of nitrocellulose varnishes, film films and explosives.

Известен способ получения нитрата целлюлозы обработкой целлюлозы смесью азотной и серной кислот в соотношении 1:3 с последующей стабилизацией полученного продукта (см. Роговин З.Н. Химия целлюлозы, М., "Химия", 1972, с. 264-266). A known method of producing cellulose nitrate by treating cellulose with a mixture of nitric and sulfuric acids in a ratio of 1: 3, followed by stabilization of the obtained product (see Rogovin Z. N. Chemistry of cellulose, M., "Chemistry", 1972, S. 264-266).

Однако указанный способ имеет ряд существенных недостатков. Основным недостатком является образование в качестве побочных продуктов сернокислых эфиров целлюлозы, которые необходимо разрушить, что увеличивает время стабилизации нитрата целлюлозы. However, this method has several significant disadvantages. The main disadvantage is the formation of cellulose sulfate esters as by-products, which must be destroyed, which increases the stabilization time of cellulose nitrate.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявленному объекту является способ получения нитрата целлюлозы, согласно которому целлюлозу обрабатывают смесью азотной и трифторуксусной кислот в соотношении 1,0-1,4:1,0-0,6, а затем стабилизируют полученный нитрат целлюлозы (а.с. СССР N 883057 от 26.03.80)
Недостаток этого способа состоит в том, что исходным продуктом нитрации является целлюлоза, для получения которой необходимо иметь целлюлозно-бумажное производство, на котором целлюлозу получают в несколько стадий: делигнификация; мерсеризация, варка и отбелка древесного сырья. Эти стадии при получении целлюлозы в целлюлозно-бумажном производстве требуют больших энергетических и материальных затрат.Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed object is a method for producing cellulose nitrate, according to which cellulose is treated with a mixture of nitric and trifluoroacetic acids in a ratio of 1.0-1.4: 1.0-0.6, and then stabilized cellulose nitrate obtained (AS USSR N 883057 dated 03/26/80)
The disadvantage of this method is that the initial nitration product is cellulose, for which it is necessary to have a pulp and paper production, in which cellulose is obtained in several stages: delignification; mercerization, cooking and bleaching of wood raw materials. These stages in the production of pulp in the pulp and paper industry require large energy and material costs.

Сущность изобретения заключается в том, что исходным продуктом являются древесные отходы, а не целлюлоза. Используют древесные опилки, из которых удаляют экстрактивные вещества, после чего обрабатывают нитрующей смесью, состоящей из азотной и трифторуксусной кислот в соотношении 0,4-2,0:1,6-0,2. Реакцию ведут при температуре 30^oC и модуле ванны 50, время реакции нитрации составляет 30-120 мин. Затем продукт подвергают стабилизации.The essence of the invention lies in the fact that the initial product is wood waste, and not cellulose. Sawdust is used, from which extractives are removed, and then treated with a nitrating mixture consisting of nitric and trifluoroacetic acids in a ratio of 0.4-2.0: 1.6-0.2. The reaction is carried out at a temperature of 30 ^o C and a module of the bath 50, the reaction time of nitration is 30-120 minutes Then the product is subjected to stabilization.

Техническое преимущество заявляемого изобретения позволяет использование дешевого сырья - древесных опилок, являющихся отходами многих производств (например, деревообрабатывающего производства, производства спичек и др.), для получения нитрата целлюлозы, не выделяя целлюлозу. Предлагаемый способ дешевле применяемого в настоящее время способа получения нитрата целлюлозы, т. к. в нем исключаются следующие стадии:
1) делигнификация;
2) мерсеризация;
3) варка;
4) отбелка.The technical advantage of the claimed invention allows the use of cheap raw materials - sawdust, which is a waste of many industries (for example, woodworking production, production of matches, etc.) to obtain cellulose nitrate without emitting cellulose. The proposed method is cheaper than the currently used method of producing cellulose nitrate, because it excludes the following stages:
1) delignification;
2) mercerization;
3) cooking;
4) bleaching.

Эти стадии при получении целлюлозы требуют больших энергетических и материальных затрат. Исключение процесса получения целлюлозы улучшает экологическую обстановку производства. Кроме того, предлагаемый способ позволяет одновременно получать кроме нитрата целлюлозы низкомолекулярные соединения (фенолы, карбоновые кислоты), которые могут использоваться в качестве сырья для многих предприятий химической промышленности. Так как лигнин, который является отходом при целлюлозно-бумажном производстве, переходит в низкомолекулярное соединение, появляется возможность перейти на безотходное производство при использовании древесины как сырья. These stages in the production of cellulose require large energy and material costs. The exclusion of the pulp production process improves the environmental situation of the production. In addition, the proposed method allows to simultaneously obtain, in addition to cellulose nitrate, low molecular weight compounds (phenols, carboxylic acids), which can be used as raw materials for many chemical industry enterprises. Since lignin, which is a waste in the pulp and paper industry, goes into a low molecular weight compound, it becomes possible to switch to waste-free production using wood as a raw material.

Осуществление изобретения достигается следующим образом. Из древесных опилок удаляют экстрактивные вещества (смолы, воски, жиры, жирные и смоляные кислоты, фитостерины). Для этого их обрабатывают органическими растворителями и водой. Обработанные таким образом опилки заливают нитрующей смесью, состоящей из азотной и трифторуксусной кислот, взятых в соотношении 0,4-2,0: 1,6-0,2. После окончания нитрации нитрат целлюлозы отжимают от раствора и проводят его стабилизацию отмывкой от нитрующей смеси, окислов, азота и других примесей. The implementation of the invention is achieved as follows. Extractive substances (resins, waxes, fats, fatty and resin acids, phytosterols) are removed from sawdust. To do this, they are treated with organic solvents and water. Treated in this way, sawdust is poured with a nitrating mixture consisting of nitric and trifluoroacetic acids, taken in a ratio of 0.4-2.0: 1.6-0.2. After nitration is completed, cellulose nitrate is squeezed from the solution and stabilized by washing it from the nitrating mixture, oxides, nitrogen and other impurities.

О том, что полученный осадок является нитратом целлюлозы, доказано методом ИК-спектроскопии. В спектре имеются интенсивные полосы поглощения с максимумами в области 1663 см^-1, 1276 см^-1 и 830 см^-1, которые соответственно относят к антисимметричным и симметричным колебаниям нитрогрупп и валентным колебаниям связи O-N-O₂. Небольшое поглощение в области 3500-3400 см^-1, ответственной за валентные колебания гидроксильных групп, включенных в водородную связь, доказывает о неполном замещении гидроксильных групп, что и подтверждается аналитическим методом: содержание азота 12,5%, а не 14,14%. В ИК-спектре отсутствуют полосы поглощения, ответственные за ароматическую структуру в области 1600 см^-1. Все это подтверждает, что полученный осадок при обработке опилок данной нитрующей смесью является нитратом целлюлозы. По качеству данный нитрат целлюлозы соответствует нормам ГОСТа для нитратов, полученных при обработке целлюлозы серно-азотной смесью.The fact that the obtained precipitate is cellulose nitrate is proved by IR spectroscopy. The spectrum contains intense absorption bands with maxima in the region of 1663 cm ^–1 , 1276 cm ^–1 and 830 cm ^–1 , which are respectively attributed to antisymmetric and symmetric vibrations of nitro groups and stretching vibrations of the ONO ₂ bond. A small absorption in the region of 3500-3400 cm ^-1 , which is responsible for stretching vibrations of hydroxyl groups included in the hydrogen bond, proves the incomplete substitution of hydroxyl groups, which is confirmed by the analytical method: the nitrogen content is 12.5%, and not 14.14%. In the IR spectrum there are no absorption bands responsible for the aromatic structure in the region of 1600 cm ^-1 . All this confirms that the precipitate obtained during the processing of sawdust with this nitrating mixture is cellulose nitrate. In terms of quality, this cellulose nitrate complies with GOST standards for nitrates obtained by treating cellulose with a sulfur-nitrogen mixture.

Способ можно уяснить, рассмотрев предложенную методику. The method can be understood by considering the proposed methodology.

Пример 1. Берут 1 г опилок осины, просеянных через сито N 0385. Для удаления экстрактивных веществ опилки экстрагируют сначала органическими растворителями, а затем водой, сушат в сушильном шкафу при 50^oC до постоянного веса. Обработанные таким образом опилки заливают 50 г нитрующей смеси. Для нитрующей смеси берут:
HNO₃ - 100%-ную, плотность 1,51²⁰ г/мл;
CF₃COOH - 100%-ную, плотность 1,49²⁰ г/мл.Example 1. Take 1 g of aspen sawdust, sifted through a sieve No. 0385. To remove extractives, the sawdust is extracted first with organic solvents and then with water, dried in an oven at 50 ^o C to constant weight. Thus processed sawdust is poured into 50 g of nitrating mixture. For nitrating mixture take:
HNO ₃ - 100%, density 1.51 ²⁰ g / ml;
CF ₃ COOH - 100%, density 1.49 ²⁰ g / ml.

Весовое соотношение кислот в нитрующей смеси: HNO₃:CF₃COOH равно 1,2:0,8 модуль ванны 50. Модуль ванны 50 является близким к стехиометрическим расчетам.The weight ratio of acids in the nitrating mixture: HNO ₃ : CF ₃ COOH is 1.2: 0.8 modulus of bath 50. The modulus of bath 50 is close to stoichiometric calculations.

Нитруют 120 мин помешивая, при температуре 30^oC. В результате такой обработки опилок нитрующей смесью в осадок выпадает нитрат целлюлозы, а в маточный раствор переходят нитролигнин, продукты распада лигнина - муравьиная, уксусная кислоты, гемицеллюлозы, пентозаны. Накопление азота во времени в полученном нитрате целлюлозы представлено в таблице 1.Nitrate for 120 min, stirring at a temperature of 30 ^o C. As a result of this treatment of sawdust with a nitrating mixture, cellulose nitrate precipitates, and nitrolignin passes into the mother liquor, lignin decomposition products - formic, acetic acid, hemicellulose, pentosans. The accumulation of nitrogen over time in the obtained cellulose nitrate is presented in table 1.

Приведенные в таблице 1 опыты проводят при этих же условиях, изменяют только время нитрации. The experiments in table 1 are carried out under the same conditions, only the nitration time is changed.

Наибольшее содержание азота в нитрате достигается при нитрации в течение 60-120 мин. Дальнейшее увеличение времени реакции нецелесообразно, т.к. содержание азота в нитратах не возрастает. The highest nitrogen content in nitrate is achieved with nitration for 60-120 minutes. A further increase in the reaction time is impractical because the nitrogen content in nitrates does not increase.

Полученный осадок отжимают от нитрующей смеси, проводят стабилизацию для отмывки от нитрующей смеси, окислов азота и других примесей поочередной промывкой сначала холодной водой, затем горячей водой с температурой 50-60^oC, раствором аммиака и снова холодной водой. Затем нитрат целлюлозы сушат в сушильном шкафу при температуре 70^oC.The precipitate obtained is squeezed out from the nitrating mixture, stabilization is carried out to wash from the nitrating mixture, nitrogen oxides and other impurities by rinsing first with cold water, then with hot water at a temperature of 50-60 ^o C, ammonia solution and again with cold water. Then the cellulose nitrate is dried in an oven at a temperature of 70 ^o C.

Оптимальное соотношение кислот нитрующей смеси определяют экспериментальным путем. Результаты приведены в таблице 2. The optimal acid ratio of the nitrating mixture is determined experimentally. The results are shown in table 2.

Наибольшее содержание азота получено при соотношении
HNO₃:CF₃COOH=1,6-1,2:0,8-0,4
Пример 2
Опилки древесины (сосны, осины, березы и др.) экстрагировали спирто-бензольной смесью (можно спирто-толуольной) состава 1:2 в течение 8 часов (см. Л. В. Оболенская и др. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. Москва. Экология, 1961. С. 90). Эта смесь является наиболее эффективной для удаления экстрактивных веществ и применяется для древесины всех пород, которые произрастают на территории России (см. В.И. Азаров, А.В. Буров, Л.В. Оболенская. Химия древесины и синтетических полимеров. С.- Петербург, 1999. С 190).The highest nitrogen content was obtained with the ratio
HNO ₃ : CF ₃ COOH = 1.6-1.2: 0.8-0.4
Example 2
Sawdust of wood (pine, aspen, birch, etc.) was extracted with an alcohol-benzene mixture (alcohol-toluene) of 1: 2 composition for 8 hours (see L. V. Obolenskaya et al. Practical work on the chemistry of wood and cellulose. Moscow, Ecology, 1961.S. 90). This mixture is most effective for removing extractive substances and is used for wood of all species that grow on the territory of Russia (see V.I. Azarov, A.V. Burov, L.V. Obolenskaya. Chemistry of wood and synthetic polymers. C. - Petersburg, 1999.S. 190).

Предложенный способ получения целлюлозы дает такие же результаты при использовании древесных опилок березы, сосны и др. The proposed method for producing cellulose gives the same results when using sawdust of birch, pine, etc.

Опилки березы и сосны, подготовленные указанным выше образом, обрабатывали нитрующей смесью состава HNO₃ и CF₃COOH.Sawdust of birch and pine prepared in the above manner was treated with a nitrating mixture of HNO ₃ and CF ₃ COOH.

Результаты представлены в таблице 3. The results are presented in table 3.

Claims

A method of producing cellulose nitrate, comprising treating a starting product with a nitrating mixture containing nitric and trifluoroacetic acid at a temperature of 30 ^° C. and a bath module 50, followed by stabilization of the target product, characterized in that wood sawdust is used as the starting product, of which, before treatment with a nitrating mixture extractives are removed, and nitric and trifluoroacetic acids are taken in a ratio of 0.4-2.0: 1.6-0.2, the processing time is 30-120 minutes.