RU2623775C2 - Method for processing sewage sludge of nitrocellulose production - Google Patents

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: method for processing the sewage sludge of nitrocellulose production includes a continuous loading of wet nitrocellulose sludge to the aqueous sodium or potassium hydroxide solution close to saturation, with the initial temperature of 10-95°C. The solution is continuously stirred with the intensity sufficient for the precipitate particles to be in suspended state and to be evenly distributed in the liquid volume. The feed rate of sludge into the alkaline suspension is maintained such that the mass fraction of precipitate particles in the suspension does not exceed 5%.

EFFECT: reducing the energy consumption for nitrocellulose sludge processing, reducing the processing time and simplifying the processing process hardware design.

1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к технологии нитроцеллюлозы (НЦ), в частности к способам безопасной переработки нитроцеллюлозных осадков отработанных вод промышленного изготовления НЦ. Проблема обезвреживания осадков сточных вод производства нитроцеллюлозы состоит в том, что НЦ в нейтральной среде не подвергается химическому или биохимическому распаду и минерализации, а химическую обработку НЦ-осадков следует проводить в строго контролируемых условиях, чтобы избежать неуправляемого разложения нитроцеллюлозы с выбросом нитрозных газов.The invention relates to the technology of nitrocellulose (SC), in particular to methods for the safe processing of nitrocellulose precipitation of waste water from industrial production of SC. The problem of neutralizing sewage sludge from nitrocellulose production is that SC in a neutral environment does not undergo chemical or biochemical decomposition and mineralization, and the chemical treatment of SC sediment should be carried out under strictly controlled conditions in order to avoid uncontrolled decomposition of nitrocellulose with the release of nitrous gases.

Очистка резервуаров-шламонакопителей, являющихся сборниками нитроцеллюлозных осадков сточных вод, является одним из первоочередных мероприятий для обеспечения безопасности производства и предотвращения аварийных ситуаций на предприятиях специальной химии. Накопление НЦ-осадков в шламонакопителях приводит к ухудшению экологической и пожарной обстановки, а также к росту расходов, связанных с содержанием и эксплуатацией накопителей осадков. Потенциальная угроза содержимого накопителей осадков производства НЦ окружающей среде обусловлена тем, что они содержат неоднородную волокнистую массу смеси полуфабрикатов и отходов нитроцеллюлозы, а также азотнокислые эфиры многоатомных спиртов. Осадки нейтрализованных сточных вод производства НЦ, в зависимости от используемых технических решений для улова осадка из сточных вод и его хранения, содержат от 20% до 80% НЦ (на сухое), остальное составляет минеральная часть - карбонаты кальция и магния, песок, глина, оксиды алюминия и железа. Подсушенный нитроцеллюлозный шлам по степени огне- и взрывоопасности относится к классу 1.Cleaning sludge tanks, which are collections of nitrocellulose sewage sludge, is one of the priority measures to ensure production safety and prevent accidents at special chemical enterprises. The accumulation of SC-sediments in sludge collectors leads to a deterioration of the ecological and fire conditions, as well as to an increase in costs associated with the maintenance and operation of sediment accumulators. The potential threat to the contents of precipitation accumulators produced by SC in the environment is due to the fact that they contain a heterogeneous pulp of a mixture of semi-finished products and nitrocellulose waste, as well as nitric esters of polyhydric alcohols. Sewage sludge from neutralized wastewater produced by SC, depending on the technical solutions used to catch sludge from sewage and its storage, contains from 20% to 80% SC (dry), the rest is the mineral part - calcium and magnesium carbonates, sand, clay, oxides of aluminum and iron. Dried nitrocellulose sludge is classified as class 1 according to the degree of fire and explosion hazard.

В отличие от целлюлозы нитроцеллюлоза устойчива к воздействию микроорганизмов и неограниченно долго сохраняется почти неизменной в виде осадка в донной части прудков-шламонакопителей. В случае нитроцеллюлозы присутствие заместителей в целлюлозе, каковыми являются нитрогруппы, повышает конформационную жесткость макромолекул и уменьшает число доступных ферментному действию β-1,4-гликозидных связей (Brodman, B.W. Microbial attak of nitrocellulose / Brodman B.W., Devine M.P. // J. Appl. Polym. Sci. 1981. V. 26. №3. P. 997-1000). Промышленные марки нитроцеллюлоз (с содержанием азота более 10,5%) не могут служить источником питания микроорганизмов активного ила сооружений биологической очистки. Усвоение углерода макромолекул нитроцеллюлозы микроорганизмами начинается при содержании азота менее 7%.Unlike cellulose, nitrocellulose is resistant to microorganisms and remains unchanged for almost unchanged in the form of sediment in the bottom of sludge collector ponds. In the case of nitrocellulose, the presence of substituents in the cellulose, which are nitro groups, increases the conformational rigidity of the macromolecules and reduces the number of β-1,4-glycosidic bonds accessible to the enzymatic action (Brodman, BW Microbial attak of nitrocellulose / Brodman BW, Devine MP // J. Appl. Polym. Sci. 1981. V. 26. No. 3. P. 997-1000). Industrial brands of nitrocellulose (with a nitrogen content of more than 10.5%) cannot serve as a source of nutrition for microorganisms of activated sludge of biological treatment plants. The absorption of carbon of nitrocellulose macromolecules by microorganisms begins with a nitrogen content of less than 7%.

Поэтому для интенсификации очистки требуется соответствующая химическая обработка нитроцеллюлозных осадков производств специальной химии, способствующая завершению гидролиза нитроэфира и превращению его в доступный источник питания микроорганизмов.Therefore, to intensify the purification, appropriate chemical treatment of nitrocellulose precipitates of special chemical production is required, which contributes to the completion of the hydrolysis of nitroester and its transformation into an accessible source of nutrition for microorganisms.

Обращение с осадком шламонакопителей и его сжигание на открытой площадке небезопасно из-за риска неуправляемого горения, а также воздействия на здоровье людей, участвующих в этой операции.Sludge accumulator sludge handling and burning in an open area is unsafe due to the risk of uncontrolled combustion, as well as the health effects of the people involved in this operation.

Альтернативой сжиганию осадка нитроцеллюлозы на открытых площадках являются тепловые процессы (утилизация в печах, окисление солевым расплавом), термический гидролиз, окисление влажным воздухом, биоразрушение. Однако все эти процессы или дороги, или медленны и не прошли испытания в крупномасштабных операциях, что препятствует их применению в промышленности.An alternative to burning nitrocellulose sludge in open areas is thermal processes (utilization in furnaces, oxidation with salt melt), thermal hydrolysis, oxidation with moist air, and biodegradation. However, all these processes are either expensive or slow and have not been tested in large-scale operations, which impedes their use in industry.

Известен способ переработки отходов нитроцеллюлозы (патент США №5849984), согласно которому отходы нитроцеллюлозы при нагревании обрабатывают водным раствором соляной кислоты. В результате кислотного гидролиза макромолекулы нитроцеллюлозы разрушаются с образованием молекул глюкозы. Затем соляная кислота отделяется от глюкозы и используется для гидролиза повторно. Авторы данного изобретения предлагают использовать глюкозу в качестве самостоятельного продукта или превращать глюкозу в этанол путем ферментативной обработки. Недостаток данного технического решения связан с теплозатратами на подогрев смеси нитроцеллюлоза - соляная кислота и недостаточно высоким выходом (не более 85%) целевого продукта - глюкозы, что влечет за собой стадию очистки глюкозы от побочных продуктов и удорожает процесс. Кроме того, при использовании данного технического решения для переработки НЦ-осадка шламонакопителей предприятий специальной химии возникнут еще более трудно разрешимые задачи, связанные с нецелевым расходом соляной кислоты на ее взаимодействие с минеральной частью осадка и очисткой глюкозы от этих продуктов.A known method of processing waste nitrocellulose (US patent No. 5849984), according to which the waste nitrocellulose when heated is treated with an aqueous solution of hydrochloric acid. As a result of acid hydrolysis, the nitrocellulose macromolecules break down to form glucose molecules. Then hydrochloric acid is separated from glucose and used for hydrolysis again. The authors of this invention propose to use glucose as an independent product or to convert glucose to ethanol by enzymatic treatment. The disadvantage of this technical solution is associated with heat consumption for heating the mixture of nitrocellulose - hydrochloric acid and insufficiently high yield (not more than 85%) of the target product - glucose, which entails the stage of purification of glucose from by-products and makes the process more expensive. In addition, when using this technical solution for processing SC sediment of sludge collectors of special chemical enterprises, even more difficult problems will arise associated with the inappropriate consumption of hydrochloric acid for its interaction with the mineral part of the precipitate and the purification of glucose from these products.

Наиболее близким к предлагаемому способу переработки осадков сточных вод производства нитроцеллюлозы является способ по патенту США №3976466, в котором высокоазотная нитроцеллюлоза (то есть НЦ со степенью замещения, близкой к 3) полностью денитруется путем обработки водным раствором аммиака при молярном соотношении гидроксид аммония:нитроцеллюлоза в пределах от 4:1 до 26:1, концентрации гидроксида аммония в растворе в пределах от 5% до 30% при температуре смеси раствор гидроксид аммония - нитроцеллюлоза 70-75°C и времени обработки от 8 ч до 24 ч. В результате такой обработки получают водный раствор нитрата аммония и легко поддающихся биодеградации органических веществ. Нитрат аммония может быть отделен от этих веществ или же использоваться в смеси с этими веществами в виде пульпы и высушенной массы в качестве азотного удобрения. Биоразлагаемые органические материалы не препятствуют использованию нитрата аммония в качестве удобрения.Closest to the proposed method for the treatment of sewage sludge from the production of nitrocellulose is the method according to US patent No. 3976466, in which high-nitrogen nitrocellulose (i.e., NC with a degree of substitution close to 3) is completely denied by treatment with an aqueous solution of ammonia in a molar ratio of ammonium hydroxide: nitrocellulose in in the range from 4: 1 to 26: 1, the concentration of ammonium hydroxide in the solution in the range from 5% to 30% at a temperature of the mixture of ammonium hydroxide-nitrocellulose 70-75 ° C and the processing time from 8 hours to 24 hours. As a result of this treatment, an aqueous solution of ammonium nitrate and easily biodegradable organic substances is obtained. Ammonium nitrate can be separated from these substances or used in a mixture with these substances in the form of pulp and dried mass as a nitrogen fertilizer. Biodegradable organic materials do not interfere with the use of ammonium nitrate as a fertilizer.

Недостатки этого способа заключаются в следующем:The disadvantages of this method are as follows:

- для поддержания повышенной температуры обработки (70-75°C) смесь (раствор гидроксид аммония – нитроцеллюлоза) в течение всего времени обработки (от 8 ч до 24 ч) следует подогревать за счет подвода тепла к смеси, что подтверждается конкретными примерами воплощения способа, приведенными в его описании;- to maintain an elevated processing temperature (70-75 ° C), the mixture (ammonium hydroxide solution - nitrocellulose) should be heated during the entire treatment time (from 8 hours to 24 hours) by supplying heat to the mixture, which is confirmed by specific examples of the method embodiment, given in his description;

- в области используемых концентраций гидроксида аммония при повышенной температуре аммиак высоко летуч, поэтому реализация данного способа в промышленном масштабе потребует применения устройств для конденсации и улова паров аммиака и воды или же использования автоклава, что усложняет аппаратурное оформление процесса и требует дополнительных затрат энергии. Например, при температуре 40°C для водного раствора аммиака концентрацией 21% парциальное давление аммиака составляет 576 мм рт. ст. (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин. Краткий химический справочник. Л., Химия, 1978).- in the field of used concentrations of ammonium hydroxide at elevated temperature, ammonia is highly volatile, therefore, the implementation of this method on an industrial scale will require the use of devices for condensation and capture of ammonia and water vapor or the use of an autoclave, which complicates the hardware design of the process and requires additional energy costs. For example, at a temperature of 40 ° C for an aqueous solution of ammonia with a concentration of 21%, the partial pressure of ammonia is 576 mm Hg. Art. (V.A. Rabinovich, Z.Ya. Khavin. A brief chemical reference book. L., Chemistry, 1978).

Задачей изобретения является сокращение энергозатрат на обработку нитроцеллюлозного осадка, связанное с поддержанием повышенной температуры смеси раствор щелочного агента - нитроцеллюлоза, сокращение времени обработки и упрощение аппаратурного оформления процесса обработки.The objective of the invention is to reduce energy consumption for the treatment of nitrocellulose sludge associated with maintaining an elevated temperature of a mixture of an alkaline agent-nitrocellulose solution, reducing processing time and simplifying the hardware design of the processing process.

Поставленная задача решается тем, что водно-влажный нитроцеллюлозный осадок непрерывно загружают в близкий к насыщению водный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия с начальной температурой 10-95°C, причем раствор непрерывно перемешивается с интенсивностью достаточной для того, чтобы частицы осадка находились во взвешенном состоянии и равномерно распределялись в объеме жидкости, а скорость подачи осадка в щелочную суспензию соразмерна со скоростью растворения волокон нитроцеллюлозы в результате щелочного гидролиза таким образом, чтобы массовая доля частиц осадка в суспензии не превышала 5%.The problem is solved in that the aqueous-wet nitrocellulose precipitate is continuously loaded into an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide close to saturation with an initial temperature of 10-95 ° C, and the solution is continuously mixed with an intensity sufficient so that the sediment particles are in suspension and evenly distributed in the liquid volume, and the rate of sediment feeding into the alkaline suspension is proportional to the rate of dissolution of nitrocellulose fibers as a result of alkaline hydrolysis in this way so that the mass fraction of sediment particles in the suspension does not exceed 5%.

При введении нитроцеллюлозного осадка в раствор щелочи согласно предлагаемому способу имеется возможность равномерного распределения частиц НЦ по объему жидкости, исключающего локальные области перегрева материала и его неуправляемое термическое разложение; при этом суспензию частиц НЦ следует перемешивать с интенсивностью, обеспечивающей взвешенное состояние частиц НЦ в объеме жидкости.When introducing nitrocellulose precipitate into the alkali solution according to the proposed method, it is possible to uniformly distribute the NC particles over the liquid volume, excluding local areas of material overheating and its uncontrolled thermal decomposition; in this case, the suspension of the NC particles should be mixed with an intensity that ensures the suspended state of the NC particles in the liquid volume.

Водная влажность загружаемого в щелочной раствор нитроцеллюлозного осадка должна быть не менее 20%, так как при более низкой влажности обращение с нитроцеллюлозой опасно из-за высокой ее чувствительности к удару и трению (В.И. Гиндич. Технология пироксилиновых порохов. Т. 1. Производство нитратов целлюлоз и регенерация кислот. Казань, 1995).The water humidity of the nitrocellulose precipitate loaded into the alkaline solution should be at least 20%, since at lower humidity the handling of nitrocellulose is dangerous due to its high sensitivity to shock and friction (V.I. Gindich. Technology of pyroxylin powders. T. 1. Cellulose nitrate production and acid recovery (Kazan, 1995).

Введение водно-влажного нитроцеллюлозного осадка в концентрированный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия сопровождается выделением тепла и повышением температуры смеси за счет разбавления раствора водой, вносимой в смесь с осадком, и за счет химического разложения нитроцеллюлозы под действием щелочи. Реакция разложения НЦ протекает на границе раздела твердое вещество - жидкость, при этом по мере распада макромолекулы НЦ на более мелкие фрагменты поверхность раздела фаз и, соответственно, скорость реакций, скорость тепловыделения и разогрева смеси возрастают. Поэтому при слишком большой скорости загрузки НЦ-осадка в щелочную смесь после определенного «скрытого» периода взаимодействия химический распад НЦ может приобрести бурный, неуправляемый характер. В связи с этим скорость подачи НЦ-осадка в щелочную суспензию согласно предлагаемому способу должна быть соразмерна со скоростью исчезновения частиц осадка в результате щелочного гидролиза таким образом, чтобы массовая доля частиц осадка в суспензии не превышала 5,0%: при выполнении этого условия температура суспензии достигает 95°C (без подвода тепла от внешнего источника). С целью поддержания высокой температуры смеси из-за потерь тепла во внешнюю среду согласно предлагаемому способу концентрацию частиц НЦ в суспензии желательно поддерживать в пределах 4-5%. При этом устанавливается стационарный процесс, при котором количество вводимой в суспензию с осадком нитроцеллюлозы совпадает с количеством нитроцеллюлозы, растворяющейся в щелочном растворе. Указанием на завершение обработки по предлагаемому способу, что связано с израсходованием гидроксида натрия или гидроксида калия на реакцию разложения нитроцеллюлозы на нитрат натрия, нитрит натрия и низкомолекулярные органические вещества, является сохранение концентрации суспензии взвешенных частиц в реакционной смеси на постоянном уровне, близком к 5%, в течение достаточно длительного времени.The introduction of a water-wet nitrocellulose precipitate into a concentrated solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide is accompanied by heat generation and an increase in the temperature of the mixture due to the dilution of the solution with water introduced into the mixture with the precipitate and due to the chemical decomposition of nitrocellulose under the action of alkali. The decomposition reaction of nanocrystals proceeds at the solid – liquid interface; in this case, as the macromolecule decomposes into smaller fragments, the phase interface and, accordingly, the reaction rate, the rate of heat release and heating of the mixture increase. Therefore, at too high a rate of loading the NC sediment into the alkaline mixture after a certain “hidden” period of interaction, the chemical decomposition of the NC can become violent, uncontrollable. In this regard, the feed rate of the NC precipitate into the alkaline suspension according to the proposed method should be commensurate with the rate of disappearance of the precipitate particles as a result of alkaline hydrolysis so that the mass fraction of the precipitate particles in the suspension does not exceed 5.0%: when this condition is met, the suspension temperature reaches 95 ° C (without supply of heat from an external source). In order to maintain a high temperature of the mixture due to heat loss to the external environment according to the proposed method, it is desirable to maintain the concentration of SC particles in the suspension within 4-5%. In this case, a stationary process is established in which the amount of nitrocellulose introduced into the suspension with the precipitate coincides with the amount of nitrocellulose dissolved in the alkaline solution. An indication of the completion of the processing according to the proposed method, which is associated with the consumption of sodium hydroxide or potassium hydroxide in the decomposition of nitrocellulose into sodium nitrate, sodium nitrite and low molecular weight organic substances, is to keep the suspension concentration of suspended particles in the reaction mixture at a constant level close to 5%, for a fairly long time.

Для выполнения задачи предлагаемого изобретения начальная концентрация раствора щелочи, в который вводится НЦ-осадок, должна быть как можно более высокой (близкой к насыщению раствора), а влажность НЦ-шлама - минимальной (по условиям безопасного обращения с НЦ минимальная допустимая влажность НЦ-осадка составляет 20 мас.%); в этом случае скорость химического разложения и саморазогрев смеси НЦ - раствор щелочи будут максимальными, а получаемый в результате обработки раствор нитрата и нитрита натрия или калия и продуктов разложения НЦ будет максимально концентрированным, что важно с точки зрения затрат на его транспортирование потребителю.To accomplish the task of the invention, the initial concentration of the alkali solution into which the NC-precipitate is introduced should be as high as possible (close to the saturation of the solution), and the humidity of the NC-sludge should be minimal (under the conditions of safe handling of the NC, the minimum permissible humidity of the NC-precipitate makes up 20 wt.%); in this case, the rate of chemical decomposition and self-heating of the SC – alkali solution will be maximum, and the resulting solution of sodium nitrate and nitrite or potassium nitrate and the decomposition products of the SC will be as concentrated as possible, which is important from the point of view of transportation costs to the consumer.

Указанием на завершение обработки по предлагаемому способу, что связано с израсходованием гидроксида натрия или гидроксида калия на реакцию разложения нитроцеллюлозы на нитрат натрия, нитрит натрия и низкомолекулярные органические вещества, является прекращение уменьшения массовой доли НЦ в реакционной суспензии, которую можно контролировать стандартным датчиком концентрации взвешенных волокнистых частиц в суспензии или периодическим отбором проб из реакционной смеси.An indication of the completion of the processing according to the proposed method, which is associated with the consumption of sodium hydroxide or potassium hydroxide in the decomposition of nitrocellulose into sodium nitrate, sodium nitrite and low molecular weight organic substances, is to stop the decrease in the mass fraction of NC in the reaction suspension, which can be monitored by a standard concentration sensor for suspended fiber particles in suspension or by periodic sampling from the reaction mixture.

С целью полного использования щелочного агента в предлагаемом способе в реакционную смесь следует вводить небольшой избыток нитроцеллюлозы по сравнению со стехиометрическим отношением НЦ - NaOH (КОН), а по завершении процесса обработки следует прекратить перемешивание реакционной смеси и отделить полученную жидкость (раствор низкомолекулярных органических веществ, нитрата натрия и нитрита натрия) от непрореагировавшего НЦ-осадка декантацией или процеживанием через фильтросетку.In order to make full use of the alkaline agent in the proposed method, a small excess of nitrocellulose should be introduced into the reaction mixture as compared with the stoichiometric ratio NC - NaOH (KOH), and upon completion of the processing process, the mixing of the reaction mixture should be stopped and the resulting liquid should be separated (solution of low molecular weight organic substances, nitrate sodium and sodium nitrite) from unreacted SC-precipitate by decantation or filtering through a filter mesh.

Конкретные примеры переработки осадка сточных вод производства нитроцеллюлозы согласно предлагаемому способу приведены ниже.Specific examples of the processing of sewage sludge from the production of nitrocellulose according to the proposed method are given below.

Пример 1. В теплоизолированный цилиндрический сосуд объемом 4 л из нержавеющей стали, снабженный пропеллерной мешалкой (частота вращения 80 об/мин), микроволновым датчиком концентрации взвешенных волокнистых частиц и датчиком температуры, залили 1400 мл 42%-ного раствора NaOH (промышленно производимый едкий натр марки РР), имеющего температуру 20°C. Далее через воронку в реактор начали непрерывно загружать нитроцеллюлозный осадок, отобранный из производственного шламонакопителя, со следующими характеристиками:Example 1. In a thermally insulated cylindrical vessel with a volume of 4 l of stainless steel, equipped with a propeller stirrer (rotation speed 80 rpm), a microwave sensor for the concentration of suspended fiber particles and a temperature sensor was filled with 1400 ml of a 42% NaOH solution (industrially produced caustic soda brand PP) having a temperature of 20 ° C. Then, through a funnel, a nitrocellulose precipitate, taken from the production sludge collector, was continuously loaded into the reactor with the following characteristics:

внешний вид: коричневый волокнистый продукт с примесью пескаAppearance: brown fibrous product mixed with sand содержание азота в волокнеfiber nitrogen 190,2 мл NO/г190.2 ml NO / g растворимость волокна в комбинированном растворителеfiber solubility in a combined solvent 85%85% растворимость волокна в ацетонеfiber solubility in acetone 94%94% содержание посторонних включенийforeign matter content 5,4%5.4% водная влажность волокна, %water humidity of the fiber,% 36,5%36.5%

Скорость загрузки НЦ-осадка в смесь в реакторе была подобрана опытным путем таким образом, чтобы она не превышала скорости растворения НЦ в щелочном растворе; таким образом предотвращалось накопление НЦ в реакционной массе, что могло привести к ее неуправляемому бурному разложению. Периодические отборы проб реакционной смеси, проводившиеся в ходе всего процесса, а также непрерывный контроль этого показателя с помощью датчика концентрации взвешенных веществ показали, что максимальная концентрация волокнистого продукта в смеси в реакторе (поз. 1) в течение 30 минут с момента начала загрузки не превышала 4-5 мас.%. В течение 20 минут с момента начала загрузки НЦ-осадка в реактор с раствором щелочи в результате тепловых эффектов разбавления концентрированной щелочи водой, вводимой в суспензию с осадком, и реакций химического распада НЦ происходил «саморазогрев» реакционной массы в реакторе, что сопровождалось повышением ее температуры до 95°С, которая далее поддерживалась в интервале 90-95°С благодаря теплоизоляции реактора и указанным выше тепловым эффектам. Общее количество загруженного в реактор водно-влажного НЦ-осадка составило 2516 г, или 2516*(100-36,5)/100=1598 г в пересчете на абсолютно сухой осадок; время загрузки осадка составило 35 минут. По завершении загрузки НЦ-осадка в реактор содержание взвешенных частиц в реакционной суспензии составляло 4,6 мас.%, после чего продолжили перемешивание смеси в реакторе при 90°С; в результате чего после 15 мин обработки содержание волокнистого материала в смеси понизилось до 4,2 мас.% и далее перестало изменяться. Таким образом, суммарное время загрузки и обработки НЦ-осадка по предлагаемому способу составило 50 минут.The loading rate of the NC precipitate into the mixture in the reactor was experimentally selected so that it did not exceed the rate of dissolution of the NC in an alkaline solution; thus, the accumulation of SC in the reaction mass was prevented, which could lead to its uncontrolled rapid decomposition. Periodic sampling of the reaction mixture, carried out during the entire process, as well as continuous monitoring of this indicator using a suspended solids concentration sensor, showed that the maximum concentration of fibrous product in the mixture in the reactor (item 1) within 30 minutes from the start of loading did not exceed 4-5 wt.%. Within 20 minutes from the start of loading the NC sediment into the reactor with the alkali solution, as a result of the thermal effects of diluting the concentrated alkali with water introduced into the suspension with the precipitate and the chemical decomposition reactions of the NC, the reaction mixture “self-heated” in the reactor, which was accompanied by an increase in its temperature to 95 ° C, which was further maintained in the range of 90-95 ° C due to the thermal insulation of the reactor and the above thermal effects. The total amount of water-wet SC sediment loaded into the reactor was 2516 g, or 2516 * (100-36.5) / 100 = 1598 g in terms of absolutely dry precipitate; sediment loading time was 35 minutes. Upon completion of loading the NC sediment into the reactor, the content of suspended particles in the reaction suspension was 4.6 wt.%, After which the mixture was further stirred in the reactor at 90 ° C; as a result, after 15 minutes of treatment, the content of fibrous material in the mixture decreased to 4.2 wt.% and then stopped changing. Thus, the total time of loading and processing of the SC-precipitate by the proposed method was 50 minutes.

Полученная в реакторе смесь представляла собой темную непрозрачную подвижную жидкость с волокнистыми частицами и посторонними включениями в виде песка. Жидкость отделили от осадка декантацией, осадок промыли большим количеством воды. Далее волокнистый материал отделили от песка декантацией и осторожно высушили при 105°С до постоянной массы. Масса абсолютно сухого волокнистого материала составила 190 г, содержание азота в нем 170,5 мл NO/г. Следовательно, волокнистый материал в составе полученной смеси представляет собой непрореагировавшую (из-за недостатка NaOH) нитроцеллюлозу, остальные компоненты смеси находятся в ней в растворенном виде.The mixture obtained in the reactor was a dark opaque mobile fluid with fibrous particles and foreign particles in the form of sand. The liquid was separated from the precipitate by decantation, the precipitate was washed with plenty of water. Next, the fibrous material was separated from the sand by decantation and carefully dried at 105 ° C to constant weight. The mass of absolutely dry fibrous material was 190 g, the nitrogen content in it was 170.5 ml NO / g. Consequently, the fibrous material in the composition of the mixture is unreacted (due to a lack of NaOH) nitrocellulose, the remaining components of the mixture are in it in dissolved form.

Степень переработки нитроцеллюлозы в составе НЦ-осадка, определяемая как отношение разности масс взятой для переработки НЦ и непрореагировавшей НЦ к массе взятой для переработки НЦ составила [1598*(1-0,054)-190]/[1598*(1-0,054)]=0,87.The degree of nitrocellulose processing in the composition of the NC precipitate, defined as the ratio of the mass difference of the NC taken for processing and the unreacted NC to the mass of the SC taken for processing, was [1598 * (1-0,054) -190] / [1598 * (1-0,054)] = 0.87.

Отделенная от непрореагировавшей нитроцеллюлозы и песка темная непрозрачная подвижная жидкость представляла собой раствор низкомолекулярных органических веществ, нитрата натрия и нитрита натрия общей концентрации 45 мас.%. (плотность 1,152 г/см³, динамическая вязкость 2,34 мПа⋅с). Величина вязкости данной жидкости служит подтверждением, что она представляла собой раствор низкомолекулярных веществ. Остаточное содержание NaOH в жидкости составляло 0,2 г/л.Separated from unreacted nitrocellulose and sand, the dark opaque mobile liquid was a solution of low molecular weight organic substances, sodium nitrate and sodium nitrite with a total concentration of 45 wt.%. (density 1.152 g / cm ³ , dynamic viscosity 2.34 mPa⋅s). The viscosity of this fluid confirms that it was a solution of low molecular weight substances. The residual NaOH in the liquid was 0.2 g / L.

Параметры других примеров предлагаемого способа переработки осадков сточных вод производства нитроцеллюлозы, которые осуществляли аналогично примеру 1, приведены в таблице.The parameters of other examples of the proposed method for the treatment of sewage sludge from the production of nitrocellulose, which was carried out analogously to example 1, are shown in the table.

Из примеров 1, 2, 5 предлагаемого изобретения можно сделать вывод, что предлагаемый способ по сравнению с рассмотренными выше техническими решениями позволяет:From examples 1, 2, 5 of the present invention, we can conclude that the proposed method in comparison with the above technical solutions allows you to:

- существенно сократить энергозатраты на обработку нитроцеллюлозного осадка, так как не требует внешнего источника тепла для нагрева реакционной смеси;- significantly reduce energy costs for the processing of nitrocellulose sludge, since it does not require an external heat source to heat the reaction mixture;

- существенно сократить время обработки нитроцеллюлозного осадка;- significantly reduce the processing time of nitrocellulose sludge;

- упростить аппаратурное оформление процесса обработки нитроцеллюлозного осадка, так как используются нелетучие щелочные агенты;- to simplify the hardware design of the processing of nitrocellulose sludge, since non-volatile alkaline agents are used;

- исключить нецелевые потери агента на его взаимодействие с минеральной частью нитроцеллюлозного осадка.- to exclude inappropriate losses of the agent on its interaction with the mineral part of nitrocellulose sludge.

Claims (1)

Способ переработки осадка сточных вод производства нитроцеллюлозы путем обработки осадка раствором щелочного агента при повышенной температуре, отличающийся тем, что водно-влажный нитроцеллюлозный осадок непрерывно загружают в близкий к насыщению водный раствор гидроксида натрия или гидроксида калия с начальной температурой 10-95°C, причем раствор непрерывно перемешивается с интенсивностью достаточной, чтобы частицы осадка находились во взвешенном состоянии и равномерно распределялись в объеме жидкости, а скорость подачи осадка в щелочную суспензию поддерживают такой, чтобы массовая доля частиц осадка в суспензии не превышала 5%.A method of processing a sewage sludge of nitrocellulose production by treating the sludge with an alkaline agent solution at elevated temperature, characterized in that the aqueous-wet nitrocellulose sludge is continuously loaded into an aqueous solution of sodium hydroxide or potassium hydroxide near saturation with an initial temperature of 10-95 ° C, the solution being continuously mixed with an intensity sufficient so that the sediment particles are in suspension and evenly distributed in the volume of liquid, and the feed rate of the sediment in the lacquered suspension is maintained such that the mass fraction of sediment particles in the suspension does not exceed 5%.