CH628648A5 - Procede de nitration en continu de la cellulose et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procede. - Google Patents
Procede de nitration en continu de la cellulose et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procede. Download PDFInfo
- Publication number
- CH628648A5 CH628648A5 CH236778A CH236778A CH628648A5 CH 628648 A5 CH628648 A5 CH 628648A5 CH 236778 A CH236778 A CH 236778A CH 236778 A CH236778 A CH 236778A CH 628648 A5 CH628648 A5 CH 628648A5
- Authority
- CH
- Switzerland
- Prior art keywords
- loop
- nitration
- slurry
- circulation
- injection
- Prior art date
Links
- 238000006396 nitration reaction Methods 0.000 title claims description 103
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims description 36
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 title claims description 31
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 title claims description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 23
- 230000008569 process Effects 0.000 title claims description 11
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 75
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 56
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 56
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 20
- 238000013019 agitation Methods 0.000 claims description 16
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 claims description 16
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 14
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 claims description 12
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims description 9
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 8
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 27
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 13
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N Diethyl ether Chemical compound CCOCC RTZKZFJDLAIYFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 4
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N nitrous oxide Inorganic materials [O-][N+]#N GQPLMRYTRLFLPF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 3
- 229920003043 Cellulose fiber Polymers 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010923 batch production Methods 0.000 description 1
- 238000011437 continuous method Methods 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000010908 decantation Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- -1 on the one hand Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000021395 porridge Nutrition 0.000 description 1
- 230000000135 prohibitive effect Effects 0.000 description 1
- 230000036632 reaction speed Effects 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1812—Tubular reactors
- B01J19/1837—Loop-type reactors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/18—Stationary reactors having moving elements inside
- B01J19/1812—Tubular reactors
- B01J19/1818—Tubular reactors in series
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J8/00—Chemical or physical processes in general, conducted in the presence of fluids and solid particles; Apparatus for such processes
- B01J8/0015—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor
- B01J8/002—Feeding of the particles in the reactor; Evacuation of the particles out of the reactor with a moving instrument
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B17/00—Apparatus for esterification or etherification of cellulose
- C08B17/04—Apparatus for esterification or etherification of cellulose for making cellulose nitrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
- C08B5/00—Preparation of cellulose esters of inorganic acids, e.g. phosphates
- C08B5/02—Cellulose nitrate, i.e. nitrocellulose
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/00049—Controlling or regulating processes
- B01J2219/00164—Controlling or regulating processes controlling the flow
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Polysaccharides And Polysaccharide Derivatives (AREA)
- Paper (AREA)
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
Description
La présente invention a pour objet un nouveau procédé de nitration en continu applicable notamment à la fabrication de la nitrocellulose, ainsi qu'une installation pour la mise en œuvre d'un tel procédé.
La nitration de la cellulose par un bain de nitration constitué par un mélange d'acide nitrique, d'acide sulfurique et d'eau est une réaction équilibrée, exothermique, relativement lente, principalement à cause de son caractère topochimique: la vitesse de la réaction de nitration est en fait limitée par la vitesse de diffusion de l'acide nitrique, d'une part, et de l'eau, d'autre part, au travers des fibres de cellulose. Une nitration homogène et de caractéristiques serrées nécessite donc:
— une dispersion réduite des temps de séjour dans le réacteur de nitration,
— une forte agitation (favorable également à une bonne vitesse de réaction),
— des pertes de vapeurs acides très réduites, la réaction étant sensible à d'infimes variations de composition de bain,
— une bonne régulation de température: une température trop basse ralentit la réaction et influe un peu sur l'état final, une température trop haute accentue les pertes de vapeurs acides,
— un travail sous légère pression qui permet l'obtention de taux d'azote plus élevés.
Les procédés connus de nitration de la cellulose comprennent des procédés en discontinu et des procédés en continu.
Selon les procédés en discontinu, la cellulose et le bain de nitration sont introduits par charges dans des mélangeurs et maintenus sous agitation lç temps nécessaire à la réaction. En théorie, on est maître de tous les paramètres indiqués ci-dessus, sauf de la température, la surface d'échange thermique desdits mélangeurs étant relativement réduite.
Dans la pratique, les appareils discontinus fonctionnent en fait:
— à la pression atmosphérique,
— sous agitation moyenne,
— pratiquement à l'air libre, d'où pertes importantes de vapeurs acides.
Seul le temps de séjour parfaitement déterminé est un élément favorable.
Les procédés continus sont mis en œuvre soit dans des réacteurs à vis, soit dans des réacteurs montés en cascades, soit dans des réacteurs tubulaires.
Dans les réacteurs à vis, la bouillie de cellulose et de bain de nitration est mue par une vis, dont le régime de rotation fixe le temps de réaction.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
3
628 648
Dans ces réacteurs, comme en discontinu, le temps de séjour est bien déterminé. Par contre, l'agitation est difficile à réaliser avec efficacité, et il est pratiquement impossible d'envisager un travail sous pression. Les pertes de vapeurs et la température sont difficiles à maîtriser. Dans les réacteurs en cascades, la bouillie en cours de nitration est agitée dans des mélangeurs et circule de l'un à l'autre par débordement. La dispersion du temps de séjour diminue à mesure qu'on augmente le nombre des réacteurs. En théorie, on peut concevoir une installation de ce type répondant aux conditions énoncées ci-dessus. En pratique, il n'en est rien, et ces appareils ne sont pas meilleurs que les réacteurs à vis.
Par ailleurs, la régulation de température pose toujours un problème du fait de la faible surface d'échange.
Dans les réacteurs tubulaires, la matière en cours de nitration circule dans un serpentin, d'un bout à l'autre de celui-ci. Toutefois, un tel réacteur ne peut offrir qu'une seule possibilité de débit et de temps de séjour.
La présente invention permet de remédier aux inconvénients des procédés classiques de nitration de la cellulose, mis en évidence ci-dessus, grâce à un nouveau procédé de nitration en continu, dit en boucles de la cellulose par un bain de nitration contenant un mélange d'acide nitrique, d'acide sulfurique et d'eau.
Selon ce nouveau procédé, on injecte en continu sous pression, de préférence à l'aide d'une pompe d'injection, une bouillie composée d'un mélange en quantités dosées de cellulose et de bain de nitration, dans un réacteur de nitration constitué par une boucle fermée de tuyauterie; on fait circuler la bouillie en circuit fermé dans cette boucle, à l'abri de l'air, à l'aide d'une pompe de circulation montée sur cette boucle, à un débit de circulation notablement supérieur au débit d'injection de cette bouillie dans cette boucle, de façon à assurer une agitation intense de la bouillie dans la boucle; on soutire en continu la bouillie de cette boucle à un débit égal au débit d'injection, et on récupère la nitrocellulose ainsi obtenue.
Selon une variante de ce procédé, après injection et circulation de la bouillie dans le réacteur de nitration en boucle, on transfère la bouillie dans au moins un réacteur secondaire de nitration, également constitué par une boucle fermée de tuyauterie, à un débit de transfert égal au débit d'injection, et on fait circuler la bouillie transférée, en circuit fermé, dans cette boucle secondaire, à l'aide d'une pompe de circulation montée sur cette boucle secondaire, à un débit de circulation supérieur au débit d'injection, de façon à assurer une agitation intense de la bouillie avant de la soutirer.
De préférence, la bouillie est transférée successivement dans plusieurs réacteurs secondaires raccordés entre eux et au réacteur primaire, deux par deux, en cascade ou en série.
Ainsi, la pompe d'injection assure l'alimentation sous pression de la bouillie dans la boucle primaire de nitration et également le transfert de cette bouillie de cette boucle primaire successivement dans les boucles secondaires de nitration, de boucle en boucle, grâce à la surpression engendrée par ladite pompe d'injection, et détermine donc le temps de séjour de la bouillie dans l'installation de nitration.
Cette pompe d'injection doit vaincre:
— d'une part, les pertes de charge dans les conduites d'injection et dans les conduites de transfert entre les boucles de nitration, et
— d'autre part, la somme des hauteurs manométriques réalisées par les pompes de circulation.
Le point de fonctionnement de la pompe d'injection se trouve à l'intersection de la courbe de la caractéristique de cette pompe et de la courbe représentant la hauteur manométrique totale à fournir par la pompe d'injection, en fonction du débit d'injection. On doit donc choisir une pompe fournissant un petit débit sous la plus grande hauteur manométrique possible, et également trouver un moyen pour faire varier ce débit en vue de modifier la durée de séjour de la bouillie dans l'installation.
Les pompes volumétriques qui donnent un débit réglable sous une hauteur manométrique pratiquement indéterminée répondent à ces critères de choix. Toutefois, avec ce type de pompe, de faibles variations de débit correspondent à de fortes variations de la pression d'injection, ce qui pourrait constituer un risque sérieux d'explosion dans le cas de la fabrication de la nitrocellulose, lors d'un bouchage accidentel de l'installation.
Les pompes centrifuges ont été choisies pour des raisons de sécurité, car, pour ce type de pompe, pour une faible variation de la hauteur manométrique, le débit varie fortement, ce qui supprime les risques d'explosion dans le cas d'un bouchage accidentel.
Pour faire varier le débit d'injection en vue de modifier la durée de séjour dans l'installation, on peut prévoir un variateur de vitesse à l'entraînement de la pompe centrifuge.
Par ailleurs, dans chaque boucle de nitration, la bouillie circule à une vitesse notablement plus grande devant la vitesse d'injection, l'accélération étant assurée par la pompe de circulation qui réalise une agitation vive.
Les pompes de circulation permettent ainsi de maintenir le nombre de Reynolds dans les boucles de nitration à une valeur suffisante, même aux plus faibles débits d'injection.
Les pompes de circulation doivent donc:
— d'une part, communiquer à la bouillie une vitesse de circulation dans les boucles la plus grande possible par rapport à la vitesse d'injection, et
— d'autre part, vaincre les pertes de charge dans les boucles.
On doit donc choisir une pompe de circulation fournissant un grand débit sous une petite hauteur manométrique.
Les pompes centrifuges peuvent convenir à cet effet. Le fait de munir ces pompes de circulation d'un variateur de vitesse permet d'éliminer les risques de bouchage de l'installation dans le cas où le débit d'injection devient trop faible.
Suivant l'implantation, on peut choisir pour chaque boucle de nitration plusieurs dispositions possibles, les boucles pouvant aider ou contrarier la pompe d'injection, ou au contraire être transparentes, selon que les conduites d'injection et de soutirage de la bouillie encadrent la pompe de circulation de chaque boucle de nitration ou, au contraire, qu'elles sont extrêmement voisines et n'encadrent pas ladite pompe de circulation.
On sélectionne l'une ou l'autre disposition selon que l'on désire monter l'atelier en hauteur (dans le cas où la surface disponible au sol est limitée) ou que l'on désire monter l'atelier de plain-pied (dans le cas où la surface disponible au sol est illimitée).
En ce qui concerne les paramètres de fonctionnement, et plus particulièrement la durée de réaction de nitration, le taux d'azote nominal des nitrocelluloses est atteint après 7 min de séjour de la bouillie dans l'installation pour une nitrocellulose à taux d'azote moyen, et elle est de 8 min pour une nitrocellulose à taux d'azote élevé.
En ce qui concerne la température de réaction, son influence est faible sur le taux d'azote final; par contre, la température de réaction a un effet important sur la vitesse de nitration. Une température de réaction inférieure ou égale à 43° C donne de bons résultats.
En ce qui concerne la concentration, il n'est pas possible de véhiculer la bouillie à n'importe quelle concentration, l'augmentation de concentration conduisant à des bouchages de l'installation. On a choisi selon l'invention une concentration de 30 g/1, ce qui correspond à un rapport de nitration de 50 à 60.
Les avantages de la nitration en boucles sont nombreux:
— Il s'agit d'un procédé continu, plus rapide que les procédés de nitration classiques.
■— Il n'existe pas d'interface atmosphère/bain de nitration et, par suite, on évite l'émission de vapeurs nitreuses, d'où une nitration plus efficace et une consommation de bain moindre.
— La mise en circulation de la bouillie à grande vitesse dans les boucles permet de réaliser une bonne agitation, et l'utilisation de boucles permet de réduire la longueur de l'installation (les écarts de temps de séjour introduits devenant très faibles à partir de quatre à cinq boucles).
Le procédé selon l'invention devrait conduire à une installation assurant davantage de sécurité.
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
628648
4
L'installation est assez simple et les frais d'exploitation inférieurs à ceux des installations existantes.
Les essais décrits ci-après ont montré que l'on peut fabriquer sans difficulté des nitrocelluloses de types classiques à taux d'azote moyen ou à taux d'azote élevé.
Néanmoins, le procédé peut être étendu à tous les types de nitrocelluloses; la seule restriction à l'utilisation du procédé est la concentration des bouillies véhiculées. D'une manière générale, une telle concentration ne doit pas dépasser 50 g/1. En outre, il existe également des limites inférieures pour le diamètre de la tuyauterie èt pour la vitesse de transfert de la bouillie: on ne peut guère descendre au-dessous de 0,7 m/s pour la vitesse d'injection et de transfert et au-dessous de 80 mm pour le diamètre. Par conséquent, le débit d'injection sera de l'ordre de 30 m3/h au minimum; le débit de circulation étant le plus grand possible (120 m3/h par exemple) afin d'améliorer l'agitation. En pratique, il n'est pas possible d'atteindre un régime turbulent rugueux.
La nitration en boucles permet effectivement d'obtenir des taux d'azote plus précis et plus élevés, le point le plus spectaculaire étant la réduction de la consommation d'acide nitrique qui se trouve divisée par 1,2 dans le cas des nitrocelluloses à moyen taux d'azote.
Par ailleurs, la durée de nitration est beaucoup moins élevée que dans une nitration à la pression atmosphérique; elle diminue de moitié (10 min contre 20 min dans les systèmes classiques).
La présente invention a également pour objet une installation pour la mise en œuvre du procédé de nitration décrit précédemment.
Une telle installation comporte selon l'invention:
a) un imprégnateur équipé d'un agitateur, d'une arrivée de bain de nitration et d'une arrivée de cellulose pour réaliser le mélange de la cellulose avec le bain de nitration en quantités dosées pour former la bouillie;
b) un dispositif de nitration comprenant:
— un réacteur primaire de nitration constitué par une boucle fermée de tuyauterie,
— une pompe d'injection pour alimenter sous pression la bouillie provenant de l'imprégnateur dans la boucle,
— une pompe de circulation montée sur cette boucle, à débit supérieur à celui de la pompe d'injection, pour assurer la mise en circulation et l'agitation intense de la bouillie dans la boucle, et un dispositif de réception du produit nitré, disposé à la sortie de la conduite de soutirage de la bouillie prévue sur la dernière boucle de nitration.
L'installation peut comprendre éventuellement un ou plusieurs réacteurs secondaires de nitration constitués chacun par une boucle fermée de tuyauterie et raccordés entre eux et au réacteur primaire, deux par deux, en cascade ou en série, par des conduites de transfert, une pompe de circulation, à débit notablement supérieur à celui de la pompe à injection, étant montée sur chaque boucle secondaire pour assurer la mise en circulation et l'agitation intense de la bouillie dans cette boucle, le transfert de la bouillie de boucle en boucle étant assuré grâce à la surpression engendrée par la pompe d'injection.
On décrit l'invention dans ce qui suit en référence aux dessins ci-joints sur lesquels:
— la fig. 1 est une vue schématique d'une installation de nitration en boucle selon l'invention, comprenant une seule boucle de nitration;
— la fig. 2 est une variante de la fig. 1 représentant une installation comportant plusieurs boucles de nitration.
L'installation pour la nitration en continu de la cellulose selon l'invention, telle que représentée à la fig. 1 du dessin, comporte un imprégnateur 1, équipé d'un agitateur 2 et alimenté en bain de nitration par une conduite plongeante 3 et en cellulose par une bande transporteuse 4, et dans lequel la cellulose et le bain de nitration, approvisionnés en quantités dosées, sont mélangés pour former une bouillie; une pompe de distribution 5, qui est avantageusement une pompe centrifuge munie d'un variateur de vitesse, assure le transfert de la bouillie ainsi préparée, via les conduites 6 et 7, dans un réacteur de nitration ayant la forme particulière d'une boucle fermée de tuyauterie 8; sur cette boucle, et légèrement en aval du point de raccordement avec la conduite 7, est montée une pompe de circulation 9 constituée avantageusement par une pompe centrifuge également munie d'un variateur de vitesse; le soutirage de la bouillie de la boucle 8, après nitration complète, se fait par la conduite de soutirage 10, en un point situé en amont du point de raccordement de la conduite 7 ; la bouillie soutirée est envoyée dans un bac colleteur 11.
Ce montage, dans lequel l'injection et le soutirage de la bouillie se trouvent du même côté de la pompe de circulation, est dit à boucle transparente, à léger effet pompe. Ce type de boucle permet de monter l'installation de plain-pied et de réaliser une économie de puissance à l'injection.
En fonctionnement, la nitrocellulose et la bain de nitration sont mélangés dans l'imprégnateur 1 et la bouillie ainsi préparée est injectée sous pression dans la boucle de nitration 8, au moyen delà pompe de distribution 5.
Dans cette boucle, la bouillie circule dans le sens de la flèche f à une vitesse nettement plus grande que la vitesse de distribution (de la pompe 5), grâce à l'action de la pompe de circulation 9 dont le débit est choisi notablement supérieur à celui de la pompe de distribution 5, de sorte que la pompe de circulation réalise une agitation intense de la bouillie.
Le soutirage de la cellulose nitrée de cette boucle (ou le transfert de la bouillie de boucle en boucle dans le cas d'une installation à plusieurs boucles de nitration) est assuré par la pompe de distribution 5, grâce à la surpression qu'elle engendre, à un débit de soutirage (ou de transfert) égal au débit d'injection de la bouillie dans ladite boucle par la même pompe. Le débit de cette pompe de distribution détermine donc le temps de séjour de la bouillie dans la boucle de nitration.
La cellulose nitrée soutirée est déversée dans le bac collecteur 11 et peut être recueillie dans une essoreuse continue (non représentée).
Selon la variante représentée à la fig. 2, l'installation comporte 4 boucles de nitration 8a, 8b, 8c et 8d, réparties en hauteur, et raccordées deux à deux par des conduites de raccordement 10a, 10b, 10c, la conduite lOd servant au soutirage de la cellulose nitrée de la dernière boucle.
Chaque boucle de nitration est équipée d'une pompe de circulation 9a, 9b, 9c, 9d, du type pompe centrifuge munie d'un variateur de vitesse, de débit notablement supérieur à celui de la pompe de distribution 5. Comme montré sur le dessin, la conduite d'injection 7 raccorde la pompe de distribution 5 à la première boucle de nitration 8a en un point de cette boucle situé légèrement en aval de la pompe de circulation 9a, tandis que la conduite de raccordement 10a réunit la première boucle 8a (en un point situé en amont de la pompe de circulation 9a, les conduites 7 et 10a encadrant ainsi ladite pompe 9a) à la deuxième boucle 8b (en un point situé légèrement en aval de la pompe de circulation 9c) et ainsi de suite; la conduite de soutirage lOd évacue la cellulose nitrée de la dernière boucle de nitration 8d dans une essoreuse continue 12.
Le montage ainsi décrit dans lequel l'injection et le soutirage de la bouillie encadrent la pompe de circulation est du type à boucles à effet frein. Ce type de boucles permet de monter l'installation en hauteur, dans le cas où la surface au sol disponible est limitée.
En fonctionnement, la bouillie de cellulose et de bain de nitration préparée dans l'imprégnateur 1 est injectée sous pression par la pompe de distribution 5 dans la première boucle de nitration 8a.
Dans cette boucle, la bouillie est véhiculée dans le sens des flèches, à une vitesse grande par rapport à la vitesse de distribution, sous l'action de la pompe de circulation 9a, laquelle assure une agitation intense de la bouillie.
La pompe de distribution 5, grâce à la surpression qu'elle engendre, assure le transfert de la bouillie de la première boucle 8a à la deuxième boucle 8b, via la conduite de raccordement 10a, à un débit égal au débit d'injection, et ainsi de suite, la pompe de circulation assurant l'agitation intense de la bouillie dans chaque boucle de nitration, tandis que la pompe de distribution assure le transfert de ladite bouillie de boucle en .boucle.
s io
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
5
628648
Finalement, la cellulose nitrée est évacuée de la dernière boucle 8d et recueillie dans l'essoreuse continue 12.
Les conditions choisies pour la nitration de la cellulose dans les installations ci-dessus décrites sont les suivantes:
— diamètre des conduites (constituant les boucles de nitration et s les conduites de connexion des boucles): supérieur ou égal à 80 mm;
— nombre de Reynolds: environ 50000;
— nombre de boucles: au moins une boucle et, de préférence, 4 à 5 boucles (on réduit la dispersion des temps de séjour en augmentant le nombre de boucles, les écarts de temps de séjour devenant très io faibles à partir de 4 ou 5 boucles; de plus, la nitration est complète au bout de 4 ou 5 boucles; au-dessus de ce chiffre, on n'obtient aucune amélioration du résultat);
— débit de la pompe de distribution: 18 à 35 m3/h;
— débit de la pompe de circulation: le plus grand possible, par 15 exemple 120 m3/h environ;
— rapport débit de circulation/débit d'injection: 3,4 à 6,7;
— vitesse de circulation de la bouillie: 4,2 m/s environ;
— vitesse de transfert de la bouillie: 0,63 à 1,23 m/s;
— surpression engendrée par la pompe d'injection: 1,5 à 3 bars; 20
— durée de séjour de la bouillie dans l'installation: 6 à 12 min;
— température de nitration: inférieure ou égale à 43° C;
— concentration de la bouillie: jusqu'à 30 g de cellulose par litre de bain de nitration (correspondant à un rapport de nitration de 50
à 60). 25
Exemple 1:
Une installation de nitration telle que représentée à la fig. 2,
prévue pour la production de 251 de nitrocellulose par jour, répond aux caractéristiques suivantes: 30
— 4 boucles de nitration constituées par des conduites de diamètre 10 mm, de longueur totale 80 m, reliées par des conduites de diamètre 100 mm, de longueur totale 30 m;
— nombre de Reynolds: 50000;
— 4 pompes de circulation: débit de 120 m3/h; 35
— montage des 4 boucles sur 4 étages (de façon à compenser les 35 m de hauteur manométrique totale des pompes de circulation par 10 m de hauteur géométrique);
— pompe de distribution (placée au 4e étage): débit d'injection
20 m3/h (pour les 25 m de hauteur de refoulement, compte tenu de ce 40 qui précède et des pertes de charge dans les tuyauteries de connexion);
— surpression engendrée par la pompe de distribution: 1,8 bar (entre l'admission et le refoulement de chaque pompe de circulation);
— rapport débit de circulation/débit d'injection: 6; 45
— vitesse de circulation de la bouillie dans les boucles: 4,2 m/s;
— vitesse de transfert de la bouillie de boucle en boucle: 0,7 m/s. La bouillie est préparée à partir de la cellulose et d'un bain de nitration courant ayant la composition suivante:
Parties en poids 50
H2S04 60,64
HNO3 22,24
H20 16,05
NO, 1,07 55
à une concentration de 30 g de cellulose par litre de bain de nitration.
La température de nitration est de 30° C. Un taux d'azote de 12,5% est atteint au bout d'un temps de séjour de la bouillie dans l'installation de nitration de 7 min seulement.
Dans ces conditions, on obtient une nitrocellulose ayant les 60 caractéristiques suivantes:
— taux d'azote: 12,5%
— stabilité à 134,5°: 30 min
— viscosité: 83 cPo (solution à 2% dans l'acétate d'éthyle)
— Taliani: 103 min «
— solubilité dans l'éther à 56% : 99%
— solubilité dans l'alcool à 95% : 2,14%
— insolubles dans l'acétone: 0,36%
— alcalinité: 0,14%
— finesse: 100 cm3 (volume occupé par 10 g de nitrocellulose après 2 h de décantation dans 250 cm3 d'eau)
Exemple 2:
En procédant dans l'installation de nitration décrite à l'exemple 1, et en utilisant les mêmes conditions opératoires, mais avec une bouillie à une concentration de 30 g de cellulose par litre d'un bain de nitration courant, répondant à la composition suivante:
h2so4
HNO3
h2o no2
Parties en poids
66,13 22,83 10,38 0,656
un taux d'azote de 13,5% est atteint au bout d'un temps de séjour de la bouillie dans l'installation de 8 min seulement. On obtient une nitrocellulose ayant les caractéristiques suivantes:
— taux d'azote: 13,5%
— stabilité à 134,5°: 30 min
— viscosité: 195 cPo (solution à 4% dans l'acétate d'éthyle)
— Taliani: 77,5 min
— solubilité dans l'éther à 56%: 9%
— solubilité dans l'alcool à 95% : 3,6%
— insolubles dans l'acétone: 0,3%
— alcalinité (au C03Ca) < 0,2%
— finesse: 100 cm3
A titre de comparaison, dans le cas d'un réacteur tubulaire classique de nitration, si l'on veut entretenir dans un tel réacteur le même régime hydraulique que celui des boucles de nitration selon l'invention (c'est-à-dire la même intensité d'agitation de la bouillie, ou le même nombre de Reynolds) pour un débit de 120 m3/h (égal au débit de circulation dans les boucles selon l'invention), il faudra utiliser un réacteur tubulaire ayant une longueur de tube prohibitive de 2100 m, pour un diamètre de tube de 100 mm.
Par contre, si l'on veut conserver dans ce réacteur tubulaire classique un débit de 20 m3/h (égal au débit d'injection ou de transfert de la bouillie de boucle en boucle selon l'invention), il faudra quand même utiliser 380 m de tube de diamètre 100 mm pour n'atteindre qu'un nombre de Reynolds de 8000, valeur très inférieure au nombre de Reynolds de 50000 atteint dans les boucles de nitration selon l'invention; dans ce cas, l'agitation étant trop faible, les fibres de cellulose seraient mal nitrées et la dispersion des temps de séjour serait importante.
Exemple 3:
Une installation de nitration telle que représentée à la fig. 1 répond aux caractéristiques suivantes:
—• 1 boucle de nitration constituée par une conduite de diamètre 80 mm, de longueur totale 60 m, reliée en amont et en aval par des conduites de diamètre 80 mm, de longueur totale 10 m;
—■ nombre de Reynolds: 50000;
— 1 pompe de circulation: débit 120 m3/h;
— 1 pompe d'injection: débit 20 m3/h;
— surpression engendrée par la pompe d'injection: 1,5 à 2 bars;
— rapport débit de circulation/débit d'injection: 6;
— vitesse de circulation de la bouillie dans la boucle: 6 m/s;
— vitesse d'injection de la bouillie: 1 m/s.
La bouillie est préparée à partir de la cellulose et d'un bain de nitration ayant la composition suivante:
h2so4
HNO3
h2o no2
Parties en poids
60,30 22,78 16,04 0,88
à une concentration de 20 g de cellulose par litre de bain de nitration.
628 648
6
La température de nitration est de 32° C. Un taux d'azote de 12,49% est atteint au bout d'un temps de séjour de la bouillie de 6 min dans l'installation.
Dans ces conditions, on obtient une nitrocellulose ayant les caractéristiques suivantes:
— taux d'azote: 12,49%
— stabilité à 134,5°: > 30 min
— viscosité: 83 cPO (solution à 2% dans l'acétate d'éthyle)
— Taliani: 104 min
— soluble dans l'éther à 56% : > 99%
— soluble dans l'alcool à 95%: 2%
5 — alcalinité (au C03Ca): 0,2%
— insolubles dans l'acétone: 0,36%
— finesse: 100 cm3
R
1 feuille dessins
Claims (13)
1. Procédé de nitration en continu de la cellulose par un bain de nitration contenant un mélange d'acide nitrique, d'acide sulfurique et d'eau, caractérisé en ce que:
— on injecte en continu, sous pression, une bouillie composée d'un mélange en quantités dosées de cellulose et de bain de nitration, dans un réacteur de nitration constitué par une boucle fermée de tuyauterie,
— on fait circuler la bouillie en circuit fermé dans cette boucle, à l'abri de l'air, à l'aide d'une pompe de circulation montée sur cette boucle, à un débit de circulation supérieur au débit d'injection de cette bouillie dans cette boucle, de façon à assurer une agitation intense de la bouillie dans la boucle, et
— on soutire en continu la bouillie de cette boucle à un débit égal au débit d'injection, et on récupère la nitrocellulose ainsi obtenue.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, après injection et circulation de la bouillie dans le réacteur de nitration en boucle, on transfère la bouillie dans au moins un réacteur secondaire de nitration, également constitué par une boucle fermée de tuyauterie à un débit de transfert égal au débit d'injection, et qu'on fait circuler la bouillie transférée, en circuit fermé, dans cette boucle secondaire, à l'aide d'une pompe de circulation montée sur cette boucle secondaire, à un débit de circulation supérieur au débit d'injection, de façon à assurer une agitation intense de la bouillie avant de la soutirer.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'on transfère en continu la bouillie successivement dans plusieurs réacteurs secondaires, qui sont raccordés entre eux et au réacteur primaire, deux par deux, en cascade ou en série.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chaque boucle de nitration, le point d'injection ou de transfert et le point de soutirage de la bouillie encadrent la pompe de circulation.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, pour chaque boucle de nitration, le point d'injection ou de transfert et le point de soutirage de la bouillie sont voisins et n'encadrent pas la pompe de circulation.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que, pour un nombre de Reynolds choisi de 50000 environ, le diamètre interne de la boucle de tuyauterie est choisi supérieur ou égal à 80 mm, le débit de circulation de la bouillie dans la boucle de tuyauterie est de 120 m3/h environ, le rapport entre le débit de circulation et le débit d'injection de la bouillie est de 3,4 à 6,7, la surpression engendrée par la pompe d'injection entre l'admission et le refoulement de chaque pompe de circulation est de 1,5 à 3 bars.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la durée totale de séjour de la bouillie dans les boucles de nitration est de 6 à 12 min.
8. Procédé selon l'une des revendications 1,2,3 ou 6, caractérisé en ce que la température de nitration est inférieure ou égale à 43° C.
9. Procédé selon l'une des revendications 1,2,3 ou 6, caractérisé en ce que la concentration de la bouillie est égale ou inférieure à 50 g de cellulose par litre de bain de nitration.
10. Installation pour la mise en œuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte:
a) un imprégnateur équipé d'un agitateur, d'une arrivée de bain de nitration et d'une arrivée de cellulose pour réaliser le mélange de la cellulose avec le bain de nitration en quantités dosées pour former une bouillie,
b) un dispositif de nitration comprenant:
— un réacteur primaire de nitration constitué par une boucle fermée de tuyauterie,
— une pompe d'injection pour alimenter sous pression la bouillie provenant de l'imprégnateur dans la boucle,
— une pompe de circulation montée sur cette boucle, à débit supérieur à celui de la pompe d'injection, pour assurer la mise en circulation et l'agitation intense de la bouillie dans la boucle, et c) un dispositif de réception du produit nitré, disposé à la sortie de la conduite de soutirage de la bouillie prévue sur la dernière boucle de nitration.
11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que le dispositif de nitration comprend un ou plusieurs réacteurs secondaires de nitration constitués chacun par une boucle fermée de tuyauterie et raccordés entre eux et au réacteur primaire, deux par deux, en cascade ou en série, par des conduites de transfert, une pompe de circulation ayant un débit supérieur à celui de la pompe d'injection étant montée sur chaque boucle secondaire pour assurer la mise en circulation et l'agitation intense de la bouillie dans cette boucle, le transfert de la bouillie de boucle en boucle étant assuré grâce à la surpression engendrée par la pompe d'injection.
12. Installation selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisée en ce que la pompe d'injection et la ou les pompes de circulation sont des pompes centrifuges, de préférence munies de variateurs de vitesse.
13. Installation selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisée en ce que le nombre des boucles de nitration ne dépasse pas 5.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR7709540A FR2385739A1 (fr) | 1977-03-30 | 1977-03-30 | Nouveau procede de nitration en continu de la cellulose et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procede |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CH628648A5 true CH628648A5 (fr) | 1982-03-15 |
Family
ID=9188771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CH236778A CH628648A5 (fr) | 1977-03-30 | 1978-03-06 | Procede de nitration en continu de la cellulose et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procede. |
Country Status (13)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4206302A (fr) |
| JP (1) | JPS5844083B2 (fr) |
| BE (1) | BE865522A (fr) |
| CA (1) | CA1105010A (fr) |
| CH (1) | CH628648A5 (fr) |
| DE (1) | DE2813730C2 (fr) |
| ES (1) | ES468081A1 (fr) |
| FR (1) | FR2385739A1 (fr) |
| GB (1) | GB1558751A (fr) |
| IN (1) | IN148695B (fr) |
| IT (1) | IT1111622B (fr) |
| MX (1) | MX147896A (fr) |
| SE (1) | SE429553B (fr) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4401809A (en) * | 1982-04-05 | 1983-08-30 | Fair David F | Nitrocellulose purification |
| JPS6043331A (ja) * | 1983-08-18 | 1985-03-07 | 高口 猛春 | 除鱗機 |
| EP0642555A4 (en) * | 1992-05-29 | 1995-04-19 | Daniel A. Truax | Foamed asphalt with modifiers: method and apparatus. |
| US6451268B1 (en) * | 1999-04-16 | 2002-09-17 | Minerals Technologies Inc. | Method and apparatus for continuous gas liquid reactions |
| EP3401410B1 (fr) | 2010-06-26 | 2020-12-30 | Virdia, Inc. | Méthodes de production de mélanges de sucres |
| IL206678A0 (en) | 2010-06-28 | 2010-12-30 | Hcl Cleantech Ltd | A method for the production of fermentable sugars |
| IL207329A0 (en) | 2010-08-01 | 2010-12-30 | Robert Jansen | A method for refining a recycle extractant and for processing a lignocellulosic material and for the production of a carbohydrate composition |
| IL207945A0 (en) | 2010-09-02 | 2010-12-30 | Robert Jansen | Method for the production of carbohydrates |
| WO2012137201A1 (fr) | 2011-04-07 | 2012-10-11 | Hcl Cleantech Ltd. | Procédés et produits de conversion de lignocellulose |
| CN112939879B (zh) * | 2021-02-05 | 2023-05-05 | 内蒙古世杰化工有限公司 | 一种甲磺草胺连续硝化系统 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1729628A (en) * | 1926-10-09 | 1929-10-01 | Brown Co | Process of conditioning cellulosic material for preparation of cellulose derivatives and product of same |
| US2332527A (en) * | 1939-05-27 | 1943-10-26 | Frederic M Pyzel | Apparatus for carrying out chemical reactions |
| US2238444A (en) * | 1939-06-20 | 1941-04-15 | Hercules Powder Co Ltd | Nitration of cellulose |
| US2678310A (en) * | 1951-11-03 | 1954-05-11 | Hercules Powder Co Ltd | Cellulose nitration |
| NL209511A (fr) * | 1955-08-04 | |||
| US2927845A (en) * | 1956-05-15 | 1960-03-08 | Hercules Powder Co Ltd | Apparatus for manufacture of nitrocellulose |
| US3035033A (en) * | 1957-12-12 | 1962-05-15 | Dow Chemical Co | Molding grade copolymers and process for preparing the same |
| BE591527A (fr) * | 1959-06-10 | |||
| US3203766A (en) * | 1961-07-06 | 1965-08-31 | Phillips Petroleum Co | Apparatus for the recovery of solids from pressure vessels |
| US3293000A (en) * | 1962-10-05 | 1966-12-20 | Phillips Petroleum Co | Withdrawal of solids from a flowing stream comprising a slurry of same |
| FR1566612A (fr) * | 1968-03-25 | 1969-05-09 |
-
1977
- 1977-03-30 FR FR7709540A patent/FR2385739A1/fr active Granted
-
1978
- 1978-03-06 IN IN168/DEL/78A patent/IN148695B/en unknown
- 1978-03-06 CH CH236778A patent/CH628648A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1978-03-10 US US05/885,271 patent/US4206302A/en not_active Expired - Lifetime
- 1978-03-17 GB GB10753/78A patent/GB1558751A/en not_active Expired
- 1978-03-21 ES ES468081A patent/ES468081A1/es not_active Expired
- 1978-03-28 CA CA299,822A patent/CA1105010A/fr not_active Expired
- 1978-03-29 IT IT67698/78A patent/IT1111622B/it active
- 1978-03-29 SE SE7803543A patent/SE429553B/sv not_active IP Right Cessation
- 1978-03-30 MX MX172928A patent/MX147896A/es unknown
- 1978-03-30 BE BE186433A patent/BE865522A/fr not_active IP Right Cessation
- 1978-03-30 DE DE2813730A patent/DE2813730C2/de not_active Expired
- 1978-03-30 JP JP53036172A patent/JPS5844083B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB1558751A (en) | 1980-01-09 |
| IN148695B (fr) | 1981-05-16 |
| JPS53121888A (en) | 1978-10-24 |
| BE865522A (fr) | 1978-10-02 |
| DE2813730C2 (de) | 1983-06-01 |
| MX147896A (es) | 1983-01-31 |
| DE2813730A1 (de) | 1978-10-19 |
| FR2385739A1 (fr) | 1978-10-27 |
| IT1111622B (it) | 1986-01-13 |
| IT7867698A0 (it) | 1978-03-29 |
| ES468081A1 (es) | 1978-12-16 |
| SE7803543L (sv) | 1978-10-01 |
| CA1105010A (fr) | 1981-07-14 |
| US4206302A (en) | 1980-06-03 |
| JPS5844083B2 (ja) | 1983-09-30 |
| FR2385739B1 (fr) | 1981-01-16 |
| SE429553B (sv) | 1983-09-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CH628648A5 (fr) | Procede de nitration en continu de la cellulose et installation pour la mise en oeuvre d'un tel procede. | |
| CA1070866A (fr) | Procede pour le compactage et l'essorage des boues fluides chargees de matieres fibreuses | |
| EP0454808B1 (fr) | Reacteur pour traiter une liqueur de cacao et ses derives | |
| CH445856A (fr) | Procédé et appareil pour la production des polycarboxylamides linéaires | |
| WO1988006848A1 (fr) | Procede et dispositif de traitement de chair animale, notamment de poisson, en vue de sa decoloration et de sa desodorisation | |
| WO1991010164A1 (fr) | Procede de desaeration d'une composition aqueuse et dispositif de mise en ×uvre du procede | |
| EP1235635A1 (fr) | Procede de filtration membranaire de liquides et dispositif de mise en oeuvre dudit procede | |
| BE1005617A3 (fr) | Procede et installation de traitement d'une matiere grasse, en particulier alimentaire. | |
| FR2633273A1 (fr) | Procede de preparation de tetraflurorure d'uranium | |
| EP0202999B1 (fr) | Procédé et installation de préparation de dextrose cristallisé anhydre | |
| FR2547597A1 (fr) | Procede et appareil pour le traitement continu de metal en fusion | |
| FR2533573A1 (fr) | Procede et appareillage pour la production de copolymeres de composes styreniques et de composes alcenylnitriles | |
| EP0128078B1 (fr) | Procédé et installation pour la production en continu de cristaux de sucre à partir de jus sucrés | |
| EP0121522B1 (fr) | Procede et dispositif de cristallisation en continu d'une masse cuite | |
| EP0295180A2 (fr) | Procédé de blanchiment ou de délignification d'une pâte cellulosique par l'oxygène, et installation pour sa mise en oeuvre | |
| CH382130A (fr) | Procédé et appareil pour la fabrication continue de nitrocellulose | |
| FR2537621A1 (fr) | Procede utilisable dans la digestion continue d'une matiere finement divisee contenant de la cellulose | |
| EP0370869A1 (fr) | Perfectionnements à l'extraction par diffusion du sucre de betteraves | |
| FR2555201A1 (fr) | Procede et installation de production de dextrose cristallise monohydrate | |
| FR2581995A1 (fr) | Procede et installation de cristallisation de gluconodeltalactone | |
| BE435131A (fr) | ||
| FR2522586A1 (fr) | Filtre-presse a vis a etages multiples pour extraire et filtrer les matieres solubles contenues dans les matieres vegetales | |
| FR2493100A1 (fr) | Installation pour la production de beurre | |
| FR2734569A1 (fr) | Procede d'extraction et de production de polymeres hydrocolloides a partir de matiere vegetale ou animale | |
| CH409904A (fr) | Procédé pour préparer de manière continue des composés nitrés aromatiques et appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |