INTENSIFICATION OF THE DIFFUSION STAGE OF CELLULOSE NITRATION
Authors: Алимов А.Р. , Петров В.А. , Мадякин В.Ф. , Лившиц А.Б. 
Published: December 2022

Повышение эффективности технологии и качества нитратов целлюлозы является актуальной задачей в настоящее время. Одним из направлений повышения эффективности является интенсификация отдельных стадий технологического процесса с помощью различных физических и физико-химических воздействий. В данной работе представлены результаты исследования интенсификации диффузионной стадии нитрования целлюлозы термо-вакуум-импульсным методом. Для синтеза нитратов целлюлозы (НЦ) использовали хлопковую целлюлозу марки 35 (ГОСТ 595-79) и штатную нитрующую кислотную смесь (НКС), применяемую для получения низкоазотных НЦ следующего состава HNO3-23,60%; H2O-16,81%; H2SO4 -59,59%. Увеличение скорости диффузии нитрующих кислотных смесей вглубь целлюлозного волокна осуществляли за счет использования активированной термо-вакуум-импульсным воздействием целлюлозы, предварительного вакуумирования капиллярно-пористого пространства целлюлозы и импульсной (за счет градиента давления ∆P = 99,325 кПа) подачи нитрующей кислотной смеси в реакционную зону. В работе представлена экспериментальная установка вакуум-импульсного нитрования целлюлозы и принцип ее действия. На основе гидродинамической модели определены оптимальные глубина вакуумирования и высота слоя целлюлозы при проведении процесса. Приведено сравнение кинетических кривых, полученных при вакуум-импульсном и штатном способах нитрования целлюлозы. Показано, что время, за которое содержание азота в НЦ достигает 190,0 млNO/г при вакуум-импульсном способе в 5 раз меньше, чем при штатном. Кроме того, экспериментально получена зависимость содержания азота в нитрате целлюлозы от температуры нитрующей кислотной смеси при исследуемом способе. Также в статье представлен анализ полученных образцов нитратов целлюлозы по основным физико-химическим характеристикам: содержание азота, растворимость, относительной вязкость раствора, химическая стойкость. Полученные характеристики образцов НЦ соответствуют ГОСТу на лаковые коллоксилины, что дает основание продолжить исследования в данном направлении.

Improving the efficiency of technology and the quality of cellulose nitrates is an urgent task at the present time. One of the ways to improve efficiency is the intensification of individual stages of the technological process with the help of various physical and physico-chemical effects. This paper presents the results of a study of the intensification of the diffusion stage of cellulose nitration by the thermal-vacuum-pulse method. For the synthesis of cellulose nitrates (NC), we used cotton cellulose grade 35 (GOST 595-79) and a standard nitrating acid mixture (NAM) used to obtain low-nitrogen NC of the following composition HNO3-23,60%; H2O-16,81%; H2SO4 -59,59%. The increase in the rate of diffusion of nitrating acid mixtures deep into the cellulose fiber was carried out by using cellulose activated by thermal-vacuum-pulse action, preliminary evacuation of the capillary-porous media of cellulose, and pulsed (due to a pressure gradient ∆P = 99.325 kPa) input of a nitrating acid mixture into the reaction zone. The paper presents an experimental set for vacuum-pulse nitration of cellulose and the principle of its operation. Based on the hydrodynamic model, the optimal evacuation depth and the height of the cellulose layer during the process were determined. A comparison is made of the kinetic curves obtained with the vacuum-pulse and standard methods of cellulose nitration. It is shown that the time during which the nitrogen content in the NC reaches 190.0 mlNO/g with the vacuum-pulse method is 5 times less than with the standard one. In addition, the dependence of the nitrogen content in cellulose nitrate on the temperature of the nitrating acid mixture was experimentally obtained for the method under study. The article also presents an analysis of the obtained samples of cellulose nitrates according to the main physical and chemical characteristics: nitrogen content, solubility, relative viscosity of the solution, chemical resistance. The obtained characteristics of NC samples correspond to GOST for lacquer colloxylins, which gives reason to continue research in this direction.