1.本發(fā)明具體涉及一種火炸藥配方的新型疊氮化含能材料

––

硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法及分離裝置。屬于化工分離應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

2.硝基疊氮化合物，如1,5

?

二疊氮基

?3?

硝基

?3?

氮雜戊烷(dianp)、2

?

疊氮乙基丁硝胺(buaene)、3

?

疊氮

?

1,3

?

二硝基氮雜環(huán)丁烷(azdnaz)、3

?

硝基

?5?

疊氮基

?3?

氮雜戊醇硝酸酯(pnan)等，是一類極具應(yīng)用前景的新型液體疊氮化反應(yīng)產(chǎn)物，具有高能、高燃速、低燃溫、燃氣相對分子質(zhì)量小、產(chǎn)氣量大等優(yōu)點，可用于火炸藥配方、推進劑的研制等。該類化合物的合成工藝，通常包括疊氮化、萃取、洗滌、脫色、過濾以及真空蒸餾等，其中萃取和洗滌(包括水洗和堿洗)主要用于去除硝基疊氮化合物反應(yīng)液中的溶劑以及副產(chǎn)物鈉鹽等。目前，這兩道工序還是依靠傳統(tǒng)的釜式攪拌，再靜置完成分離，存在分離效率低、靜止時間長(4h)等問題，極大影響了后處理單元，導(dǎo)致該類化合物的制備自動化程度低、流程周期長、廢水量大、直接成本高，限制了制造水平的提高，難以滿足武器裝備發(fā)展需要。

3.離心萃取技術(shù)是借助離心力場實現(xiàn)液

?

液兩相的接觸傳質(zhì)和相分離的，具有結(jié)構(gòu)緊湊、處理能力大、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、功耗低、清洗維護方便等特點。在環(huán)隙式離心萃取機中，混合

?

傳質(zhì)在固定外筒和高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒之間的環(huán)隙中完成，萃取相和萃余相的分層在高速旋轉(zhuǎn)內(nèi)筒中完成并通過控制堰系統(tǒng)實現(xiàn)分離，混合

?

傳質(zhì)和分離

?

澄清兩個過程在一臺設(shè)備中實現(xiàn)。自離心萃取機問世以來，發(fā)展迅速，許多國家已經(jīng)將其廣泛應(yīng)用于制藥、冶金、廢水處理、石油化工和核燃料后處理等領(lǐng)域，而在疊氮化反應(yīng)合成硝基疊氮化合物相關(guān)的含能材料化工領(lǐng)域的開發(fā)尚屬空白，亟待研究。

4.中國發(fā)明專利cn103120863b公開了一種液液萃取混合澄清槽、萃取方法及用途，通過在澄清室內(nèi)導(dǎo)流管上方/下方設(shè)置樑形體，減少澄清室內(nèi)有機相的儲液量，提供較大的輕重兩相沉降面積，以延長澄清分相時間，對于易乳化體系或粘度較大的體系，澄清分離效果顯著；發(fā)明專利cn107937734b提出了一種基于混合澄清槽的從含鋰堿性鹵水中提取鋰的工藝，利用全新的萃取體系，首次確定了基于混合澄清槽的萃?。礈欤摧停偕娜鞒坦に?，確定了該萃取體系所適配的每一工段的級數(shù)、流比以及各試劑濃度等工藝參數(shù)；實用新型cn205269118u涉及一種用于液液非均相分離的萃取塔，通過復(fù)合式塔盤將脈沖填料塔和篩板塔的優(yōu)勢結(jié)合，實現(xiàn)了輕相和重相的雙分散，大大提高的萃取分離塔板效率，大大降低了塔高，從而減低的設(shè)備投資和土建成本；發(fā)明專利cn103111089b公開了一種用于高粘性物料的萃取塔、萃取方法及用途，通過萃取塔內(nèi)旋轉(zhuǎn)的篩網(wǎng)塔盤對高粘性物料進行剪切，有利于高粘性重相物料的分散，與連續(xù)的輕相充分傳質(zhì)，單位時間內(nèi)物料處理能力大，操作效率高。通過總結(jié)上述專利可發(fā)現(xiàn)，與萃取塔、混合澄清槽等傳統(tǒng)萃取設(shè)備相比，離心萃取技術(shù)在容積效率、存留量、傳質(zhì)效率、停留時間等方面均占據(jù)明顯優(yōu)勢：在三種設(shè)備中，離心萃取機的容積效率最大，一般可達到混合澄清槽的30～50倍；在設(shè)備存流量方面，

由于離心萃取機分相能力強，當相同產(chǎn)量需求下，離心萃取機遠小于混合澄清槽和萃取塔；傳質(zhì)效率方面，離心萃取機的級效率非常高，一般可以達到99％以上，而萃取塔中易產(chǎn)生軸向返混，從而導(dǎo)致傳質(zhì)效率較低；從停留時間來看，離心萃取機在三種萃取設(shè)備中為最短，一般可以控制在幾秒到幾十秒。因此，將離心萃取技術(shù)應(yīng)用于硝基疊氮化合物制備工藝過程中的萃取和洗滌，不但可以將原有的間歇萃取操作轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)化過程，同時，可以大大提高分離效率，對于裝置先進性的提升具有重要的意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明提供了一種新穎的硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法及分離裝置，從而解決了現(xiàn)有生產(chǎn)過程中存在的部分問題。

6.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：(1)原生產(chǎn)工藝中疊氮化反應(yīng)后萃取、洗滌過程中存在間歇操作、傳質(zhì)效率低、靜置時間長等問題，嚴重影響硝基疊氮化合物的制備質(zhì)量和生產(chǎn)效率，同時因多相長時間混合后引發(fā)含能材料的不安定性，導(dǎo)致生產(chǎn)裝置帶來安全隱患；(2)作為該分離方法的核心設(shè)備，采用通用型離心萃取機進行萃取分離，由于大部分非均相體系中待萃液(連續(xù)相)與萃取劑(分散相)的兩相密度差較小，粒徑分布不均勻，受原有轉(zhuǎn)鼓設(shè)計結(jié)構(gòu)的周向剪切力影響較小，導(dǎo)致待萃液與萃取劑在環(huán)隙區(qū)域混合后乳化嚴重，影響轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的分離效率。

7.一方面，本發(fā)明提供了一種硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法，該方法包括以下步驟：

8.(1)對硝基疊氮化合物疊氮化化反應(yīng)后除鹽單元的反應(yīng)溶液進行收集，得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液；

9.(2)對來自步驟(1)的混合溶液進行四級離心萃取，在第三級離心萃取機輕相入口通過蠕動泵注入新鮮水，其中二氯甲烷與新鮮水的萃取流比為1:1～3:1，總注水量保持不變；第三級和第二級離心萃取機輕相出口流出的分離廢水均返回上一級離心萃取系統(tǒng)，形成逆流串聯(lián)循環(huán)洗滌過程，第四級離心萃取加入堿液進行堿洗分離，具體步驟如下：

10.(a)對來自步驟(1)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液進行第一級離心萃取，以下一級萃取后分離廢水作為萃取劑進行萃取分離，其中不溶于水的硝基疊氮化合物、二氯甲烷混合溶液從重相出口進入下一級離心萃取設(shè)備，易溶于水的反應(yīng)溶劑形成一級廢水從輕相出口排出至廢水收集罐收集；

11.(b)對來自步驟(a)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、部分反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液進行第二級離心萃取，以下一級萃取后分離廢水作為萃取劑進一步去除少量反應(yīng)溶劑，其中僅含有少量鈉鹽的硝基疊氮化合物和二氯甲烷混合溶液從重相出口繼續(xù)進入下一級離心萃取設(shè)備，此處二級廢水則從輕相出口逆流進入上一級離心萃取循環(huán)利用；

12.(c)對來自步驟(b)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷和少量鈉鹽的混合溶液進行第三級離心萃取，以新鮮水作為萃取劑進一步去除少量鈉鹽，其中已分離純凈的硝基疊氮化合物和二氯甲烷混合溶液從重相出口繼續(xù)進入下一級離心萃取設(shè)備，此處三級廢水從輕相出口逆流進入上一級離心萃取循環(huán)利用；以及

13.(d)將來自步驟(c)中含有硝基疊氮化合物和二氯甲烷的混合溶液進行第四級離心萃取，為保證整個有機溶液呈弱堿性進入下游，此處加入堿液進行堿洗分離，其中重相混

合溶液進入產(chǎn)品收集罐待送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，以獲取硝基疊氮化合物合格產(chǎn)品，廢堿液則從輕相出口排出至廢堿收集罐收集。

14.步驟(a)、步驟(b)中所述進入離心萃取機中的混合溶液與下一級循環(huán)返回萃取劑的流量比為2:1～4:1，壓降為0.1～0.3mpa，流速為0.5～1.5m/s。

15.步驟(d)所述進入離心萃取機中的混合溶液與堿液的流量比為2:1～4:1，壓降為0.1～0.3mpa，流速為0.5～1.5m/s，堿液為naoh溶液，濃度為0.5～5％。

16.離心萃取分離方法中，所述的硝基疊氮化合物為選自1,5

?

二疊氮基

?3?

硝基

?3?

氮雜戊烷(dianp)、2

?

疊氮乙基丁硝胺(buaene)、3

?

疊氮

?

1,3

?

二硝基氮雜環(huán)丁烷(azdnaz)、3

?

硝基

?5?

疊氮基

?3?

氮雜戊醇硝酸酯(pnan)中的一種；所述的反應(yīng)溶劑為選自二甲基亞砜和二甲基甲酰胺中的一種。

17.另一方面，本發(fā)明提供了一種硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離裝置，該裝置包括：

18.硝基疊氮化合物反應(yīng)液進料罐，用于匯集上游除鹽單元的反應(yīng)溶液并靜置，作為整個萃取分離裝置混合溶液的進料口；

19.與硝基疊氮化合物反應(yīng)液進料罐連接的第一離心萃取機，通過蠕動泵進料對來自進料罐的混合溶液進行離心萃取，以下一級萃取后分離廢水萃取其中的反應(yīng)溶劑，重相出口得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、部分反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液，輕相出口連接廢水收集罐回收廢水；

20.與第一離心萃取機連接的第二離心萃取機，用于對來自第一離心萃取機重相出口的混合溶液進一步萃取，以下一級萃取后分離廢水萃取剩余的少量反應(yīng)溶劑，重相出口得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、少量鈉鹽的混合溶液，輕相出口連接第一離心萃取機的輕相入口，將分離廢水返回上一級離心萃取循環(huán)利用；

21.與第二離心萃取機連接的第三離心萃取機，用于對來自第二離心萃取機重相出口的混合溶液進行連續(xù)水洗除雜，以蠕動泵注入的新鮮水萃取其中的少量鈉鹽，重相出口得到含有純凈的硝基疊氮化合物、二氯甲烷的混合溶液，輕相出口連接第二離心萃取機的輕相入口，將分離廢水返回上一級離心萃取循環(huán)利用；以及

22.與第三離心萃取機連接的第四離心萃取機，用于將來自第二離心萃取機重相出口的混合溶液進一步弱堿化處理，加入堿液進行堿洗分離，重相出口連接產(chǎn)品收集罐收集硝基疊氮化合物與二氯甲烷產(chǎn)品溶液，待送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，輕相出口連接廢堿收集罐回收廢堿液。

23.所述的離心萃取分離裝置，其特征在于，整個離心萃取分離系統(tǒng)均采用dcs遠程控制，實現(xiàn)人機隔離操作。所述的第二離心萃取機和第四離心萃取機可根據(jù)不同硝基疊氮化合物反應(yīng)機理產(chǎn)生的待萃組分濃度需要進行增減，實現(xiàn)整個萃取分離裝置為三級或多級。

24.所述的離心萃取分離裝置中四級離心萃取機均采用立式結(jié)構(gòu)，根據(jù)水力學(xué)參數(shù)對通用型離心萃取機改造而成，主要由機架24、外殼16、轉(zhuǎn)鼓組件、傳動系統(tǒng)1

?2?

3構(gòu)成，傳動系統(tǒng)1

?2?

3包括電機1、蓋板2和聯(lián)軸器3，轉(zhuǎn)鼓組件主要包括轉(zhuǎn)鼓體11、堰板壓蓋7和主軸6，其特征在于，由外殼16內(nèi)壁和轉(zhuǎn)鼓外壁13形成的環(huán)隙區(qū)設(shè)有混合的擋板組合12，其中擋板組合12分2～4層，每層為4～8塊，嵌于外殼16內(nèi)壁或轉(zhuǎn)鼓外壁13；轉(zhuǎn)鼓體11腔內(nèi)設(shè)有s型或c型分離徑向隔板，徑向隔板均布固定于主軸6上，數(shù)量為4～6片；在主軸6下部靠近轉(zhuǎn)鼓進口

處，設(shè)有擋流板15嵌于主軸6與徑向隔板之間；底部法蘭23設(shè)有排污導(dǎo)淋。

25.本發(fā)明的有益效果主要在于：

26.(1)方法簡單易行，裝置高效節(jié)能，首次應(yīng)用于硝基疊氮化合物制備工藝中的萃取和洗滌過程，離心萃取機單級級效率達到95％以上，其中輕重相出口的夾帶量＜1％；萃取

?

洗滌總處理時間≤2h，與原工藝相比，升級后的離心萃取分離工藝通過三級逆流串聯(lián)設(shè)計節(jié)約新鮮水注入量20～40％。

27.(2)保護環(huán)境，廢水的循環(huán)利用過程不產(chǎn)生其它污染物，過程結(jié)束后無廢水、廢渣外排再處理；硝基疊氮化合物萃取分離后廢水中的反應(yīng)溶劑及有機鈉鹽通過結(jié)晶回收，可產(chǎn)生經(jīng)濟效益。

28.(3)較通用型離心萃取機設(shè)計，優(yōu)化改進了環(huán)隙區(qū)和轉(zhuǎn)鼓內(nèi)腔的內(nèi)部構(gòu)件，通過改變環(huán)隙區(qū)域內(nèi)的液滴粒徑范圍，解決該體系下待萃液與萃取劑在環(huán)隙區(qū)域混合后乳化嚴重，影響轉(zhuǎn)鼓內(nèi)分離效率等問題；利用s型或c型曲面分離隔板低扭矩、澄清區(qū)徑向壓降小、滯液率低的特點，實現(xiàn)快速破乳、高效分離，減少混合液在設(shè)備內(nèi)的停留時間。

附圖說明

29.根據(jù)附圖進行的如下詳細說明，本發(fā)明的目的和特征將變得更加明顯。附圖是用以提供對本發(fā)明的進一步理解的，它只是構(gòu)成本說明書的一部分以進一步解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制：

30.圖1是本發(fā)明離心萃取分離方法的工藝流程簡圖。

31.圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法綜合應(yīng)用的工藝流程圖。

32.其中，c

?

101：疊氮硝胺反應(yīng)液進料罐、c

?

102：新鮮水罐、c

?

103：廢水收集罐、c

?

104：堿液罐、c

?

105：廢堿收集罐、c

?

106：產(chǎn)品收集罐、d

?

101a：第一離心萃取機、d

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101b：第二離心萃取機、d

?

101c：第三離心萃取機、d

?

101d：第四離心萃取機、p

?

101：進料蠕動泵、p

?

102：新鮮水蠕動泵、p

?

103：堿液蠕動泵。

33.圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例自主設(shè)計的離心萃取機設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。

34.其中，1：防爆型三相異步電機、2：蓋板、3：聯(lián)軸器、4：電機安裝座、5：上蓋、6：主軸、7：堰板壓蓋、8：重相堰板、9：重相出口、10：輕相出口、11：轉(zhuǎn)鼓體、12：擋板組合、13：轉(zhuǎn)鼓外壁、14：轉(zhuǎn)子組件、15：擋流板、16：外殼、17：重相出口管、18：輕相出口管、19：輕相進口管、20：重相進口管、21：筒身、22：底板、23：底部法蘭、24、機架。

35.圖4(a)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例自主設(shè)計的離心萃取機外殼內(nèi)壁混合擋板內(nèi)件三維示意圖，圖4(b)是外殼內(nèi)壁混合擋板內(nèi)件分布上視圖，圖4(c)是參照上視圖的a

?

a面剖視圖。

36.圖5(a)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例自主設(shè)計的離心萃取機轉(zhuǎn)鼓外壁混合擋板內(nèi)件三維示意圖，圖5(b)是轉(zhuǎn)鼓外壁混合擋板內(nèi)件分布上視圖。

37.圖6(a)是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例自主設(shè)計的離心萃取機轉(zhuǎn)鼓體腔內(nèi)轉(zhuǎn)子組件三維示意圖，圖6(b)是轉(zhuǎn)鼓體腔內(nèi)轉(zhuǎn)子組件結(jié)構(gòu)示意圖，圖6(c)是高效分離徑向隔板內(nèi)件形狀、分布示意圖。

38.其中，101：拉桿、102：徑向隔板、15：擋流板、104：底托法蘭。

具體實施方式

39.以下通過附圖和實施例對本發(fā)明做進一步闡述：

40.本申請的發(fā)明人經(jīng)過長期的工程實踐與實驗研究過程，針對現(xiàn)有技術(shù)的方法還存在自動化程度低、廢水量大等問題，不但難以完全滿足環(huán)境保護的要求，也無法滿足武器裝備高度集成化生產(chǎn)需要，基于“高效、分離、回收”的思想，提出了一種新穎的能夠?qū)崿F(xiàn)硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法及分離裝置，本發(fā)明的方法及裝置高效、節(jié)能，在實施過程中沒有多余廢水、廢渣以及其它污染物的產(chǎn)生并盡可能循環(huán)利用廢水，且可以回收廢水中的反應(yīng)溶劑以及有機鈉鹽晶體，充分實現(xiàn)廢水的資源化治理。

41.本發(fā)明具體實施如下：

42.圖1是本發(fā)明離心萃取分離方法的工藝流程簡圖。如圖1所示，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行工況下，四級離心萃取機串聯(lián)布置，首先用蠕動泵將硝基疊氮化合物混合溶液從進料罐送入第一離心萃取機重相入口，同時將新鮮水通過蠕動泵送入第三離心萃取機輕相入口，每一級的分離廢水通過上一級的輕相出口進入離心萃取機萃取分離反應(yīng)溶劑，形成負荷萃取劑的多級逆流串聯(lián)逆洗過程，僅第一離心萃取機輕相出口的分離廢水送入廢水收集罐中收集。兩級萃取后的混合溶液再經(jīng)第三離心萃取機連續(xù)水洗除雜，獲得由硝基疊氮化合物和二氯甲烷組成的純凈物料。為保證整個有機溶液呈弱堿性進入下游，再經(jīng)第四離心萃取機連續(xù)堿洗，重相混合溶液送入產(chǎn)品收集罐，輕相廢堿液送入廢堿收集罐中收集。最終該混合物料送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，獲取硝基疊氮化合物合格產(chǎn)品。

43.在本發(fā)明的第二方面，提供了一種硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離裝置，該裝置包括：

44.硝基疊氮化合物反應(yīng)液進料罐，與該進料罐連接的進料蠕動泵，與進料蠕動泵連接的第一離心萃取機重相進口，第一離心萃取機重相出口連接第二離心萃取機重相進口，第一離心萃取機輕相出口連接廢水收集罐，輕相進口與第二離心萃取機輕相出口相連；第二離心萃取機重相出口連接第三離心萃取機重相進口，輕相進口與第三離心萃取機輕相出口相連；第三離心萃取機輕相進口連接新鮮水進料泵，重相出口連接第四離心萃取機重相進口；第四離心萃取機輕相進口連接堿液泵，輕相出口連接廢堿收集罐，重相出口連接硝基疊氮化合物和二氯甲烷產(chǎn)品收集罐。

45.所述四級離心萃取機均采用立式結(jié)構(gòu)，離心萃取機根據(jù)水力學(xué)參數(shù)進行自主設(shè)計，且都設(shè)有環(huán)隙區(qū)混合擋板組合、高效分離徑向隔板等內(nèi)部優(yōu)化改進構(gòu)件。底部法蘭設(shè)有排污導(dǎo)淋，防止臨時停車造成硝基疊氮化合物積液的爆炸隱患。

46.所述離心萃取分離裝置均采用dcs遠程控制，實現(xiàn)人機隔離操作。裝置中的所有進料泵均采用防爆蠕動泵。

47.所述第一離心萃取機、第二離心萃取機和第三離心萃取機的輕相入口進行逆流串聯(lián)實現(xiàn)廢水循環(huán)利用，整個裝置僅第三離心萃取機一處新鮮水注入，第一離心萃取機一處廢水外排回收，不僅節(jié)約了公用工程消耗量，且降低了動設(shè)備投入和設(shè)備布置占地。

48.以下根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計。

49.圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例自主設(shè)計改進的離心萃取機設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本裝置采用的是hle 80(轉(zhuǎn)鼓直徑參數(shù))環(huán)隙式離心萃取機，主要由機架24、外殼16、轉(zhuǎn)鼓組件、傳動系統(tǒng)1

?2?

3等幾個主要部分構(gòu)成；

50.機架24對于環(huán)隙式離心萃取機主要作用是支撐和固定。外殼16、轉(zhuǎn)鼓組件和傳動系統(tǒng)1

?2?

3等都安裝在機架24上。機架24上部的安裝法蘭采用的是剖分形式，以方便安裝和拆卸。機架24底部安裝有橡膠減振器，從而使機器的振動不會傳遞到基礎(chǔ)上。橡膠減振器內(nèi)部的摩擦系數(shù)較大，還有較大的阻尼，因此可以減小機器通過共振區(qū)時的振幅；

51.外殼16主要由柱狀筒身21、底板22和上蓋5三部分組成，主要作為轉(zhuǎn)鼓體11和主軸6的承載支撐構(gòu)件，起到安全保護功能。外殼16置于轉(zhuǎn)鼓組件外側(cè)且同軸，上蓋5與機架24、蓋板2通過螺栓固定。外殼16的柱狀筒身21外壁處同軸凸設(shè)有法蘭構(gòu)造的底板22，底板22與底部法蘭23構(gòu)成法蘭配合。底部法蘭23設(shè)計采用8個彎曲葉片作為導(dǎo)流葉片，與轉(zhuǎn)鼓進口間距為5～20mm。該設(shè)備為提高外殼的耐腐蝕性，以及滿足硝基疊氮化合物的材料相容性原則，外殼材料采用316l不銹鋼；

52.轉(zhuǎn)鼓組件主要包括轉(zhuǎn)鼓體11、堰板壓蓋7和主軸6三部分。其中堰板壓蓋7是轉(zhuǎn)鼓組件的固定裝置，通過螺栓與轉(zhuǎn)鼓體11連接。主軸6一般采用45號鋼鍛造，本發(fā)明因滿足待萃液的材料相容性原則采用316l不銹鋼。轉(zhuǎn)鼓體11由轉(zhuǎn)鼓外壁13、轉(zhuǎn)子組件14、主軸6、輕相堰板及重相堰板8等幾部分組成，其中轉(zhuǎn)鼓外壁13同軸固定于主軸6，且旋轉(zhuǎn)主軸6頂端鉛垂向伸入轉(zhuǎn)鼓體11腔內(nèi)，重相堰板8及輕相堰板通過堰板壓蓋7而壓緊，按自上而下順序呈環(huán)狀固定于轉(zhuǎn)鼓體11頂端。徑向隔板的作用是將轉(zhuǎn)鼓體11內(nèi)腔分隔成均勻的幾個部分，進入轉(zhuǎn)鼓的液體在該腔體內(nèi)達到平衡。分離區(qū)是從轉(zhuǎn)鼓底部到輕相堰板的區(qū)域，該段長度設(shè)計必須保證有足夠的時間形成液

?

液分界面。轉(zhuǎn)鼓外壁13是由高強度不銹鋼2205制造，轉(zhuǎn)鼓外壁13及其內(nèi)部轉(zhuǎn)子組件14有動平衡設(shè)計要求，一般要求精度為6.3級或以上，保證運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲??；

53.環(huán)隙式離心萃取機一般采用皮帶傳動或直聯(lián)方式作為傳動系統(tǒng)，皮帶傳動中電機通過皮帶及主軸6帶動轉(zhuǎn)鼓，而在直聯(lián)時電機1通過聯(lián)軸器3直接帶動主軸6及轉(zhuǎn)鼓體11。本裝置設(shè)計的離心萃取機傳動系統(tǒng)主要由電機1、蓋板2、聯(lián)軸器3、電機安裝座4和變頻器等部分構(gòu)成，電機1置于蓋板2上方，轉(zhuǎn)鼓組件置于蓋板2下方，聯(lián)軸器3經(jīng)軸承與電機1連接，并延伸至轉(zhuǎn)鼓組件的旋轉(zhuǎn)主軸6上。變頻器可以在0～60hz的頻率范圍內(nèi)進行任意調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電機在0～3000r/min范圍內(nèi)的無極調(diào)速。

54.圖4～6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的離心萃取機環(huán)隙區(qū)混合擋板組合、高效分離徑向隔板內(nèi)件示意圖。如圖4～5所示，通過對環(huán)隙區(qū)增加不同擋板的排列組合，使它除了起到引導(dǎo)流體增加湍流作用外，同時在其較小程度地影響環(huán)隙內(nèi)泰勒渦流的作用下，降低返混并強制剪切破碎液滴，實現(xiàn)環(huán)隙區(qū)域的混合溶液在較低轉(zhuǎn)速下獲得較優(yōu)的混合效果，并防止混合溶液乳化嚴重。如圖6(a)～(c)所示，在轉(zhuǎn)鼓腔內(nèi)通過對徑向隔板的尺寸、形狀進一步的優(yōu)選設(shè)計，利用s型曲面葉片低扭矩、澄清區(qū)徑向壓降小、滯液率低的特點，實現(xiàn)快速破乳、高效分離，減少混合液在設(shè)備內(nèi)的停留時間。

55.實施例

56.下面結(jié)合具體的實施例進一步闡述本發(fā)明。但是，應(yīng)該明白，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。除非另有說明，所有的百分比和份數(shù)按重量計。

57.實施例1：

58.西安某國防化學(xué)研究所采用本發(fā)明的方法與裝置開展了中試試驗，對其火炸藥配方生產(chǎn)線上的疊氮硝胺(dianp)制備工藝中的溶劑分離單元進行了應(yīng)用處理，按圖2所示的硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法綜合應(yīng)用的工藝流程圖，處理結(jié)束后得到純凈的疊氮硝胺和二氯甲烷混合溶液進入下游單元，處理過程無廢水與廢渣，同時實現(xiàn)資源化治理，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。其具體操作過程和效果如下：

59.(1)試驗條件

60.待萃物料(一個批次)的組成基本如下：待萃液的總質(zhì)量約為119.8kg，其中硝基疊氮化合物為1,5

?

二疊氮基

?3?

硝基

?3?

氮雜戊烷(dianp)，總質(zhì)量約為10kg，二氯甲烷約為71.5kg，反應(yīng)溶劑為二甲基亞砜，總質(zhì)量約為30.3kg，有機鈉鹽(主要由nano3和nan3組成)約為8kg；

61.離心萃取機設(shè)計參數(shù)：

62.型號：自主設(shè)計hle 80，4臺，多級逆流串聯(lián)操作；

63.轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速：3000r/min，變頻器調(diào)速；

64.混合通量：120l/h；

65.主機功率：0.75kw；

66.主機質(zhì)量：72kg(接觸物料部分的材質(zhì)：316l)；

67.外形尺寸：340

×

340

×

796mm；

68.操作工藝參數(shù)：以每2小時處理一批待萃液考慮，待萃液的進料總流量約為65l/h，每一級負荷萃取劑(下一級分離廢水)的流量約為35l/h，第三級新鮮水進料流量約為35l/h，堿液的進料流量約為35l/h，其中堿液濃度約為2％。操作溫度為32～40℃；

69.試驗結(jié)果含量測定：反應(yīng)溶劑使用高效液相色譜儀二極管陣列檢測器檢測，保留時間定性，外標法定量；二氯甲烷采用氣相色譜分析法分析定量，氫火焰離子化檢測器檢測；na+離子含量采用水溶性酸堿法和離子色譜法(hpic)相結(jié)合測定；水含量采用卡爾費休水分測定儀測定。

70.(2)工藝流程簡述

71.如圖2所示，四級離心萃取機串聯(lián)布置，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行工況下，首先用蠕動泵p

?

101將含有疊氮硝胺(1,5

?

二疊氮基

?3?

硝基

?3?

氮雜戊烷)、二氯甲烷、二甲基亞砜和有機鈉鹽的混合溶液從進料罐c

?

101送入第一離心萃取機d

?

101a重相入口，同時將新鮮水通過蠕動泵p

?

102送入第三離心萃取機d

?

101c輕相入口，每一級的分離廢水通過上一級的輕相入口進入離心萃取機萃取分離二甲基亞砜，形成負荷萃取劑的多級逆流串聯(lián)逆洗過程，僅第一離心萃取機d

?

101a輕相出口的分離廢水送入廢水收集罐c

?

103中收集。兩級萃取后的混合溶液再經(jīng)第三離心萃取機d

?

101c連續(xù)水洗去除少量nano3和nan3，獲得由疊氮硝胺和二氯甲烷組成的混合溶液。為保證整個有機溶液呈弱堿性進入下游，加入naoh，再經(jīng)第四離心萃取機d

?

101d連續(xù)堿洗，重相混合溶液送入產(chǎn)品收集罐c

?

106，輕相廢堿液送入廢堿收集罐中回收c

?

105。最終該混合物料送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，獲取疊氮硝胺合格產(chǎn)品。

72.(3)應(yīng)用效果

73.利用該離心萃取方法與裝置的處理后，經(jīng)試驗結(jié)果測定，疊氮硝胺產(chǎn)品混合溶液出口二甲基亞砜夾帶量約為0.5％，10kg/批疊氮硝胺的萃取

?

洗滌總處理時間為90min；與原工藝相比，離心萃取分離工藝節(jié)約公用工程新鮮水用量約25％；含反應(yīng)溶劑和有機鈉鹽

的廢水經(jīng)歷裝置的萃取分離和水洗除雜后，一部分循環(huán)利用，另一部分通過進一步蒸發(fā)結(jié)晶，可年回收二甲基亞砜約30～40t，nano3和nan3等有機鈉鹽晶體10～15t以上，晶體雜質(zhì)含量少，市場價值高。

74.通過進一步沉降時間對比試驗發(fā)現(xiàn)，利用底部法蘭上設(shè)置的導(dǎo)淋取樣混合溶液，結(jié)合相分離系數(shù)計算函數(shù)得到，原設(shè)計通用型離心萃取機環(huán)隙區(qū)域內(nèi)混合溶液平均沉降分層時間為10～20min，優(yōu)化后帶混合擋板組合和高效分離徑向隔板的離心萃取機環(huán)隙區(qū)域內(nèi)混合溶液平均沉降分層時間為3～5min，環(huán)隙區(qū)域內(nèi)的液滴平均粒徑范圍由原設(shè)備1～100μm變?yōu)?0～50μm，滯液率降低50％，轉(zhuǎn)鼓內(nèi)分離效率提高約60％。技術(shù)特征：

1.一種硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：(1)對硝基疊氮化合物疊氮化化反應(yīng)后除鹽單元的反應(yīng)溶液進行收集，得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液；(2)對來自步驟(1)的混合溶液進行四級離心萃取，在第三級離心萃取機輕相入口通過蠕動泵注入新鮮水，其中二氯甲烷與新鮮水的萃取流比為1:1～3:1，總注水量保持不變；第三級和第二級離心萃取機輕相出口流出的分離廢水均返回上一級離心萃取系統(tǒng)，形成逆流串聯(lián)循環(huán)洗滌過程，第四級離心萃取加入堿液進行堿洗分離，具體步驟如下：(a)對來自步驟(1)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液進行第一級離心萃取，以下一級萃取后的分離廢水作為萃取劑進行萃取分離，其中不溶于水的硝基疊氮化合物、二氯甲烷、部分反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液從重相出口進入下一級離心萃取設(shè)備，易溶于水的反應(yīng)溶劑形成一級廢水從輕相出口排出至廢水收集罐收集；(b)對來自步驟(a)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、部分反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液進行第二級離心萃取，以下一級萃取后分離廢水作為萃取劑進一步去除少量反應(yīng)溶劑，其中僅含有少量鈉鹽的硝基疊氮化合物和二氯甲烷混合溶液從重相出口繼續(xù)進入下一級離心萃取設(shè)備，此處二級廢水則從輕相出口逆流進入上一級離心萃取循環(huán)利用；(c)對來自步驟(b)中含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷和少量鈉鹽的混合溶液進行第三級離心萃取，以新鮮水作為萃取劑進一步去除少量鈉鹽，其中已分離純凈的硝基疊氮化合物和二氯甲烷混合溶液從重相出口繼續(xù)進入下一級離心萃取設(shè)備，此處三級廢水從輕相出口逆流進入上一級離心萃取循環(huán)利用；以及(d)將來自步驟(c)中含有硝基疊氮化合物和二氯甲烷的混合溶液進行第四級離心萃取，此處加入堿液進行堿洗分離，其中重相混合溶液進入產(chǎn)品收集罐待送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，以獲取硝基疊氮化合物合格產(chǎn)品，廢堿液則從輕相出口排出至廢堿收集罐收集。2.如權(quán)利要求1所述的離心萃取分離方法，其特征在于，所述硝基疊氮化合物為選自1,5

?

二疊氮基

?3?

硝基

?3?

氮雜戊烷、2

?

疊氮乙基丁硝胺、3

?

疊氮

?

1,3

?

二硝基氮雜環(huán)丁烷、3

?

硝基

?5?

疊氮基

?3?

氮雜戊醇硝酸酯中的一種；所述的反應(yīng)溶劑為選自二甲基亞砜或二甲基甲酰胺中的一種。3.如權(quán)利要求1所述的離心萃取分離方法，其特征在于，所述步驟(a)、步驟(b)中進入離心萃取機中的混合溶液與下一級循環(huán)返回萃取劑的流量比為2:1～4:1，壓降為0.1～0.3mpa，流速為0.5～1.5m/s。4.如權(quán)利要求1所述的離心萃取分離方法，其特征在于，步驟(d)所述進入離心萃取機中的混合溶液與堿液的流量比為2:1～4:1，壓降為0.1～0.3mpa，流速為0.5～1.5m/s，堿液為naoh溶液，濃度為0.5～5％。5.如權(quán)利要求1所述的離心萃取分離方法采用的分離裝置，其特征在于，該裝置包括：硝基疊氮化合物反應(yīng)液進料罐，用于匯集上游除鹽單元的反應(yīng)溶液并靜置，作為整個萃取分離裝置混合溶液的進料口；與硝基疊氮化合物反應(yīng)液進料罐連接的第一離心萃取機，通過蠕動泵進料對來自進料

罐的混合溶液進行離心萃取，以下一級萃取后分離廢水萃取其中的反應(yīng)溶劑，重相出口得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、部分反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液，輕相出口連接廢水收集罐回收廢水；與第一離心萃取機連接的第二離心萃取機，用于對來自第一離心萃取機重相出口的混合溶液進一步萃取，以下一級萃取后分離廢水萃取剩余的少量反應(yīng)溶劑，重相出口得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、少量鈉鹽的混合溶液，輕相出口連接第一離心萃取機的輕相入口，將分離廢水返回上一級離心萃取循環(huán)利用；與第二離心萃取機連接的第三離心萃取機，用于對來自第二離心萃取機重相出口的混合溶液進行連續(xù)水洗除雜，以蠕動泵注入的新鮮水萃取其中的少量鈉鹽，重相出口得到含有純凈的硝基疊氮化合物、二氯甲烷的混合溶液，輕相出口連接第二離心萃取機的輕相入口，將分離廢水返回上一級離心萃取循環(huán)利用；以及與第三離心萃取機連接的第四離心萃取機，用于將來自第三離心萃取機重相出口的混合溶液進一步弱堿化處理，加入堿液進行堿洗分離，重相出口連接產(chǎn)品收集罐收集硝基疊氮化合物與二氯甲烷產(chǎn)品溶液，待送入蒸餾單元進行下一步蒸餾處理，輕相出口連接廢堿收集罐回收廢堿液。6.如權(quán)利要求5所述的分離裝置，其特征在于，整個離心萃取分離系統(tǒng)均采用dcs遠程控制，實現(xiàn)人機隔離操作。7.如權(quán)利要求5所述的分離裝置，其特征在于，所述的第二離心萃取機和第四離心萃取機根據(jù)不同硝基疊氮化合物反應(yīng)機理產(chǎn)生的待萃組分濃度需要進行增減，實現(xiàn)整個萃取分離裝置為三級或多級。8.如權(quán)利要求5所述的分離裝置，其中所述的四級離心萃取機均采用立式結(jié)構(gòu)，所述離心萃取機主要由機架(24)、外殼(16)、轉(zhuǎn)鼓組件、傳動系統(tǒng)1

?2?

3構(gòu)成，傳動系統(tǒng)1

?2?

3包括電機(1)、蓋板(2)和聯(lián)軸器(3)，轉(zhuǎn)鼓組件主要包括轉(zhuǎn)鼓體(11)、堰板壓蓋(7)和主軸(6)，其特征在于，由外殼(16)內(nèi)壁和轉(zhuǎn)鼓外壁(13)形成的環(huán)隙區(qū)設(shè)有混合的擋板組合(12)，其中擋板組合(12)分2～4層，每層為4～8塊，嵌于外殼(16)內(nèi)壁或轉(zhuǎn)鼓外壁(13)；轉(zhuǎn)鼓體(11)腔內(nèi)設(shè)有s型或c型分離徑向隔板，徑向隔板均布固定于主軸(6)上，數(shù)量為4～6片；在主軸(6)下部靠近轉(zhuǎn)鼓進口處，設(shè)有擋流板(15)嵌于主軸(6)與徑向隔板之間；底部法蘭(23)設(shè)有排污導(dǎo)淋。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明涉及一類火炸藥配方的硝基疊氮化合物制備工藝中的離心萃取分離方法及分離裝置。該方法包括：對硝基疊氮化合物疊氮化反應(yīng)后除鹽單元的反應(yīng)溶液進行收集，得到含有硝基疊氮化合物、二氯甲烷、反應(yīng)溶劑和少量鈉鹽的混合溶液；對混合溶液進行四級離心萃取，在第三級離心萃取機輕相入口通過蠕動泵注入新鮮水，第三級和第二級離心萃取機輕相出口流出的分離廢水均返回上一級離心萃取系統(tǒng)，形成逆流串聯(lián)循環(huán)洗滌過程；第四級離心萃取，加入堿液進行堿洗分離，獲取硝基疊氮化合物和二氯甲烷的產(chǎn)品混合溶液。還提供了一種離心萃取分離裝置并對離心萃取機內(nèi)部構(gòu)件進行了優(yōu)化改進。置并對離心萃取機內(nèi)部構(gòu)件進行了優(yōu)化改進。置并對離心萃取機內(nèi)部構(gòu)件進行了優(yōu)化改進。

技術(shù)研發(fā)人員：汪營磊 董霄 白志山 楊曉勇 高福磊

受保護的技術(shù)使用者：西安近代化學(xué)研究所

技術(shù)研發(fā)日：2021.01.07

技術(shù)公布日：2021/5/14