«Нитро-взрывчатые вещества: Практический трактат»

При обращении к уравнению, показывающему образование нитроглицерина, видно, что на каждый 1 фунт глицерина должно получаться 2,47 фунта нитроглицерина[A], но на практике выход составляет лишь немногим более 2 фунтов, причем потеря объясняется неизбежным образованием некоторого количества низшего нитрата глицерина (мононитрата), который впоследствии растворяется в промывочных водах. Свинцовый резервуар (рис. 5) обычно обшит деревом, с платформой спереди для рабочего, ответственного за нитрование, чтобы стоять на ней и управлять различными кранами. Верх резервуара закрыт свинцовым куполом, в котором есть небольшое стеклянное окно, через которое можно наблюдать за ходом операции нитрования. Сверху этого купола отходит свинцовая труба, которая выводится через крышу здания. Она служит дымоходом для отвода кислотных паров, выделяющихся во время нитрования. Внутри этого резервуара находятся по меньшей мере три концентрические спирали из свинцовой трубы диаметром не менее 1 дюйма, через которые можно пропускать воду в течение всей операции нитрования. Другая свинцовая труба проведена через купол резервуара до самого дна, где она согнута в форме круга. Через эту трубу, пробитую маленькими отверстиями с интервалом около 1 дюйма, под давлением около 60 фунтов нагнетается сжатый воздух, чтобы поддерживать жидкости в состоянии постоянного перемешивания в течение всего периода нитрования. Также должна быть довольно широкая труба, скажем, 2 дюйма внутреннего диаметра, проведенная через купол резервуара, которая будет служить для подачи смешанной кислоты, используемой в операции, в резервуар. Есть еще одна труба, проходящая через купол, а именно для подачи глицерина в резервуар. Это не обязательно должна быть труба большого диаметра, так как глицерин обычно добавляется к смешанным кислотам тонкой струей (часто используется инжектор).

[Сноска A: Таким образом, если 92 фунта глицерина дают 227 фунтов нитроглицерина, (227 x 1)/92 = 2,47 фунта.]

[Иллюстрация: РИС. 5. — ВЕРХ НИТРАТОРА. A, Труба для отвода паров; B, Водяные трубы для охлаждения; C, Труба для смеси кислот; E, Сжатый воздух; G, Труба для глицерина и воронка; T, Термометр; W, Окно.]

Перед тем как аппарат будет готов к использованию, в нем необходимо закрепить два термометра: один длинный, чтобы доставал до дна резервуара, и один короткий, достаточно длинный, чтобы погружаться под поверхность кислот. Когда резервуар содержит свой заряд, первый показывает температуру дна, а второй — верха смеси. Глицерин должен находиться в небольшом баке, закрепленном в удобном месте на стене нитраторного отделения, и должен иметь трубу, врезанную заподлицо с дном и проходящую через купол нитратора. Он, конечно, должен быть снабжен краном или запорным клапаном, который следует разместить чуть выше точки, где труба проходит через свинцовый купол.

Необходимо принять какой-то метод измерения количества используемого глицерина. Градуированная в дюймах измерительная трубка — очень хороший план, но важно, чтобы деления были хорошо видны оператору на платформе перед аппаратом. Большой кран из керамики (и покрытый свинцом) закреплен в боковой части нитрационного резервуара чуть выше дна, чтобы сливать заряд после нитрования. Он должен быть устроен так, чтобы заряд можно было по выбору спустить по желобу в следующее здание или сбросить в резервуар для затопления, что иногда может потребоваться в случаях разложения. Резервуар для затопления обычно имеет длину 3 или 4 ярда и глубину несколько футов, выложен цементом и расположен близко снаружи здания.

После того как в аппарат загружена смесь кислот, пускают воду через трубы, свернутые внутри резервуара, и включают небольшое давление сжатого воздуха[A], чтобы хорошо перемешать кислоты перед началом. Нитрование не следует начинать, пока оба термометра не покажут температуру 18° C. Затем частично открывают кран глицерина, медленно впускают глицерин и полностью включают сжатый воздух, пока содержимое аппарата не придет в состояние очень энергичного перемешивания. Давление около 40 фунтов является минимальным (если в резервуаре 247 фунтов глицерина и 16 центнеров кислот). Если трубка глицерина оснащена инжектором, его можно включить почти сразу. Нитрование займет около тридцати минут, но сжатый воздух и воду следует оставить включенными еще на десять минут после этого, чтобы дать время всему глицерину пронитроваться. Температуру следует поддерживать как можно ниже (не выше 18° C).

[Сноска A: На фабрике в Халтоне, Германия, баллоны со сжатым диоксидом углерода соединены с воздушными трубами, так что в случае отказа подачи воздуха перемешивание при необходимости можно продолжать этим газом.]

Основные моменты, на которые следует обращать внимание во время процесса нитрования:—

1. Температура, регистрируемая двумя термометрами.

2. Цвет выделяющихся азотистых паров (как видно через маленькое окно в куполе аппарата).

3. Давление сжатого воздуха, как видно по манометру, закрепленному на воздушной трубе непосредственно перед входом в аппарат.

4. Манометр, показывающий количество использованного глицерина. Температура, показываемая любым из двух термометров, ни в коем случае не должна быть выше 25° C.

Если она поднимается значительно выше этой точки, подачу глицерина следует немедленно перекрыть, а давление воздуха увеличить на несколько минут, пока температура не упадет и не перестанут выделяться красные пары.

После завершения нитрования открывают большой керамический кран в нижней части резервуара, и заряд стекает по желобу в следующее здание, т.е. к сепаратору.

Нитраторное отделение лучше всего строить из дерева, и оно должно иметь плотный дощатый пол, который следует содержать в безупречной чистоте, без песка и гравия. В здании следует держать деревянное ведро и губку, чтобы рабочий мог немедленно убрать любой беспорядок, а также должна быть под рукой маленькая метла, чтобы можно было немедленно удалить песок и т.д. Хороший план для нитраторщика — вести книгу, в которой он записывает время начала каждого нитрования, температуру в начале и в конце, затраченное время, а также дату и номер заряда, так как это позволяет мастеру опасной зоны в любое время увидеть, сколько зарядов было пронитровано, и дает ему другую полезную информацию, способствующую безопасной работе. Эдвард Либерт разработал усовершенствование в обработке нитроглицерина. Он добавляет сульфат аммония или нитрат аммония к смешанным кислотам во время операции нитрования, что, по его утверждению, разрушает азотистую кислоту, образующуюся согласно уравнению—

(NH_{4}){2}SO_{4} + 2HNO_{3} = H_{2}SO_{4} + 2N_{2} + 4H_{2}O. Мне не известно, чтобы эта модификация процесса нитрования использовалась в настоящее время.

Свежеприготовленный заряд нитроглицерина, покидая нитраторное отделение, стекает по желобу, сделанному либо из резиновых труб, либо, что еще лучше, из дерева, выложенного свинцом и покрытого деревянными крышками (короткими секциями), чтобы, подняв их в любой точке, можно было проверить состояние желоба, так как это имеет величайшее значение, и желоб требует частой промывки и удаления сульфата свинца. Этот сульфат всегда содержит нитроглицерин и поэтому должен сжигаться в месте, удаленном от любого опасного здания или склада, так как он часто взрывается с большой силой.

[Иллюстрация: РИС. 6. — МАЛЫЙ НИТРАТОР. N, Кран для слива; P, Водяные трубы; T, Термометр; W, Окна; P', Труба для глицерина.]

На заводах, где производство нитроглицерина имеет второстепенное значение и производится какое-то взрывчатое вещество, содержащее, возможно, только 10 процентов нитроглицерина, и где за один раз нитруется 50 или 100 фунтов глицерина, вероятно, потребуется гораздо меньший нитрационный аппарат, чем тот, который уже был описан. В этом случае форма аппарата, показанная на рис. 6, окажется очень удовлетворительной. Он должен быть изготовлен из толстого свинца (весь свинец, используемый для резервуаров и т.д., должен быть «химическим свинцом») и может быть рассчитан на 50 или 100 фунтов, как будет наиболее удобно. Этот нитратор вполне можно разместить в том же здании, что и сепаратор; фактически, там, где требуется такое небольшое количество нитроглицерина, весь ряд операций — нитрование, сепарация, промывка и т.д. — вполне может выполняться в одном здании. Конечно, необходимо будет разместить нитратор на более высоком уровне, чем сепаратор, но это легко сделать, имея платформы разной высоты, при этом нитрование выполняется на самой высокой. Конструкция этого нитратора по существу такая же, как и у большего, форма лишь несколько иная. Двух водяных змеевиков, вероятно, будет достаточно, и одного термометра. Эту форму не обязательно обшивать деревом.

~Нитратор Нейтана.~[A] — Этот нитратор является патентом подполковника Ф.Л. Нейтана и г-д Дж.М. Томсона и У. Ринтула из Уолтем-Эбби и, вероятно, вскоре полностью вытеснит все другие формы нитраторов благодаря своей эффективности и экономичности в работе. С этим нитратором можно получить от 2,21 до 2,22 частей нитроглицерина из каждой 1 части глицерина. Аппарат устроен так, что нитрование глицерина, сепарация полученного нитроглицерина, а также операция «послесепарации» выполняются в одном сосуде. Обычный нитрационный сосуд снабжен впускной трубой для кислоты внизу и стеклянным сепарационным цилиндром с боковой выходной или переливной трубой вверху. Этот цилиндр во время нитрования закрыт стеклянным колпаком или колоколом, чтобы направлять выходящий воздух и пары в трубу для отвода паров, где потоку последних может способствовать воздушный инжектор. Боковая труба в сепарационном цилиндре соединена с воронкой, ведущей в резервуар для предварительной промывки. На чертеже (рис. 7) показан вертикальный разрез аппарата; a — нитрационный сосуд обычной конструкции, имеющий внизу впускную трубу для кислоты с тремя ответвлениями: одно ведет к денитрационной установке, c ведет к резервуару для затопления, а d, которое направлено вверх и имеет два ответвления: e, ведущее к резервуару для нитрующих кислот, и f — к резервуару для отработанной кислоты. На наклонном дне нитрационного сосуда a лежит змеевик g из перфорированной трубы для продувки воздухом, и в сосуде есть несколько змеевиков h, три из которых показаны на чертеже, для циркуляции охлаждающей воды. В верхней части сосуда находится стеклянный цилиндр i, имеющий боковое выходное отверстие j, направленное в воронкообразное отверстие трубы k, ведущей к резервуару для предварительной промывки. Над цилиндром i находится стеклянный купол l, в который открывается труба m для отвода паров, что может способствовать струе сжатого воздуха из трубы r, работающей как инжектор. В отверстие стеклянного купола l вставлен сосуд n, который соединен гибкой трубой p с резервуаром для глицерина, и со дна n, которое перфорировано и закрыто диском, перфорированным отверстиями, совпадающими с отверстиями в дне, этот диск соединен стержнем с ручкой q, с помощью которой его можно поворачивать, чтобы регулировать или перекрывать проход глицерина через дно. s — термометр для указания температуры содержимого сосуда.

[Сноска A: Англ. пат. 15 983, август 1901 г.]

[Иллюстрация: РИС. 7. — НИТРАТОР НЕЙТАНА ДЛЯ НИТРОГЛИЦЕРИНА. (a) Нитрационный сосуд; (b) к сепарационному сосуду; (c) к резервуару для затопления; (e) вход нитрующих кислот; (f) к отработанным кислотам; (g) змеевики для сжатого воздуха; (h) трубы для охлаждающей воды; (i) стеклянный цилиндр; (j) выход к k; (k) ведущая к резервуару для предварительной промывки; (l) стеклянный купол; (m) труба для отвода паров; (n) сосуд; (p) труба, подающая глицерин; (q) ручка для перекрытия глицерина; (r) струя сжатого воздуха; (s) термометр.]

При работе с этим аппаратом нитрующая кислота вводится в нитрационный сосуд путем открытия крана трубы e. Затем впускается глицерин путем введения n и открытия клапана на его дне, при этом содержимое сосуда перемешивается воздухом, нагнетаемым через перфорации трубы g. Когда весь глицерин пронитрован и температура слегка упала, циркуляция воды через змеевики h и перемешивание воздухом прекращаются, а сосуд для подачи глицерина n удаляется. Нитроглицерин по мере отделения от кислот поднимается путем введения через трубу f отработанной кислоты от предыдущего заряда, это вытесняет нитроглицерин вверх и заставляет его течь через выходное отверстие j и трубу k в резервуар для предварительной промывки. Когда почти весь нитроглицерин был отделен таким образом, кислоты в аппарате могут быть слиты через трубу b в сосуд для послесепарации для дальнейшего отстаивания, тем самым освобождая аппарат для другого нитрования, или сам нитрационный сосуд может использоваться как бутыль для послесепарации, вытесняя нитроглицерин отработанной кислотой по мере его подъема к верху, или снимая его обычным способом. Когда сепарация нитроглицерина завершена, отработанная кислота сливается и денитрируется как обычно, при этом часть ее резервируется для вытеснения нитроглицерина в последующей операции.

В другом патенте (Англ. пат. 3 020, 1903 г.) авторы предлагают с целью предотвращения образования и сепарации нитроглицерина в отработанных кислотах, после того как нитроглицерин, первоначально образовавшийся в нитрационном сосуде, был отделен и удален, добавлять небольшое количество воды к отработанным кислотам; это выполняется следующим образом. Добавляется относительно небольшое количество воды, и это предотвращает любую дальнейшую сепарацию нитроглицерина, и в то же время концентрация отработанных кислот снижается настолько незначительно, что их сепарация и повторная концентрация не затрагиваются. Таким образом, «послесепарация» устраняется, а установка для нитроглицерина упрощается и ее производительность увеличивается. После нитрования сепарация начинается при такой температуре, чтобы, когда вся вытесняющая кислота была добавлена и сепарация нитроглицерина завершена, температура содержимого нитрационного сосуда была не ниже 15° C. Затем достаточное количество вытесняющей кислоты сливается через кран отработанной кислоты, чтобы позволить оставшимся кислотам перемешиваться воздухом без разбрызгивания через верх. Небольшое количество воды, от 2 до 3 процентов в зависимости от концентрации кислоты; если отработанная кислота состоит из серной кислоты (моногидрата) — 62 процента, азотной кислоты (безводной) — 33 процента и воды — 5 процентов; температура 15° C, тогда добавляется 2 процента воды; если отработанные кислоты содержат менее 4 процентов воды при температуре ниже 15° C, возможно, придется добавить от 3 до 5 процентов воды. Вода добавляется медленно через сепараторный цилиндр, а содержимое нитратора перемешивается воздухом, но не охлаждается, при этом температуре позволяют медленно и равномерно повышаться по мере добавления воды — обычно около 3° C на каждый процент добавленной воды. Когда перемешивание воздухом прекращено, кислоты оставляют в покое на короткое время, чтобы дать возможность любому небольшому количеству первоначально образовавшегося нитроглицерина, прилипшего к змеевикам и стенкам сосуда, подняться к верху. Когда он был отделен путем вытеснения, кислоты готовы к денитрации или могут быть безопасно сохранены без дальнейших мер предосторожности.

~Сепарация.~ — Нитроглицерин вместе со смешанными кислотами стекает из нитраторного отделения в сепарационное отделение, которое должно находиться на более низком уровне, чем первое. Сепарационное отделение содержит большой резервуар, выложенный свинцом, закрытый сверху деревянной крышкой, в которую вставлена свинцовая труба большого диаметра, выведенная через крышу здания и действующая как дымоход для отвода любых паров. В этой трубе должно быть закреплено небольшое стеклянное окно, чтобы можно было видеть цвет выходящих паров. Желоб, подающий нитроглицерин, входит в здание прямо под крышей и сбрасывает свое содержимое в резервуар через трубу G (рис. 8). Резервуар заполняется зарядом только на две трети. В боковой части резервуара есть небольшое окно из толстого листового стекла, которое позволяет рабочему видеть уровень заряда, а также наблюдать за ходом сепарации, которая занимает от тридцати минут до одного часа.

Резервуар должен быть соединен с резервуаром для затопления, так как заряд иногда становится очень опасным в этом здании. Он также должен быть соединен желобом с фильтрационным отделением, а также со вторичным сепаратором другим желобом. Резервуар также должен быть оснащен трубой для сжатого воздуха, согнутой в форме петли. Она должна лежать на дне чана. Цель этого — перемешать заряд в случае, если он станет слишком горячим из-за разложения. Термометр, конечно, должен быть закреплен в крышке резервуара, и его колба должна достигать середины нитроглицерина (который покоится на поверхности смешанных кислот, удельный вес нитроглицерина составляет 1,6, а отработанных кислот — 1,7; состав кислот теперь: 11 процентов HNO_{3}, 67 процентов H_{2}SO_{4} и 22 процента воды), и за температурой нужно тщательно следить.

[Иллюстрация: РИС. 8. — СЕПАРАТОР. A, Трубы для сжатого воздуха; G, Нитроглицерин поступает из нитратора; N, Нитроглицерин к P; L, Фонарное окно; W, Окно в боковой части; S, Отработанные кислоты ко вторичному сепаратору; T, Кран для удаления последних следов нитроглицерина; P, Свинцовый промывочный резервуар; A, Сжатый воздух; W, Водяная труба; N, Нитроглицерин из сепаратора.]

Если не происходит ничего необычного и не было необходимости использовать сжатый воздух, нарушая тем самым процесс сепарации, отработанные кислоты можно слить из-под нитроглицерина и дать им стечь во вторичный сепаратор, где любое дальнейшее количество нитроглицерина, которое они содержат, отделяется после отстаивания в течение нескольких дней. Сам нитроглицерин сливается в меньший резервуар в том же здании, где его промывают три или четыре раза его собственным объемом воды, содержащей около 3 фунтов карбоната соды для нейтрализации оставшейся кислоты. Этот меньший резервуар должен содержать свинцовую трубу, пробитую и свернутую на дне, через которую можно пропускать сжатый воздух, чтобы перемешать заряд с водой и содой. После этой предварительной промывки нитроглицерин сливается в резиновые ведра и выливается в желоб, ведущий в фильтрационное отделение. Промывочные воды можно направить по желобу в другое здание, чтобы дать возможность небольшому количеству нитроглицерина, которое было удержано в воде в виде мельчайших глобул, осесть, если это считается стоящим хлопот по сохранению. Это, конечно, будет зависеть от обычного дневного выхода нитроглицерина и общего масштаба операций.

[Иллюстрация: РИС. 9. — УСТАНОВКА ДЛЯ ФИЛЬТРАЦИИ И ПРОМЫВКИ. W, свинцовый промывочный бак; WP, водопроводная труба; L, крышка; S, нитроглицерин из сепаратора; A, B, C, фильтрационные баки; B2, резиновое ведро.]

~Фильтрация и промывка.~ — Фильтр-цех (рис. 9), который, разумеется, должен располагаться на несколько более низком уровне, чем сепарационный цех, должен быть значительно более просторным зданием, чем цеха нитрования или сепарации, поскольку всегда необходимо промывать одновременно пять или шесть партий. По прибытии в этот цех нитроглицерин сначала поступает в деревянный бак, футерованный свинцом (W), в котором находится труба для сжатого воздуха, точно такая же, как в небольшом баке в сепарационном цехе. Этот бак наполовину заполнен водой, и через полчаса или четверть часа после загрузки продукта подается сжатый воздух. Затем воду сливают и добавляют свежую. Обычно требуется четыре или пять промывок. После этого нитроглицерин перепускают в следующий бак (A), верх которого находится на одном уровне с дном первого. Поперек верхней части этого бака натянута фланелевая рама, через которую нитроглицерин должен отфильтроваться. Это позволяет удалить любые твердые частицы, такие как грязь или накипь. Покинув этот бак, он проходит через аналогичную фланелевую раму над другим баком (B) и, наконец, через кран в дне бака сливается в резиновые ведра. Краны в этих баках лучше всего изготавливать из эбонита.

На этой стадии пробу следует доставить в лабораторию и испытать. Если проба не проходит испытания, что случается часто, партию необходимо промывать повторно в течение одного часа или иного времени, в зависимости от решения ответственного химика. В случае «упрямой» партии гораздо эффективнее промывать большое количество раз небольшими порциями воды в течение короткого времени, чем использовать много воды и промывать полчаса. Следует использовать достаточное количество сжатого воздуха, так как это позволяет избавиться от образующихся сложных азотных эфиров. Поскольку в этом цехе часто одновременно находятся пять или шесть партий, необходимо иметь соответствующее количество баков, расположенных ярусами, иначе одна или две труднообрабатываемые партии остановят работу нитрационного цеха и всей остальной установки по производству нитроглицерина. Основными причинами того, что промытый материал не проходит тепловую пробу, являются либо недостаточная чистота кислот, либо наличие в них нежелательных примесей, либо, что случается чаще, качество используемого глицерина. Глицерин, используемый для производства нитроглицерина, должен соответствовать следующим испытаниям, некоторые из которых, однако, имеют большее значение, чем другие. Глицерин должен:

1. Иметь минимальный удельный вес при 15° C, равный 1,261.

2. Хорошо нитроваться.

3. Разделение должно происходить четко в течение получаса, без выпадения хлопьевидного осадка; также не должен образовываться белый хлопьевидный осадок (обусловленный жирными кислотами) при добавлении нитрованного глицерина в воду и нейтрализации карбонатом натрия.

4. Не содержать извести и хлора, а также содержать лишь следы мышьяка, серной кислоты и т. д.

5. При выпаривании в платиновой чашке без кипения (около 160° C) или частичного разложения оставлять не более 0,25 процента неорганического и органического остатка в сумме.

6. Давать удовлетворительный результат при серебряной пробе.

7. Глицерин, разбавленный наполовину, не должен давать осадка или выделения жирных кислот при пропускании через него газообразного перекиси азота. (Пункты 1, 2, 3 и 5 являются наиболее существенными.)

Белый хлопьевидный осадок, иногда образующийся, доставляет массу неприятностей, и любой образец глицерина, дающий такой осадок при лабораторных испытаниях, должен быть немедленно отвергнут, так как он создаст бесконечные проблемы в сепарационном и фильтрационном цехах, а нитроглицерин будет крайне трудно заставить пройти тепловую пробу. Выход нитроглицерина также будет очень низким. Проблема проявится главным образом в процессе сепарации. Очень часто 2 или 3 дюйма [осадка] будут подниматься на поверхность или оставаться в нитроглицерине, а также в точке контакта между ним и смешанными кислотами, и впоследствии от них будет очень трудно избавиться путем фильтрации. Этот материал, по-видимому, представляет собой частично эмульсию глицерина, а частично состоит из жирных кислот, и поскольку, судя по всему, не существует действительно удовлетворительного метода предотвращения его образования или избавления от него, лучше всего не использовать для нитрования глицерин, который в ходе лабораторных экспериментов дал этот нежелательный осадок. Один из наиболее полезных методов испытания глицерина, помимо нитрования, заключается в разбавлении образца наполовину водой с последующим пропусканием через него тока газообразного перекиси азота, при этом образуется хлопьевидный осадок элаидиновой кислоты (менее растворимой в глицерине, чем исходная олеиновая кислота). Перекись азота, N2O4, лучше всего получать путем нагревания сухого нитрата свинца (см. Аллен, «Коммерческий органический анализ», том II, 301).

Когда образец нитроглицерина доставляют в лабораторию из фильтр-цеха, его следует сначала проверить на отсутствие кислоты.[A] Можно использовать слабый раствор конго красного или метилового оранжевого. Если он кажется явно щелочным, его следует перелить в делительную воронку и взболтать с небольшим количеством дистиллированной воды. Эту операцию следует повторить, а промывные воды (около 400 куб. см) слить в стакан, добавить каплю конго красного или метилового оранжевого и добавить каплю или около того N/2 соляной кислоты; при этом не более чем от двух-трех капель должен появиться синий цвет с конго красным или розовый с метиловым оранжевым и т. д. Цель этого испытания — показать, что нитроглицерин свободен от избытка соды, т. е. что сода была должным образом вымыта, иначе тепловая проба покажет, что образец лучше, чем он есть на самом деле. Также необходимо провести тепловую пробу.

[Сноска A: А. Леру, Bul. Soc. Chim. de Bel., XIX, август 1905 г., утверждает, что опыт не дает оснований полагать, что свободная кислота является источником опасности в нитроглицерине или нитроцеллюлозе; свободная щелочь, по его словам, способствует их разложению.]

По выходе из фильтр-цеха, где он был промыт и отфильтрован и успешно прошел тепловую пробу, нитроглицерин сливают из самого нижнего бака в резиновые ведра и переливают в трубопровод, ведущий в осадительный цех, где его оставляют отстаиваться на день или, иногда, дольше, чтобы дать остаткам воды подняться на поверхность. Для этого достаточно оставить его в закрытых баках конической формы высотой около 3 или 4 футов. На многих заводах его предварительно фильтруют через поваренную соль, которая, разумеется, поглощает последние следы воды. После этого он приобретает бледно-желтый цвет, должен быть совершенно прозрачным, и его можно слить через кран (из эбонита), закрепленный в дне баков, в резиновые ведра; он готов к использованию при производстве динамита или любых других видов желатиновых составов, бездымных порохов и т. д., таких как кордит, баллистит и многие другие.

Миколайчак (Chem. Zeit., 1904, Rep. 174) заявляет, что он получил моно- и динитроглицерин и полагает, что последнее соединение станет ценной основой для взрывчатых веществ, поскольку оно не замерзает. Утверждается, что это масло без запаха, не замерзающее, менее чувствительное к ударам, трению и повышению температуры, обладающее большей растворяющей способностью по отношению к коллодионному хлопку, чем обычный нитроглицерин. Таким образом, его можно использовать для приготовления высокостабильных взрывчатых веществ, которые сохраняют свою пластичность даже зимой. Динитроглицерин является растворителем для тринитроглицерина, поэтому его можно смешивать с этим веществом в различных желатиновых взрывчатых веществах для снижения температуры замерзания.

~Отработанные кислоты.~ — Отработанные кислоты из сепарационного цеха, из которых нитроглицерин был отделен настолько полно, насколько это возможно, направляются по трубопроводу во вторичный сепаратор для извлечения последних следов нитроглицерина, которые они содержат. Состав отработанных кислот обычно примерно следующий: удельный вес 1,7075 при 15° C; серная кислота — 67,2 процента; азотная кислота — 11,05 процента; вода — 21,7 процента, возможно, до 2 процентов оксида азота и, конечно, переменные количества нитроглицерина, который необходимо отделить, так как эту жидкость невозможно слить (если только ее нельзя слить в море) или регенерировать кислоты путем дистилляции, пока она содержит это вещество. Поэтому смесь обычно сливают в большие круглые баки, футерованные свинцом, закрытые крышками и по конструкции очень похожие на нитрационный аппарат, то есть они содержат змеевики внутри, чтобы можно было пропускать воду для охлаждения смеси, и трубу для сжатого воздуха, чтобы при необходимости перемешивать смесь. Верхняя часть также должна иметь окно, чтобы можно было видеть внутреннее пространство, и свинцовую вытяжную трубу для отвода паров, которые могут возникнуть при разложении. Также полезно заменить около фута свинцовой вытяжной трубы стеклянной трубкой диаметром 3 или 4 дюйма, чтобы дежурный мог в любое время видеть цвет паров, поднимающихся от жидкости. Также должны быть два термометра: один длинный, достигающий дна бака, и один, погруженный всего на несколько дюймов ниже поверхности жидкости.

Нитроглицерин, разумеется, скапливается на поверхности, и его можно слить через кран, расположенный на удобной для этой цели высоте. Крышка бака обычно коническая и соединена со стеклянным цилиндром, который прицементирован к верху этой свинцовой крышки, а также к свинцовой вытяжной трубе. В этом стеклянном цилиндре есть отверстие, в которое вставляется притертая стеклянная пробка, через которую можно сливать нитроглицерин. Вероятно, его никогда не будет больше дюйма, а чаще и того меньше. Его следует доставить в фильтр-цех и обработать вместе с другой партией. Сами кислоты можно либо слить в отходы, либо, что лучше, обработать на какой-либо установке денитрации. Этот цех, вероятно, требует больше внимания, чем любой другой в опасной зоне, из-за опасности разложения небольших количеств нитроглицерина, который, будучи смешанным с таким большим количеством кислот и воды, очень склонен к нагреванию, а разложение, которое начинается в местах, где плавает маленькая капля нитроглицерина, окруженная постепенно нагревающимися кислотами, выделяет нитрозные пары и, возможно, взрывается, вызывая внезапный взрыв всей массы. Единственный способ предотвратить это — часто проверять термометры и цвет выходящих паров, и если рабочий заметит повышение температуры или появление красных паров, он должен включить воду и воздух и перемешать смесь, после чего температура, вероятно, внезапно упадет, а выделение паров прекратится.

Причиной взрывов в этом здании является либо невнимательность дежурных рабочих, либо разрыв одной из водопроводных труб, из-за чего вода, попадая в кислоты, вызывает внезапное повышение температуры. Если произойдет последнее из этих двух событий, воду следует немедленно перекрыть, а воздух включить на полную мощность, но если видно, что взрыв неизбежен, бак следует немедленно опорожнить, направив его содержимое в затопляемый бак, расположенный рядом с цехом снаружи, который должен быть глубиной около 4 футов и размером около 16 футов в длину и 6 футов в ширину; по сути, достаточно большой, чтобы вместить значительное количество воды. Но к этому последнему средству следует прибегать только в крайнем случае, так как крайне затруднительно извлечь небольшое количество нитроглицерина со дна этого бака, который обычно представляет собой выложенный кирпичом и цементированный котлован в нескольких ярдах от здания.

Было предложено обрабатывать эти отработанные кислоты, содержащие нитроглицерин, в реторте для азотной кислоты г-на М. Прентиса. В этом случае их вместе с нитратом натрия подавали бы в реторту тонкой струей, и небольшое количество нитроглицерина, соприкасаясь с горячей смесью, уже находящейся в реторте, вероятно, немедленно разлагалось бы. Этот процесс, хотя еще не опробованный, обещает быть успешным. Для денитрации этих кислот использовалось несколько процессов.

~Обработка отработанной кислоты от производства нитроглицерина и пироксилина.~ — Состав этих кислот следующий:

Отработанная кислота от производства нитроглицерина и пироксилина.

Серная кислота 70 процентов 78 процентов; Азотная кислота 10 процентов 12 процентов; Вода 20 процентов 10 процентов.

Отработанная кислота от производства пироксилина обычно используется непосредственно для производства азотной кислоты, так как она содержит довольно большое количество серной кислоты, а небольшое количество нитроцеллюлозы, которое она также обычно содержит, разлагается постепенно и без взрыва в реторте. Азотную кислоту можно сначала отогнать, а полученную серную кислоту затем добавить к эквивалентному количеству нитрата натрия. Затем азотную кислоту отгоняют и конденсируют обычным способом. Очень часто, однако, отработанную кислоту добавляют непосредственно к загрузке нитрата без предварительного удаления азотной кислоты. Обработка отработанной кислоты от производства нитроглицерина несколько иная. Небольшое количество нитроглицерина в этой кислоте должно быть обязательно удалено. Это достигается либо путем выдерживания отработанной кислоты не менее двадцати четырех часов в большом сосуде с конической крышкой, где весь нитроглицерин, отделившийся на поверхности, удаляется путем снятия, либо, что еще лучше, может быть применен «процесс разбавления водой» полковника Натана. В нитраторе Натана каждый след нитроглицерина отделяется от кислот через несколько часов после нитрования, а дальнейшее образование нитроглицерина предотвращается добавлением около 2 процентов воды к отработанным кислотам, которые во время добавления перемешиваются. Отработанная кислота, теперь свободная от нитроглицерина, но все еще содержащая органические вещества, денитрируется путем приведения ее в контакт со струей пара. Отработанная кислота пропускается небольшой струей вниз через башню из кислотоупорной керамики (вольвикский камень), которая плотно заполнена керамическим материалом и в нижней части которой находится паровая струя. Разложение происходит по мере того, как кислота встречается с паром; азотная и азотистая кислоты высвобождаются и проходят через верхнюю часть башни по трубе в серию конденсаторов и башен, где собирается азотная кислота. Азотистую кислоту можно превратить в азотную путем введения струи горячего сжатого воздуха в газы перед их поступлением в конденсаторы. Слабая серная кислота с уд. весом 1,6 собирается в поддоне, в котором стоит башня, а затем проходит через охлаждающий змеевик. Слабая серная кислота, теперь полностью свободная от азотной и азотистой кислот, может быть сконцентрирована до уд. веса 1,842 и 96 процентов H2SO4 любым из хорошо известных процессов, например, Кесслера, Уэбба, Бенкера, Дельпласа и т. д., и может быть снова использована в производстве нитроглицерина или пироксилина.

Два момента в производстве нитроглицерина имеют величайшее значение, а именно: чистота используемого глицерина и крепость и чистота кислот, используемых при нитровании. Что касается первого, следует проявлять большую осторожность, и всегда следует проводить полный анализ и тщательное исследование, включая предварительное экспериментальное нитрование. Что касается второго, серная кислота должна быть не только крепкой (96 процентов), но и максимально свободной от примесей. При работе с азотной кислотой, которая обычно производится на самих взрывчатых заводах, где она используется, необходимо следить за тем, чтобы она была максимально крепкой (97 процентов и выше). Этого легко достичь, если использовать установку, разработанную г-ном Оскаром Гуттманном[A]. Проработав на установке г-на Гуттманна некоторое время, я могу засвидетельствовать ее ценность и эффективность.

[Сноска A: «Производство азотной кислоты», Jour. Soc. Chem. Ind., март 1893 г.]

Другой формой установки для производства азотной кислоты, которая обещает быть весьма полезной для производителя азотной кислоты для целей нитрования, является изобретение покойного г-на Мэннинга Прентиса из Стоумаркета. Благодаря любезности г-на Прентиса я посетил его завод, чтобы увидеть установку в действии. Она состоит из перегонного куба, разделенного на отсеки или камеры таким образом, что жидкость может непрерывно переходить из одного в другой. Поскольку азотная кислота непрерывно отделяется путем дистилляции, содержимое каждого отделения различается — первое содержит полную пропорцию азотной кислоты, а каждое последующее — меньше азотной кислоты, пока из перелива последнего бисульфат натрия не вытекает без какой-либо азотной кислоты. Нитрат натрия помещается в отмеренных количествах в бункер, откуда он поступает в питатель. Питатель представляет собой миниатюрную горизонтальную мешалку, которая принимает потоки серной кислоты и нитрата и, тщательно перемешав их, подает в перегонный куб, где под воздействием тепла они быстро превращаются в однородную жидкость, из которой непрерывно отгоняется азотная кислота.

Г-н Прентис говорит: «Я могу отметить, что в то время как обычный процесс производства азотной кислоты — это фракционная дистилляция по времени, мой — это фракционная дистилляция в пространстве». «Вместо того чтобы операция всегда происходила в одной и той же точке пространства, но различалась по последовательным моментам времени, я устраиваю так, чтобы различия происходили в разных точках пространства, и эти различия существуют в один и тот же момент времени». С помощью этой установки можно получить полный продукт азотной кислоты с удельным весом 1,500 или получить кислоту различной крепости из разных шлемов перегонных кубов. Один из таких кубов, способный производить около 4 тонн азотной кислоты в неделю, весит менее 2 тонн. Утверждается, что при их использовании достигается экономия более двух третей топлива и четырех пятых конденсационного оборудования. Дополнительные подробности и иллюстрации можно найти в статье г-на Прентиса (Journal of the Society of Chemical Industry, 1894, стр. 323).

ГЛАВА III.

НИТРОЦЕЛЛЮЛОЗА И Т. Д.

Свойства целлюлозы — Открытие пироксилина — Свойства пироксилина — Разновидности растворимых и нерастворимых пироксилинов — Производство пироксилина — Погружение и пропитка — Отжим кислоты — Промывка — Варка — Размол в пульпу — Прессование — Процесс Уолтем-Эбби — Процесс Ле-Буше — Грануляция пироксилина — Коллодионный хлопок — Производство — Используемая кислотная смесь — Используемый хлопок и т. д. — Нитрованный пироксилин — Тонит — Опасности при производстве пироксилина — Огнетушащий состав Тренча — Использование коллодионного хлопка — Целлулоид — Производство и т. д. — Нитрокрахмал, нитроджут и нитроманнит.

~Нитроцеллюлозы.~ — Вещество, известное как целлюлоза, составляет основу растительных тканей. Целлюлозу древесных частей растений одно время считали отдельным телом и называли лигнином, но сейчас их считают идентичными. Формула целлюлозы — (C6H10O5)X, и обычно предполагается, что молекулярная формула должна быть представлена кратной эмпирической формуле, причем C12H20O10 часто рассматривается как минимальная. Это предположение основано на существовании пентанитрата, а также на нерастворимой и коллоидной природе целлюлозы. Грин (Zeit. Farb. Text. Ind., 1904, 3, 97) считает эти причины недостаточными и предпочитает использовать простую формулу C6H10O5. Целлюлозу можно извлечь в чистом виде из молодых и нежных частей растений, сначала измельчив их, чтобы разрушить клетки, а затем последовательно экстрагируя разбавленной соляной кислотой, водой, спиртом и эфиром, пока ни один из этих растворителей не перестанет что-либо извлекать. Тонкая бумага или хлопковая вата дают почти чистую целлюлозу при аналогичной обработке.

Целлюлоза представляет собой бесцветную прозрачную массу, абсолютно нерастворимую в воде, спирте или эфире. Однако она растворима в растворе купраммония, приготовленном из основного карбоната или гидрата меди и водного аммиака. Удельный вес целлюлозы составляет от 1,25 до 1,45. Согласно Шульце, ее элементарный состав выражается следующими процентными числами:

Углерод 44,0 процента 44,2 процента; Водород 6,3 процента 6,4 процента; Кислород 49,7 процента 49,4 процента.

Эти числа представляют состав целлюлозы, свободной от золы. Однако почти все формы целлюлозы содержат небольшую долю минеральных веществ, и соединение их с органической частью волокна или ткани таково, что зола, остающаяся при прокаливании, сохраняет форму оригинала. «Только в точке роста некоторых молодых побегов целлюлозная ткань свободна от минеральных составляющих» (Гофмейстер).

Целлюлоза — очень инертное тело. Холодная концентрированная серная кислота заставляет ее набухать и, наконец, растворяет, образуя вязкий раствор. Соляная кислота почти не оказывает действия, но азотная кислота оказывает, образуя ряд тел, известных как нитраты или нитроцеллюлозы. Целлюлоза обладает некоторыми свойствами спиртов, среди них — способность образовывать эфирные соли с кислотами. Когда целлюлоза в любой форме, например, хлопок, приводится в контакт с крепкой азотной кислотой при низкой температуре, образуется нитрат или нитропродукт, содержащий нитрил или группу NO2. Более или менее полное замещение гидроксильного водорода группами NO2 зависит частично от концентрации используемой азотной кислоты, частично от продолжительности действия. Если используются самые концентрированные азотная и серная кислоты и действие продолжается в течение значительного времени, образуется высший нитрат, известный как гексанитроцеллюлоза или пироксилин, C12H14O4(O.NO2)6; но с более слабыми кислотами и более коротким воздействием образуются тетра-, пента- и более низкие нитраты.[A]

[Сноска A: Статья профессора Лунге, Jour. Amer. Chem. Soc., 1901, 23[8], 527-579, содержит ценную информацию по этому вопросу.]

Помимо нитрата, А. Лак[A] предложил использовать другие эфиры целлюлозы, такие как ацетат, бензоат или бутират. Установлено, что ацетат целлюлозы образует с нитроглицерином желатинообразное тело без необходимости добавления растворителя. Предложен спортивный порох, состоящий из 75 частей нитрата целлюлозы (13 процентов N), смешанного с 13 частями ацетата целлюлозы.

[Сноска A: Англ. пат. 24,662, 22 ноября 1898 г.]

Открытие пироксилина обычно приписывают Шёнбейну (1846), но Браконно (в 1832 г.) ранее нитровал крахмал, а шесть лет спустя Пелуз приготовил нитрохлопок и различные другие нитротела, а Дюма нитровал бумагу, но Шёнбейн, по-видимому, был первым химиком, использовавшим смесь крепких азотной и серной кислот. Многие химики, такие как Побер во Франции, Морин в России и Абель в Англии, изучали этот предмет; но наибольший прогресс был достигнут в Австрии под эгидой барона фон Ленка. Ленк использовал хлопок в виде пряжи, смотанной в мотки, которые он сначала промывал в растворе поташа, а затем водой, и после сушки погружал в кислоты. Использованная кислотная смесь состояла из 3 частей по весу серной кислоты на 1 часть азотной кислоты и готовилась за некоторое время до использования. Хлопок погружали по одному мотку за раз, перемешивали несколько минут, отжимали, пропитывали, а избыток кислоты удаляли промывкой водой, затем разбавленным поташом и, наконец, водой. Процесс фон Ленка использовался в Англии в Фавершаме (завод г-д Холла), но был прекращен из-за взрыва (1847).

Сэр Фредерик Абель, работая в Стоумаркете и Уолтем-Эбби, внес несколько очень важных улучшений в процесс, главным из которых является размол в пульпу. Проследив причину его нестабильности до присутствия веществ, вызванных действием азотной кислоты на смолистые или жирные вещества, содержащиеся в хлопковом волокне, он преуспел в их устранении путем варки нитрохлопка в воде и тщательной промывки после размола хлопка в голландерах.

Хотя пироксилины обычно называют нитроцеллюлозами, их правильнее описывать как нитраты целлюлозы, ибо, в отличие от нитротел других рядов, они не дают (или пока не дали) амидотел при восстановлении с помощью зарождающегося водорода.[A] Уравнение образования пироксилина следующее:

2(C6H10O5) + 6HNO3 = C12H14O4(NO3)6 + 6OH2. Целлюлоза. Азотная кислота. Пироксилин. Вода.

Используемая серная кислота не принимает участия в реакции, но ее присутствие абсолютно необходимо для связывания высвобождающейся воды и тем самым предотвращения ослабления азотной кислоты. Кислотная смесь, используемая в Уолтем-Эбби, состоит из 3 частей по весу серной кислоты с удельным весом 1,84 и 1 части азотной кислоты с удельным весом 1,52. Та же смесь используется и в Стоумаркете (завод New Explosive Company). Использование более слабых кислот приводит к образованию коллодионного хлопка и более низких нитратов в целом.

[Сноска A: «Целлюлоза», Кросс и Беван, под ред. У. Р. Ходжкинсона, стр. 9.]

Нитрат, который идет под названием пироксилин, обычно считается гексанитратом и содержит 14,14 процента азота; но более высокий процент, чем 13,7, не был получен ни из одного образца. Почти невозможно (во всяком случае, в производственном масштабе) сделать чистую гексанитроцеллюлозу или пироксилин; он обязательно будет содержать несколько процентов растворимых форм, т. е. более низких нитратов. Он часто содержит до 15 или 16 процентов и только от 13,07[A] до 13,6 процента азота.

[Сноска A: Г-н Дж. Дж. Сэйерс в своих показаниях перед судом по «Кордитному делу» говорит, что он обнаружил 15,2 и 16,1 процента растворимого хлопка и 13,07 и 13,08 процента азота в двух образцах пироксилина из Уолтем-Эбби.]

Предполагается, что существует целый ряд нитратов целлюлозы, высшим членом которого является гексанитрат, а низшим — монитрат. Пироксилин одно время рассматривался как тринитрат, а коллодионный хлопок — как динитрат и монитрат, их соответствующие формулы приводились следующим образом:

Монитроцеллюлоза C6H9(NO2)O5 = 6,763 процента азота. Динитроцеллюлоза C6H8(NO2)2O5 = 11,11 процента азота. Тринитроцеллюлоза C6H7(NO2)3O5 = 14,14 процента азота.

Но пироксилин теперь рассматривается как гексанитрат, а коллодионный хлопок — как смесь всех других нитратов. Фактически, химики теперь более склонны делить нитроцеллюлозу на растворимые и нерастворимые формы, причина в том, что довольно легко сделать нитроцеллюлозу, полностью растворимую в смеси эфира и спирта и при этом содержащую такой высокий процент азота, как 12,6; тогда как динитрат[A] теоретически должен содержать только 11,11 процента. С другой стороны, невозможно сделать пироксилин с более высоким содержанием азота, чем около 13,7, даже когда он не содержит нитрохлопка, растворимого в эфиро-спирте.[B] Дело в том, что в настоящее время невозможно сделать нитроцеллюлозу, которая была бы либо полностью растворимой, либо полностью нерастворимой, или которая содержала бы теоретическое содержание азота, соответствующее любой из вышеуказанных формул для нитратов целлюлозы. Профессор Г. Лунге дает следующий список продуктов нитрования целлюлозы:

[Сноска A: Пентанитрат C12H15O5(NO3)5 = 12,75 процента азота.]

[Сноска B: В ходе Кордитного процесса (1894) сэр Ф. А. Абель сказал: «До 1888 года существовало широкое различие между растворимой и нерастворимой нитроцеллюлозой, коллодионный хлопок был растворим (в эфиро-спирте), а пироксилин — нерастворим». Сэр Г. Э. Роско: «Что он не смог сделать нитрохлопок с содержанием азота выше 13,7». А профессор Г. Лунге сказал: «Пироксилин всегда содержал растворимый хлопок, и наоборот». Эти мнения были также в целом подтверждены сэром Э. Франклендом, сэром У. Круксом, д-ром Армстронгом и другими.]

Додеканитроцеллюлоза C24H28O20(NO2)12 = 14,16 процента азота. (= старая тринитроцеллюлоза); Эндеканитроцеллюлоза C24H29O20(NO2)11 = 13,50 процента азота; Деканитроцеллюлоза C24H30O20(NO2)10 = 12,78 процента азота; Эннеанитроцеллюлоза C24H31O20(NO2)9 = 11,98 процента азота; Октонитроцеллюлоза C24H32O20(NO2)8 = 11,13 процента азота. (= старая динитроцеллюлоза); Гептанитроцеллюлоза C24H33O20(NO2)7 = 10,19 процента азота; Гексанитроцеллюлоза C24H34O20(NO2)6 = 9,17 процента азота; Пентанитроцеллюлоза C24H35O20(NO2)5 = 8,04 процента азота; Тетранитроцеллюлоза C24H36O20(NO2)4 = 6,77 процента азота. (= старая монитроцеллюлоза)

Вполне вероятно, что существует длинный ряд нитратов. Во всяком случае, несомненно, что независимо от того, какая крепость кислот используется и какая температура или другие условия присутствуют во время нитрования, образующийся продукт всегда состоит из смеси растворимой и нерастворимой нитроцеллюлозы.

Теоретически 100 частей хлопка по весу должны давать 218,4 части пироксилина, но на практике выход значительно меньше, как в случае с пироксилином, так и с коллодионным хлопком. Говоря о растворимой и нерастворимой нитроцеллюлозе, имеют в виду их поведение при обработке раствором, состоящим из 2 частей эфира и 1 части спирта. Существует, однако, другое очень важное различие, а именно их различная растворимость в нитроглицерине. Более низкие нитраты или растворимая форма растворимы в нитроглицерине под воздействием тепла, требуется температура около 50° C. При более низких температурах растворение происходит очень неполно; и после того, как материалы оставляют в контакте на несколько дней, нити хлопка все еще можно различить. Нерастворимая форма или пироксилин совершенно нерастворима в нитроглицерине. Однако его можно заставить раствориться[A] с помощью ацетона или уксусного эфира. Оба, или, скорее, все формы нитроцеллюлозы могут быть растворены в ацетоне или уксусном эфире. Они также растворяются в концентрированной серной кислоте, а пентанитрат — в азотной кислоте при температуре около 80° или 90° C.

[Сноска A: Или, скорее, образовать прозрачное желе.]

Пентанитрат может быть получен в чистом виде с помощью следующего процесса, разработанного Эдером: пироксилин растворяют в концентрированной азотной кислоте при 90° C и переосаждают добавлением концентрированной серной кислоты. После охлаждения до 0° C и смешивания с большим объемом воды осажденный нитрат промывают водой, затем спиртом, растворяют в эфиро-спирте и снова осаждают водой, после чего он получается чистым. Этот нитрат растворим в эфиро-спирте и слегка в уксусной кислоте, легко в ацетоне, уксусном эфире и метиловом спирте, нерастворим в спирте. Крепкий раствор поташа (KOH) превращает его в динитрат C12H18O8(NO3)2. Гексанитрат нерастворим в уксусной кислоте или метиловом спирте.

Более низкие нитраты, известные как тетра- и тринитраты, образуются вместе, когда целлюлоза обрабатывается смесью слабых кислот и оставляется в контакте с ними на очень короткое время (двадцать минут). Их невозможно отделить друг от друга, так как они все одинаково растворяются в эфиро-спирте, уксусном эфире, уксусной кислоте, метиловом спирте, ацетоне, амилацетате и т. д.

Что касается производства взрывчатых тел, то используются и производятся две формы нитроцеллюлозы: пироксилин или гексанитрат (когда-то рассматривавшийся как тринитроцеллюлоза), который также известен как нерастворимый пироксилин, и растворимая форма пироксилина, которая также известна как коллодий и состоит из смеси нескольких более низких нитратов. Вероятно, однако, что он главным образом состоит из следующего по величине нитрата после пироксилина, так как теоретический процент азота для этого тела, пентанитрата, составляет 12,75 процента, а анализы коммерческого коллодионного хлопка, полностью растворимого в эфиро-спирте, часто дают такой высокий процент, как 12,6.

Мы опишем только производство двух форм, известных как растворимая и нерастворимая, и будем называть их под их более известными названиями: пироксилин и коллодионный хлопок. Однако ниже приведены формулы[A] и процентное содержание азота для полного ряда:

Гексанитроцеллюлоза C12H14O4(NO3)6 14,14 процента азота; Пентанитроцеллюлоза C12H15O5(NO3)5 12,75 процента азота; Тетранитроцеллюлоза C12H16O6(NO3)4 11,11 процента азота; Тринитроцеллюлоза C12H17O7(NO3)3 9,13 процента азота; Динитроцеллюлоза C12H18O8(NO3)2 7,65 процента азота; Монитроцеллюлоза C12H19O9(NO3) 3,80 процента азота.

[Сноска A: Бертло берет C24H40O20 в качестве формулы целлюлозы; а М. Вьей рассматривает высший нитрат как (C24H18(NO3H)11O9). Compt. Rend., 1882, стр. 132.]

~Свойства пироксилина.~ — Абсолютная плотность пироксилина составляет 1,5. В кусках его кажущаяся плотность составляет 0,1; если скручен в нить — 0,25; при подвергании в виде пульпы гидравлическому давлению — от 1,0 до 1,4. Пироксилин сохраняет внешний вид хлопка, из которого он сделан. Однако он более жесткий на ощупь; он лишь слегка гигроскопичен (сухой пироксилин поглощает 2 процента влаги из воздуха). Он обладает свойством электризоваться при трении. Он растворим в уксусном эфире, амилацетате и ацетоне, нерастворим в воде, спирте, эфире, эфиро-спирте, метиловом спирте и т. д. Он очень взрывоопасен и воспламеняется при контакте с горящим телом, или от удара, или при нагревании до температуры 172° C. Он горит желтоватым пламенем, почти без дыма, и оставляет мало или совсем не оставляет остатка. Объем образующихся газов велик и состоит из углекислого газа, оксида углерода, азота и водяного пара. Спрессованный пироксилин при воспламенении часто взрывается, если предварительно нагрет до 100° C.

Пироксилин, выдерживаемый при 80°–100° C, медленно разлагается, и солнечный свет заставляет его подвергаться медленному разложению. Однако его можно хранить годами, не подвергая никаким изменениям. Он очень восприимчив к взрывам под влиянием. Например, торпеда, даже помещенная на большом расстоянии, может взорвать линию торпед, заряженных пироксилином. Скорость распространения взрыва в металлических трубках, заполненных порошкообразным пироксилином, оказалась от 5000 до 6000 мм в секунду в оловянных трубках и 4000 в свинцовых трубках (Себер).

Пироксилин, свободно выставленный на открытом воздухе, горит в восемь раз быстрее, чем порох (Побер). В тонкий диск пироксилина можно выстрелить из винтовки без взрыва; но если толщину диска увеличить, может произойти взрыв. Эффект пироксилина в минах очень близок к эффекту динамита при равных весах. Однако он требует более сильного детонатора и приводит к образованию большего количества газа оксида углерода. Пироксилин должен быть нейтральным к лакмусу и должен выдерживать правительственную тепловую пробу — температура 150° F в течение пятнадцати минут (см. стр. 249). Во французском флоте пироксилин подвергается тепловой пробе при 65° C (= 149° F) в течение одиннадцати минут. Он должен содержать как можно меньший процент растворимого нитрохлопка и ненитрованного хлопка.

Продукты идеально детонированного пироксилина могут быть выражены следующим уравнением:

2C12H14O4(NO3)6 = 18CO + 6CO2 + 14H2O + 12N. Поэтому он не содержит достаточного количества кислорода для полного сгорания своего углерода. Именно по этой причине при использовании для горных работ обычно добавляют нитрат, чтобы восполнить этот недостаток (как, например, в тоните). Он также имеет тенденцию предотвращать выделение ядовитого газа — оксида углерода. Успех различных желатиновых взрывчатых веществ объясняется этим фактом, а именно тем, что нитроглицерин имеет избыток кислорода, а нитрохлопок — слишком мало, и таким образом два взрывчатых вещества помогают друг другу.

На практике газы, образующиеся в результате взрыва пироксилина, следующие: оксид углерода — 28,55; углекислый газ — 19,11; болотный газ (CH4) — 11,17; оксид азота — 8,83; азот — 8,56; водяной пар — 21,93 процента. Покойный г-н Э. О. Браун из Вулвичского арсенала обнаружил, что совершенно влажный и невоспламеняющийся спрессованный пироксилин может быть легко детонирован детонацией запального заряда из сухого материала, находящегося в контакте с ним. Это сделало использование пироксилина гораздо более безопасным для применения в качестве военного или горного взрывчатого вещества.

В качестве горного взрывчатого вещества, однако, пироксилин сейчас в основном используется в форме тонита, который представляет собой смесь половины пироксилина и половины нитрата бария. Этот материал иногда называют «нитрованным пироксилином». Вес пироксилина, необходимый для получения равного эффекта как в тяжелой артиллерии, так и в стрелковом оружии, относится к весу пороха в пропорции 1 к 3, т. е. равный вес пироксилина произвел бы в три раза больший эффект, чем порох. Его скорость горения, однако, требует модификации для использования в огнестрельном оружии. Поэтому обычно используются более низкие нитраты или такие соединения, как нитролигноза, нитрованная древесина и т. д.