Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Термо-вакуум-импульсная технология приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ. Методические указания
.pdf
Таблица 6
Содержание влаги, %
Температура полиморфных переходов, °С
Началь-
ное
Конечное
Нагрев от 25 до
100 °С
Охлаждение от 100 до
25°С
IV→III
III→II
II→III
II→IV
III→IV
1 2 3 4 5 6 7
0,05
0,03
48
89
-
50 - 0,07
0,04
47
88
-
49–50
-
0,12
0,06
43
85
49
-
21
0,32
0,16
44
84
48
-
28
0,39
0,2
42
85
73
-
28–30
0,8
0,4
41
85
79
-
29–30
0,98
0,5
39
87
78
-
31
1,24
0,6
39
85
81
-
31
1,9
0,92
37
86
75
-
31
2,1
1,1
38
85
81
-
30
3,4
1,7
37
84
81
-
29
Влияние воды на температуру полиморфных превращений АС
при нагреве и охлаждении
Чем меньше содержание влаги в нагретых образцах, тем выше
температура полиморфного перехода. С увеличением содержания
влаги она снижается и постепенно приближается к
термодинамической, равновесной температуре. При охлаждении для
образцов с минимальной влажностью наблюдается метастабильный
переход II→IV при Т = 49–50 °С, а с увеличением влажности АС от
0,12 % и выше он разделяется на 2 перехода II→III и III→IV.
Выпускаемая азотной промышленностью АС различных марок
(А, Б, П) имеет в своем составе добавки против слеживания: 0,2–0,5 %
доломитовую или магнезиальную, 0,3–0,7 % сульфатную и 0,5–1,2 %
фосфатную (кроме П). Сульфатная добавка стабилизирует I фазу,
увеличивает температуру плавления, повышает количество влаги до
0,15 %, при которой возможен метастабильный переход II→IV,
позволяет увеличить дисперсность кристаллической структуры АС,
снижает скорость превращения IV→III селитры с сульфатной
добавкой (0,27 %) почти в 10 раз по сравнению с чистой АС. Сульфат
аммония позволяет повысить число попеременных циклов
нагрев↔охлаждение (20↔60 °С), но не значительно и только до 7–8 в
31
отличии от чистой АС, у которой разрушение гранул начинается после
Содержание
воды,
%
рН
соли
Прочность
гранул, МПа
Слеживаемость,
МПа
Количество
циклов
(20↔60°С)
до начала
разрушения
гранул
Поглощение
влаги за 24 ч
при φ = 100%
и t=20 °C, %
чистая
с
добавкой
чистая
с
добавкой
чистая
с
добавкой
чиста
я с добавкой
0,11
4,6
4,8–5,1
3,72
1,11
0,22
4–5
112 – –
0,19
4,9
0,47–0,5
3,25
1,14
0,04
4–5
135
10,3
9,7
0,31
4,6 « 1,97
0,98
0,36
4–5
-
10,0
9,2
0,16
5,9
5,7–6,4
3,59
1,11
0,1
4–5
145
10,4
10,4
0,24
5,8
0,56–0,63
3,12
1,19
0,08
4–5
154
10,1
10,5
0,29
5,9 « 2,78
0,81
0,05
4–5
148 – –
0,14
6,3 « 3,32
1,11
0,05
4–5
131 – –
0,23
6,4 « 2,63
1,08
0,31
4–5
–
10,1
9,9
0,25
6,5 « 0,23
1,08
0,15
4–5
127
10,3
10,7
4-х циклов. Такое количество циклов недостаточно для длительного
хранения нитрата аммония. Поэтому часто в АС марок А и Б вводят
фосфатно-сульфатную добавку. Основными положительными
сторонами данной добавки является стабилизация метастабильного
полиморфного превращения II→IV, замедление перехода IV→III
особенно при низком содержании влаги и сохранение высокой
прочности гранул даже после 150 циклов попеременного нагрева и
охлаждения (20↔60 °С). Однако увеличение влажности АС снижает
прочность гранул (табл. 7).
Таблица 7
Изменение характеристик аммиачной селитры с фосфатно-
сульфатной добавкой (0,3 % Р2О5 +0,1%(NH4)2SO4) в зависимости
от влажности
связывающие воду, такие как нитраты кальция и магния в пересчете
на СаО 0,2–0,5 %. Магнезиальная или доломитовая добавка в АС
способна образовывать кристаллогидраты и присоединять до
6 молекул воды Mg(NO3)2·6Н2О, стабилизирует IV фазу, однако с
увеличением влажности от 0,4 до 0,8 % температура превращения
IV→III снижается с 52–53 °С до 40–42 °С. При хранении на складах
АС с магнезиальной или доломитовой добавкой в интервале
температур от +50 до −28°С резких объемных изменений не будет.
Помимо фосфатно-сульфатной добавки в АС вводят добавки,
32
Гигроскопичность АС с магнезиальной или доломитовой добавкой
Добавка
Концентрация
добавки, %
Содержание влаги, %
пределы
Предельное
влагосодер-
жание для
перехода
II→IV
Без добавки
–
0,06–0,8
0,06–0,08
(NH4)2SO4
0,17–0,31
0,1–1
<0,15
(NH4)2SO4
0,38–0,83
0,1–1
0,15
(NH4)2SO4+NH4Н2РO4
0,18+0,3(P2O5)
0,11–0,95
0,35
(NH4)2SO4+NH4Н2РO4+
Н2ВО
3
0,2+0,2(P2O5)+
0,1
0,1–0,8
0,35
Полифосфат аммония
2
0,1–0,8
0,4
Mg(NO3)2
2,4(0,65MgO)
0,77–1,7
1,7
Бентонит
2
0,1–1,7
0,4
Вермикулит
2
0,1–0,7
0,4
повышается по сравнению с чистой солью.
Необходимо отметить, что III фаза при малом содержании влаги
в процессе охлаждения АС от плава до комнатной температуры
отдельно с сульфатной добавкой, фосфатно-сульфатной и отдельно c
магнезиальной не образуется, и независимо от режима охлаждения
наблюдается полиморфное превращение II→IV. Это позволяет
получать в промышленном масштабе при охлаждении плавов прочные
гранулы АС с минимальными объемными и структурными
изменениями. При более высоком влагосодержании происходят
последовательные переходы II→III и III→IV. Результаты
исследований, приведенные в работе [23] и представленные в табл. 8,
показывают, что введение добавок способствует увеличению
предельного содержания влаги, при которой сохраняется
полиморфный переход II→IV в процессе охлаждения по режиму,
имитирующему охлаждение в кипящем слое, в отличие от чистой АС.
Таблица 8
Влияние влаги на стабилизацию перехода II→IV при охлаждении
АС по режиму, имитирующему охлаждение в кипящем слое
33
Наибольшее предельное влагосодержание W = 1,7 %, при
Влажность,
%
Температура,
°С
Превращение
Добавка
Константа
скорости,
мин
−1
0,2
34
IV→III
сульфатная
0,006
0,2
34
IV→III
чистая
0,05
0,05
36
IV→III
чистая
0,0005
0,7
40
IV→III
магнезиальная
0,02
0,2
26,5
III→ IV
чистая
1,4
0,2
26,5
III→ IV
сульфатная
0,8
0,2
26,5
III→ IV
фосфатно-
сульфатная
0,4
0,7
26,5
III→ IV
магнезиальная
0,05
котором сохраняется полиморфный переход II→IV, наблюдается у АС
с магнезиальной добавкой, однако она повышает скорость поглощения
влаги из воздуха.
Еще одним интересным вопросом является рассмотрение
кинетики модификационных превращений в зависимости от
влажности и наличия добавок. И в частности очень важна
предыстория исследуемого образца. Так, из работ следует, что
скорость первичного превращения в 10–20 раз ниже, чем скорость
последующих. И длительная выдержка в пределах температуры
полиморфного превращения позволяет исключить образования других
фаз, поэтому скорость полиморфного превращения снижается.
Результаты исследований, направленных на изучение влияния
неорганических добавок обычно вводимых в промышленные сорта
АС, а именно: сульфатной (0,27 % (NH4)2SO4), фосфатно-сульфатной
(0,18 % (NH4)2SO4+0,3 % P2O5) и магнезиальной добавки (0,35 % MgO),
показали, что добавки замедляют переход IV↔III по сравнению с
чистой солью (табл. 9).
Таблица 9
Влияние неорганических добавок и влажности на константу
скорости полиморфных превращений АС
Переходы III↔IV, которые сопровождаются наибольшими
объемными изменениями, протекают только в присутствии влаги, а
снижение влажности и ввод неорганических добавок помогают
сохранить исходные физико-механические свойства нитрата аммония.
Такое замедляющее действие добавок связано с образованием твердых
34
растворов, которые приводят к снижению подвижности элементов
кристаллической решетки АС.
Лабораторная работа 1
Конвективная и термо-вакуум-импульсная сушка аммиачной
селитры
Цель работы: сравнить конвективную и ТВИ-сушку аммиачной
селитры.
Приборы, приспособления и материалы: Сушильный шкаф ШС-3,
ТВИ-установка, тара для сушки, весы. Гранулированная аммиачная
селитра марок А, Б, П с фракцией х > 1мм, порошкообразная
аммиачная селитра марок А, Б, Ч с фракцией 0,315<x<1мм.
Методика конвективной сушки аммиачной селитры различных
марок
Образцы АС различных марок с тарой предварительно до
конвективной сушки (КС) взвешиваются на весах ВМ 313 (с пределом
взвешивания 0,02–310 г с ценой деления 1мг и допускаемой
погрешностью ± 10мг). Затем они помещаются в термошкаф ШС-3.
Температура в нем фиксированная 50, 80, 110 °С. Через каждые
20–60мин образцы взвешиваются до тех пор, пока они не достигнут
постоянной массы.
Влажность АС вычисляется по формуле (7) [24]:
W = (m1 – m2) / (m1 - mt)• 100 %, (7)
где m1 – масса тары с АС до сушки, m2 – масса тары с АС после
сушки, mt – масса тары.
Методика проведения ТВИ-сушки аммиачной селитры
различных марок
Сначала определяется масса образцов АС различных марок до
сушки. Затем они загружаются в ТВИ-установку и проводится сушка
различными режимами:
ТВИП – сушка осуществляется ТВИ-прососом горячего
теплоносителя вакуумом через слой материала в течение 5 минут.
Количество импульсов зависит от влажности материала.
ТВИП+ТВИС(5+5) или ТВИП+ТВИС(5+1) – прогрев образца
осуществляется ТВИ – прососом (ТВИП) горячего теплоносителя
35
вакуумом через слой материала в течение 5 минут. Затем закрывается
подача горячего теплоносителя с расходом 475 л/мин и набирается в
ресивере вакуум до 3,2–13 кПа. После достижения требуемого
значения вакуума осуществляется импульсное вакуумирование в
течение 5 минут (или 1 минуты) в режиме ТВИС. Количество циклов
(прогрев – вакуумирование) ограничивается условием достижения
постоянной массы материала.
КС+ТВИС – это циклическое чередование нагреввакуумирование. Конвективный нагрев осуществляется с помощью
промышленного фена марки BOSCH GHG 660 LCD Professional с
расходом воздуха 475 л/мин (375, 275 л/мин) в течение 5 минут.
Точность измерения температуры на выходе сопла и индикаторе ±5 %.
В это время набирается вакуум до 3,2–13 кПа. Затем подача воздуха
отключается и проводится импульсное вакуумирование материала в
течение 5 минут. Количество циклов устанавливается индивидуально,
в зависимости от содержания влаги. Сушка ведется до постоянного
веса.
Ф+КС+ТВИС 700С (или 50 °С) – режим термо-вакуумимпульсной сушки, состоящий из конвективного нагрева при Т = 70 °С
(или 50 °С) со скоростью подачи теплоносителя 475 л/мин и
вакуумирования, в обогреваемой форме Т = 70 °С (или 50 °С),
КС+ТВИС70-Ф – режим термо-вакуум-импульсной сушки,
состоящий из конвективного нагрева при 700С и вакуумирования, без
обогрева формы
Высушенные до постоянной массы образцы АС различных
марок после сушки взвешиваются и определяется их влажность по
формуле (7).
Устройство ТВИ-установки
Экспериментальный стенд (рис. 12) состоит из двух линий:
нагревательной и вакуумной, которые включают в себя
экспериментальный реактор, фен промышленный марки BOSCH GHG
660 LCD Professional, вакуумный насос марки 2НВР-5Д, ресивер,
запорно-регулирующие и отсечные клапаны, теплообменникиконденсаторы, сетчатый контейнер для изучаемого материала.
36
Рис. 12. Экспериментальный стенд для отработки термо- вакуум-
импульсных технологий:
1 – воронка Бюхнера с рубашкой, 2 – крышка, 3 – колба Бунзена,
4 – воздухонагреватель, 5 – термостат, 6 – ресивер, 7 – вакуумный
насос, 8 – восьмиканальный измеритель-регулятор, 9 – компьютер,
10 – термопары, 11 – датчик давления, 12 – электромагнитный
клапан, 13 – исследуемый образец
Система управления построена на базе двух программируемых
восьмиканальных микропроцессоров ОВЕН ТРМ 138. Установка
оснащена датчиками температур (хромель-копелевые термопары
ДТПL011-0.5/1.5), датчиков давления, манометром. В процессе
эксперимента измеряются следующие показания: температуры
исследуемого объекта в трех места, среды в камере, теплоносителя на
входе и на выходе из камеры, охлаждающей воды на входе и на
выходе из теплообменника-конденсатора, измерение избыточного
давления в камере во время конвективного нагрева, глубина вакуума в
ресивере и в камере во время вакуумирования.
Для осуществления связи ПК с ТРМ 138, подключенные через
преобразователь интерфейса ОВЕН АС4, используется программное
обеспечение SCADA-система OWEN PROCESS MANAGER.
Экспериментальный стенд позволяет имитировать широкий
круг реальных процессов сушки и пропитки кристаллических и
капилляро-пористых материалов, исследовать кинетику сушки и
пропитки при различных технологических условиях (температурах,
соотношениях объемов камеры и ресивера, глубины вакуума,
длительности воздействия нагрева и вакуумирования и т.д.).
Модульная конструкция экспериментального стенда позволяет
37
осуществлять быструю смену камер, запорного оборудования и
контрольно-измерительных приборов. Изучение технологических
ТВИ-процессов на экспериментальном стенде дает возможность
получить закономерности позволяющие корректировать
производственно-технологические режимы сушки и пропитки
материалов в реальных установках промышленного производства.
Задание 1. Построить кривые сушки, кривые скорости сушки и
температурные кривые АС различных марок для каждого из способов
сушки при температуре 50, 80, 100–110 °С. Объяснить
интенсификацию ТВИ-сушки по сравнению с конвективной.
Задание 2. Оценить полученную равновесную влажность в
зависимости от температуры, способа сушки, дисперсности АС, марки
и плотности АС.
Содержание отчета
Отчет должен содержать: наименование и цель работы,
теоретические сведения по теме лабораторной работы, эскиз ТВИустановки, кривые сушки, кривые скорости сушки и температурные
кривые АС различных марок для каждого из способов сушки при
температуре 50, 80, 100–110°С. Результаты испытаний и обработка
экспериментальных данных, их расчет и анализ, выводы по работе.
Лабораторная работа 2
Классификация аммиачной селитры в результате сушки
Цель работы: изучение влияния способов сушки на
дисперсность аммиачной селитры.
Приборы, приспособления и материалы: тара, весы, набор сит
(1 – 0,5 – 0,315 мм – поддон). Гранулированная аммиачная селитра
марок А, Б, П с фракцией х > 1 мм, порошкообразная аммиачная
селитра марок А, Б, Ч с фракцией 0,315<x<1 мм.
Методика определения дисперсности АС после сушки
Определение дисперсности проводится классификацией АС с
помощью набора сит (1мм – 0,5мм – 0,315мм – поддон) после
конвективной сушки КС и ТВИ- сушки в режимах ТВИП,
ТВИП+ТВИС (5+5), ТВИП+ТВИС (5+1), КС(5)+ТВИС(5),
КС(10)+ТВИС(5) с температурами теплоносителя 50, 80 и 110 °С.
Фракционный состав определяется по формуле (8):
С= (m1 - m2) / m3 • 100%, (8)
38
где С – остаток вещества на определенном сите, %, m1 – масса сита с
веществом, г, m2 – масса сита, г, m3 – общая масса АС, поступившей
на классификацию, г
Задание. Провести классификацию высушенной АС с помощью
набора сит и вычислить по формуле (2) фракционный состав. Оценить
степень разрушения АС после каждого способа сушки.
Содержание отчета
Отчет должен содержать: наименование и цель работы,
теоретические сведения по теме лабораторной работы, эскиз ТВИустановки, Результаты испытаний и обработка экспериментальных
данных, их расчет и анализ, выводы по работе.
Контрольные вопросы к лабораторным работам 1 и 2:
1. Какие марки АС бывают? Чем они отличаются? Какие марки
наиболее применимы для производства ПВВ?
2. Основные достоинства и недостатки АС
3. Статика сушки. Условие протекания процесса сушки. При
каких условиях сушка невозможна?
4. Каковы основные движущие силы процесса сушки?
5. По каким принципам происходит ТВИ-сушка, конвективная,
кондуктивная и радиационная сушки? Отметьте достоинства и
недостатки каждого из способов.
6. За счет чего происходит интенсификация ТВИ-сушки в
отличии от других видов сушки.
7. Особенности сушки аммиачной селитры.
8. За счет чего возможно изменение дисперсного состава АС
после сушки? Объясните механизм протекания этого процесса.
9. Каково влияние марки и начальной дисперсности АС на
изменение дисперсности после сушки?
10. Каково влияние импульсного воздействия при ТВИ-сушке
на степень разрушения после сушки?
11. Каково влияние температуры и режима сушки на изменение
дисперсности после сушки?
39
2. ПРОСТЕЙШИЕ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ВЗРЫВЧАТЫЕ
ВЕЩЕСТВА
2.1 Капиллярная пропитка твердого тела жидкостью. Условие
самопроизвольной пропитки
Самопроизвольная пропитка осуществляется под действием
капиллярного давления Рк, обусловленного разностью между
давлением плоского поверхностного слоя Ро и давлением
искривленного поверхностного слоя жидкости Рр. Капиллярное
давление возникает из-за искривления поверхности жидкости и
зависит от ее формы, и вычисляется по формуле (9).
где, σ
Рк = Рр – Ро = 2σ
– поверхностное натяжение жидкости, r – радиус кривизны
ж-г
/ r, (9)
ж-г
поверхности жидкости.
Капиллярное давление Рк < 0 для вогнутых поверхностей
жидкости, Рк > 0 – для выпуклых поверхностей жидкости, а для
плоских поверхностей Рк = 0.
С помощью капиллярного давления смачивающая жидкость
поднимается, а несмачивающая жидкость опускается в
цилиндрическом капилляре радиусом r и сферическим мениском на
высоту l по формуле (10).
l = 2σ
·cos θ/ r ·g ·γ, (10)
ж-г
где γ – плотность жидкости, g – ускорение свободного падения, θ –
краевой угол смачивания.
Смачивание характеризуется краевым углом смачивания θ. Если
θ≈0°, – полное смачивание поверхности жидкостью, 00 < θ < 90° –
ограниченное смачивание, θ > 90° – нет смачивания. Смачивающая
жидкость под действием капиллярных сил всегда перемещается из
широких капилляров в узкие, а несмачивающая жидкость, наоборот.
Условие самопроизвольной пропитки можно представить в виде
зависимости (11):
σ
·cos θ > 0 (11)
ж-г
Это означает, что самопроизвольная пропитка возможна, если
жидкость смачивает твердое тело, т.е. если θ < 90°. Чем меньше угол
смачивания θ, тем легче должна осуществляться пропитка. Если θ≈90°,
то для активной пропитки необходимо будет приложить внешнее
давление.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]