Активирование внутренней поверхности аммиачной селитры различных марок методами термо-вакуум-импульсного воздействия Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 66.047

С. Ю. Игнатьева, В. Я. Базотов, В. Ф. Мадякин АКТИВИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ РАЗЛИЧНЫХ МАРОК МЕТОДАМИ ТЕРМО-ВАКУУМ-ИМПУЛЬСНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ

Ключевые слова: аммиачная селитра дизельное топливо, конвективная сушка, термо-вакуум-импульсные технологии.

Сушка способствует удалению влаги и воздуха из капилляров нитрата аммония. В зависимости от вида сушки изменяется степень проникновения и удержания дизельного топлива в аммиачной селитре.

Keywords:ammonium nitrate, diesel fuel, convective drying,thermo-vacuum-pulsetechnology.

Drying helps to remove air and moisture from the capillary ammonium nitrate. Depending on the type of drying varies the degree ofpenetration and retention of the diesel fuel into ammonium nitrate.

Начиная, с 60-х годов XX столетия ассортимент отечественных промышленных взрывчатых веществ (ПВВ)пополнился

гранулированными взрывчатыми веществами (ББ)-взрывчатые смеси, состоящие из аммиачной селитры (АС), сенсибилизированной горючими невзрывчатыми добавками (ДТ — дизельным топливом, алюминиевым порошком, углем и др.), такими, как игданит, гранулиты, зерногранулиты. С появлением новых ПВВ стало возможным в значительной мере механизировать, а в ряде случаев и автоматизировать, процессы заряжения скважин и интенсифицировать взрывные работы. Эти взрывчатые смеси получили название простейшие ПВВ. К сожалению,при существующих в настоящее время технологияхне обеспечивается

равномерностьего пропитки,что вызывает нестабильность взрывчатых характеристик. Применением пористой аммиачной селитры можно улучшить впитывание и удерживание надлежащего количества жидкого топлива, но ее собственное производство невелико, и поэтому для производства игданита, в основном, используется аммиачная селитра других марок.

Присущая повышенная гигроскопичность АС, ее слабая удерживающая способность пропитывающего вещества и его эксудация приводит к снижению чувствительности ПВВ к инициирующему импульсу и снижению детонационных и изменению физико- механических характеристик [1]. Необходимое увеличение стабильности физико- механических и специальных характеристик можно достигнуть увеличением активной поверхности АС с помощью сушки для последующей пропитки органическими веществами.

Из всех видов сушки по критерию цена -качество наиболее приемлема термо- вакуум-импульсная сушка, обеспечивающая получение наиболее открытой активной поверхности в капилляропористом теле каким является АС, и позволяющая осуществить ее пропитку органическими веществами на этой же установке.

Для экспериментальных исследований были выбраны селитры марок: «Ч», «А», «Б», «П». АС марок А, Ч предварительно измельчали и просеивали через сита с отбором фракции 10,315мм, затем закрывали в вакуумный контейнер

для сохранения начальной влажности. Заводская гранулированная селитра марки Б делилась на 2 части: гранулированную и измельченную, просеянную через сита фракции 1- 0,315мм, после чего обе помещались в вакуумные контейнеры, представляющие собой стеклянные емкости с вакуумными крышками. Над АС марки П предварительную подготовку не осуществляли и ее сразу упаковывали в вакуумный контейнер.

Из ранее проведенной работы [2], известно, что наиболее оптимальным режимом ТВИ сушки АС является термо - вакуум - импульсной сушка с прососом горячего теплоносителя при температуре 1100С через слой АС.

Сушку аммиачной селитры осуществляли на экспериментальном стенде по отработке ТВИ-технологий [2,3].

Высушенная этим методом АС различных марок до влажностименее0,1% обладает пониженной гигроскопичностью и отсутствием разрушающих структуру АС полиморфных переходов. Оптимальная температура сушки- 1100С.

Методика проведения ТВИ-сушки заключается в следующем. АС помещали в контейнер для сушки и определяли егомассу до сушки. Затем контейнерфиксировали в ТВИ -установке и проводили сушку в режиме ТВИ-прососа горячего теплоносителя до 5 циклов по 7 импульсов по 5 минут в цикле. В основу цикла сушки была положена технология, заключающаяся в предварительном наборе вакуума до -0,9кгс/см2 и последующим ТВИ-прососе горячего теплоносителя с температурой 110С через толщу материала в течение 5 минут. После чего, вакуум набирался заново и импульс повторялся. После каждого цикла стакан с АС взвешивался и вычислялась влажность по формуле 1.

W = (Ш! - Ш2) / (Ш2 - шО* 100% (1)

где Ш1 - масса тары с АС до сушки, ш2 - масса тары с АС после сушки, щ - масса тары.

Для сравнения аммиачная селитра была высушена по технологии конвективной сушки(КС) при температуре 110С,имитирующей заводскую технологию. Экспериментальные данные по полученной в результате сушки влажности АС различных марок приведены в таблице 1.

Метод определения впитывающей способности, имитирующий заводскую технологию пропитки, основан на впитывании гранулами аммиачной селитры дизельного топлива при комнатной температуре. На рисунке 1 представлена установка для пропитки аммиачной селитры дизельным топливом

Рис. 1 - Установка для пропитки аммиачной селитры дизельным топливом, имитирующая заводскую технологию

Технология пропитки, имитирующая заводскую технологию, заключалась в следующем: навеску около 50 г гранул селитры, предварительно отсеянную от мелких фракций на сите с отверстиями 0,5 мм и взвешенную с точностью 0,01г, засыпают через стеклянную воронку в чистую сухую бюретку 1 с краном 2, установленную на штативе вертикально. Затем в стеклянный стаканчик 3 с той же точностью отвешивают 25 г дизельного топлива марки Л или З (ГОСТ Р 52368-2005).Топливо из стаканчика выливают без потерь в бюретку 1 с селитрой и наблюдают, чтобы происходило равномерное смачивание всех гранул селитры по высоте бюретки 1. Стаканчик 3 с небольшими остатками топлива на стенках и на дне помещают под кран 2 бюретки 1. Пропитку гранул топливом в бюретке 1 при закрытом кране 2 производят в течение 20 мин, после чего кран 2 бюретки 1 открывают и оставляют на 1,5 ч для свободного стекания их излишков. Время пропитки в данном опыте принято равным продолжительности механического смешения компонентов при заводском изготовлении ПВВ [4].

По окончании стекания кран 2 бюретки 1 закрывают и повторно взвешивают стаканчик 3. Разность весов жидкости до и после опыта, отнесенная к 50 г навески селитры и выраженная в процентах (по формуле 2), характеризует впитывающую способность ее гранул.

В=(ш1-ш2)/ш3*100%, (2)

где, ш1- масса ДТ и стакана до пропитки; ш2- масса ДТ и стакана после пропитки; шЗ-масса АС.

Производят 3 параллельных опыта и вычисляют среднее арифметическое значение впитывающей способности.

На рисунке 2 представлена ТВИ -установка для ТВИ-пропитки аммиачной селитры дизельным топливом.

Методика определения впитывающей способностиАС дизельного топливас помощью ТВИ-пропитки на ТВИ-установке заключается в следующем:

Рис. 2 - ТВИ-установка для ТВИ-пропитки аммиачной селитры дизельным топливом

АС засыпают в бюретку №2 при этом кран 2.1 закрыт, а 3.1 и 3.2 открыты. Набирают вакуум -0,92 кгс/см2 и после его набора включают электромагнитный клапан и осуществляют импульсное вакуумирование АС. В бюретку №1 заливают ДТ. Кран 1.1 закрыт. Снова набирают вакуум. Затем краны 1.1, 2.1, 3.1 и 3.2 открывают, и осуществляют пропитку аммиачной селитры дизельным топливом. Каплеотбойник№3 применяется для того, чтобы снизить улетучивание ДТ. Вакуумный насос отключают, кран 2.1 закрывают,при этом происходит выдержка в течение 20 минут. По истечению 20 минут кран 2.1 открывают и оставляют на 1,5 часа для стекания дизельного топлива в стаканчик 4.

По окончанию стекания кран 2.1 бюретки №2 закрывают и повторно взвешивают стаканчик 4. Впитывающую способность АС определяют по формуле 2.

В таблице 1 приведены данные поопределению впитывающей способности АС дизельным топливом в зависимости от ее влажности и способа сушки.

Таблица 1 - Определение впитывающей способности АС дизельным топливом в зависимости от ее влажности

Вид пропитки Влажность АС, % Впитывающая способность АС, %

1 2 3

Пропитка 0,3-0,35 9,8

заводской АС

марки А (порошок)

Пропитка 0,4 8,8

заводской АС марки Б (гранулы)

Пропитка 0,178 9.76

заводской АС

марки П

Окончание табл.1

1 2 3

Пропитка заводской АС марки Ч 0,118 9.3

Пропитка после КС АС марки А (порошок) 0,12 16,5

Пропитка после КС АС марки Б 0,05 13,68

Пропитка после КС АС марки П 0,066 11,93

Пропитка после КС АС марки Ч 0,106 9,24

Пропитка после ТВИП АС марки А 0,07 11,78

Пропитка после ТВИП АС марки Б (порошок) 0,06-0,2 11,75

Пропитка после ТВИП АС марки П 0,09 10,59

Пропитка после ТВИП АС марки Ч 0,035 9,71

ТВИ-пропитка после КС АС марки Б (порошок) 0,05 29,6

ТВИ-пропитка после ТВИП АС марки Б (порошок) 0,06 29,42

ТВИ-пропитка после ТВИП АС марки Б (гранулы) 0,02 23,35

ТВИ-пропитка после ТВИП АС марки П 0,06 17,57

Результаты экспериментапоказали, чтопри имитации заводской пропитки с уменьшением влажности впитывающая способность

увеличивается, при этом впитывающая способность, при близких значениях влажности, для КС и ТВИ сушки почти неотличимы, что связано, по-видимому, с тем, что при сбросе давления активизированная поверхность при ТВИ сушке заполняется воздухом, который препятствует проникновению ДТ в структуру АС. При пропитке по ТВИ- технологии, предварительно высушенной и отвакуумированной АС,происходитмаксимальное активирование ее внутренней поверхности, что способствует проникновению ДТ вглубь активированной капилляро-пористой структуры АС и удержанию значительно большей массы ДТ на ее поверхности. При пропитке АС необходимым для получения ПВВ количеством ДТ (6%) происходит усиления абсорбционных связей ДТ на увеличенной активной поверхности АС, вследствие этого получается игданит со стабильными физико-механическими характеристиками за счет исключения экссудации и миграции ДТ по объему заряда.

Литература

1 Д.И. Дементьева, И. С. Кононов, Р.Г. Мамашев, В.А. Харитонов. Введение в технологию энергонасыщенных материалов, Алтайский государственный технический университет, Барнаул, 2004, 210 с.

2 С.Ю. Игнатьева, В.Я. Базотов, В.Ф. Мадякин, Вестник Казанского технологического университета, 13, 78-81, (2013).

3 В.Я. Базотов, Т.И. Калинин, А.Е.Никифоров, Я.К. Абрамов, В.Ф. Мадякин, Вестник Казанского технологического университета, 7, 339-346, (2010).

4 З.Г. Поздняков, Б.Д. Росси. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Недра Москва 1976. 252с.

© C. Ю. Игнатьева - старший научный сотрудник УПК КНИТУ, ignatyeva_svt@mail.ru, В. Я. Базотов - проф., зав. каф. ТТХВ КНИТУ; В. Ф. Мадякин - доцент кафедры ТТХВ КНИТУ, madyakin_vf@mail.ru.

© S. Y. Ignatieva - Senior Researcher UPK KNRTU, ignatyeva_svt@mail.ru, V. Y. Bazotov - Head of the Department TTHV KNRTU; V. F. Madyakin - Associate Professor of TTHV KNRTU, madyakin_vf@mail.ru.