CC BY
49
УДК 66.047
С. Ю. Игнатьева, В. Я. Базотов, В. Ф. Мадякин, А. В. Пальцев, Д. А. Захаров, Т. Р. Хасанов
ИЗУЧЕНИЕ УДЕРЖИВАЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ
АММИАЧНОЙ СЕЛИТРОЙ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА
Ключевые слова:аммиачная селитра,дизельное топливо, конвективная сушка, термо-вакуум-импульсныережимы сушки, заводская пропитка, термо-вакуум-импульсная пропитка, впитывающая и удерживающая способность.
Исследование влияния различных факторов на удерживающую способность аммиачной селитрой дизельного топлива.
Keywords:ammonium nitrate, diesel fuel, convective drying,thermo-vacuum-pulse drying modes, factory impregnation, thermo-
vacuum- impulse impregnation,absorbency and retention capacity.
Research of influence of various factors on the retention capacity ammonium nitrate of diesel fuel.
Простейшие промышленные вещества (ПВВ) представляют собой механическую смесь типа АС-ДТ, которая состоит из аммиачной селитры (АС), пропитанной 5,5-6% дизельного топлива (ДТ). Такие ПВВ отличаются простотой изготовления и низкой стоимостью. Но ПВВ типа АС-ДТ расслаивается при хранении, и часть жидкой фазы мигрирует в нижние слои заряда и флегматизирует его. Поэтому инструкция по эксплуатации рекомендует использовать такое ПВВ в течение той же смены и разрешает небольшой избыток дизельного топлива в рецептуре при проведении подземных работ (более 5,5% ДТ) из-за его потери за счет испарения и поглощения породой, окружающей заряд [1].
В ранее проведенной работе [2] определялась впитывающая способность аммиачной селитры. За 1,5 часа миграции дизельного топлива из пропитанной им селитры оно не успевает полностью стечь. Поэтому для определения удерживающей способности АС необходимо вычисление впитывающей способности и изучение ее изменения при длительном хранении. Удерживающая способность полнее характеризует пористость АС, следовательно, и физическую стабильность ПВВ типа АС-ДТ.
Определение впитывающей и удерживающей способности АС марок П, Ап (порошок с фракцией 1>х>0,5мм), Агр (гранулы с фракцией х>1мм), Ч (порошок с фракцией 1>х>0,5мм), гранулированной Бгр проводилось для влажной АС и после ТВИ-сушки в режимах (ТВИП), (ТВИП+ТВИС 5+5), (ТВИП+ТВИС 5+1), после конвективной сушки (КС) при температурах 1100С, 800С, 500С, после заводской и термо-вакуум-импульсной (ТВИ) пропитки. Подробное описание режимов сушки, методик проведения заводской и ТВИ-пропитки, формулы определения впитывающей способности АС приведены в работах [2, 3].
В таблице 1 представлены значения впитывающей и удерживающей способности АС различных марок после заводской пропитки.
Из таблицы 1 следует, чтовлажная и не подвергшаяся тепловому воздействию сушки гранулированная АС рассматриваемых марок П,
Таблица 1 - Заводская пропитка АС различных марок при различных температурах и технологиях сушки
Технология Влажнос Впиты- Удержи-
сушки ть АС, % вающая способность АС, % вающая способность АС после 15 дней выдержки, %
1 2 3 4
Аммиачная селитра марки П
Влажная 0,35 8,36 5,3
Температура сушки 1100С
КС 0,02 10,78 7,33
ТВИП 0,012 10,81 7,48
ТВИП+ТВИС 0,03 10,78 7,33
5+5
ТВИП+ТВИС 0,04 12,3 8,6
5+1
Температура сушки 800С
КС 0,036 10,91 7,95
ТВИП 0,169 11,5 8,19
ТВИП+ТВИС 0,022 11,29 8,1
5+5
ТВИП+ТВИС 0,078 10,69 7,5
5+1
Температура сушки 500С
КС 0,32 11,17 8,24
ТВИП 0,284 11,01 7,72
ТВИП+ТВИС 0,245 10,87 7,65
5+5
ТВИП+ТВИС 0,184 10,83 7,88
5+1
Аммиачная селитра марки Ап
Влажная 0,33 9,8 7,06
Температура сушки 1100С
КС 0,045 16,46 12,14
ТВИП 0,035 13,85 10,04
ТВИП+ТВИС 0,011 25 19,45
5+5
ТВИП+ТВИС 0,028 28,22 23,5
5+1
Окончание таб. 1
1 2 3 4
Температура сушки 800С
КС 0,012 19,57 15,07
ТВИП 0,103 21,45 17,06
ТВИП+ТВИС 0,072 29,46 23,2
5+5
ТВИП+ТВИС 0,162 24,59 19,7
5+1
Температура сушки 500С
КС 0,185 21,62 18,64
ТВИП 0,172 19,27 15,48
ТВИП+ТВИС 0,098 22,7 18,6
5+5
ТВИП+ТВИС 0,167 24,99 20,65
5+1
Аммиачная селитра марки Агр
Влажная 0,35 4,34 2,69
Температура сушки 1100С
КС 0,02 13,07 Увлаж-ся
ТВИП 0,014 7,019 6,57
ТВИП+ТВИС 0,015 7,22 Увлаж-ся
5+5
ТВИП+ТВИС 0,035 9,42 Увлаж-ся
5+1
Температура сушки 800С
КС 0,212 7,77 7,07
ТВИП 0,194 7,75 7,15
ТВИП+ТВИС 0,017 8,07 7,62
5+5
ТВИП+ТВИС 0,112 7,59 7,35
5+1
Температура сушки 500С
КС 0,314 9,08 7,9
ТВИП 0,219 8,57 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 0,109 7,04 Увлаж-ся
5+5
ТВИП+ТВИС 0,131 7,3 Увлаж-ся
5+1
Аммиачная селитра марки Ч
Влажная 0,102 9,3 4,58
Температура сушки 1100С
КС 0,014 9,12 6,82
ТВИП 0,014 8,83 6,5
ТВИП+ТВИС 0,01 14,19 10,363
5+5
ТВИП+ТВИС 0,01 10,03 7,37
5+1
Температура сушки 800С
КС 0,031 9,58 6,95
ТВИП 0,031 11,07 8,11
ТВИП+ТВИС 0,028 9,17 7,17
5+5
ТВИП+ТВИС 0,015 10,54 -
5+1
Температура сушки 500С
КС 0,039 7,78 5,86
ТВИП 0,069 10,68 8,38
ТВИП+ТВИС 0,05 7,87 5,4
5+5
ТВИП+ТВИС 5+1 0,071 11,67 10,14
Аммиачная селитра марки Бгр
Влажная 0,32 3,3 2,9
Температура сушки 1100С
КС 0,029 5,22 Увлаж-ся
ТВИП 0,019 5,13 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+5 0,011 4,65 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+1 0,005 4,99 Увлаж-ся
Температура сушки 800С
КС 0,078 4,81 Увлаж-ся
ТВИП 0,112 4,83 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+5 0,083 5,15 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+1 0,114 5,14 Увлаж-ся
Температура сушки 500С
КС - - -
ТВИП 0,193 5,65 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+5 0,166 5,7 Увлаж-ся
ТВИП+ТВИС 5+1 0,186 6,81 Увлаж-ся
Агр, Бгр имеет малые значения впитывающей способности для АС марки П -8%, для Агр - 4%, а для Бгр - 3,3% при наличии в порах и капиллярах влаги и воздуха. После выдержки в течение 15 дней при естественных условиях (без перемешивания образцов) удерживающая способность дизельного топлива аммиачной селитрой марки П равна 5%, Агр - 2,7%, а Бгр - 2,9%. Эти значения вполне согласуются с данными, представленными в [1]. Содержащаяся во влажной и не подвергшейся тепловому воздействию АС вода затрудняет удерживание требуемого количества 5,5-6% дизельного топлива в ее капиллярах. Впитывающая способность влажной порошкообразной АС марок Ап равна 9,8%, а Ч - 9,3%. Удерживающая способность влажной порошкообразной АС марок Ап - 7,06% и Ч - 4,58% выше, чем гранулированной. Это связано с повышенной удельной поверхностью АС, образующейся при получении требуемых фракций. Порошкообразная АС поглощает дизельное топливо и удерживает его за счет абсорбционных и капиллярных сил,и по прошествии определенного количества времени за счет слабых адгезионных взаимодействий часть ДТ из верхних слоевиспаряется, а другая часть мигрирует в нижние слои. На рисунке 1 представлено сравнение изменение массы образцов смеси (АС+ДТ) для влажной АС марки Ас влажностью 0,3% в порошкообразной (Ап+ДТ) и гранулированной форме (Агр+ДТ).
Пока на поверхности образцов находится большое количество слабо связанного с АСдизельного топлива, оно испаряется вне зависимости от условий окружающей среды, что наиболее ярко иллюстрирует образец на основе порошкообразной АС с развитой поверхностью
марки Ап. Когда дизельное топливо испарится с поверхности АС, масса образца начинает изменяться согласно изменению параметров окружающего воздуха. Увеличение массы образцов (положительные значения) при высоких температуре и влажности воздуха указывает на то, что влага окружающей среды начинает конденсироваться на поверхность АС и увлажнять ее при испарившемся ДТ. Эти механизмы справедливы и для высушенной порошкообразной и гранулированной АС различных марок.
Таблица 2 - Анализ способов пропитки АС различных марок дизельным топливом
Рис. 1 - Анализ влияния формы частиц АС марки А на испарение ДТ в смеси (АС+ДТ)
Процесс сушки АС различных марок способствует увеличению поверхности из-за увеличения количества капилляров АС вследствие ее полиморфизма, что приводит вместе с удалением влаги и части защепленного воздухак увеличению впитывающей способности за счет увеличения общей поверхности. На ее значение для определенной марки АС существенного влияния не оказывает способ сушки, температура теплоносителя и конечная влажность вещества. Поэтому в отличие от удерживающей способности влажной и не подвергшейся тепловому воздействию гранулированной АС удерживающая способность высушенной АС марки П увеличивается с 5% до 78%, марки Агр - с 2,7% до 6-7%, марки Бгр - с 2,9% до 4-5%, порошкообразной АС марки Ап с 7% до
4,6%
до 7%. сразу же после
способности способами и при температурах сушки показывает, заводской
17%, а АС марки Чс гранул АС впитывающей различными
Увлажнение определения высушенной различных что технология пропитки не обеспечивает качественную адсорбцию дизельного топлива за счет наличия в мелких капиллярах воздуха и водяных паров, препятствующих проникновению и удержанию ДТ на стенках капилляров АСза счет абсорбционных сил.
Данные впитывающей и удерживающей способности АС различных марок после предлагаемой термо-вакуум-импульсной-пропитки приведены в таблице 2.
Способ сушки при Т=1100С Впитывающая способность, % Удерживающая способность АС после 15 дней выдержки, %
ТВИ- пропитка АС Дизельным Топливом
(ТВИП)АС марки П 20,61 17,97
(ТВИП)АС марки Агр 11,1 9,5
(ТВИП)АС марки Ап 26,27 22,06
(КС)АС марки П 22,58 -
(КС)АС марки Агр 16,08 14,22
Заводская пропитка АС Дизельным Топливом
(ТВИП)АС марки П 10,81 7,48
(ТВИП)АС марки Агр 7,019 6,55
(ТВИП)АС марки Ап 13,85 10,58
(КС)АС марки П 10,78 7,33
(КС)АС марки Агр 13,07 Увлаж-ся
Технология термо-вакуум-импульсной пропитки АС дизельным топливом способствует увеличению удерживающей способности АС различных марок за счет удаления воздуха и водяных паров из мелких капилляров, увеличения за счет этого удельной поверхности АС и усиления абсорбционных связейс необходимым количеством ДТ на увеличенной активной поверхностиАС.
По полученным экспериментальным данным можно сделать следующие выводы:
1. АС с влажностью, соответствующей ГОСТ 285, и не подвергшаяся тепловому и механическому воздействию имеет малую величину удерживающей способности.
2. Порошкообразная АСс влажностью, соответствующей ГОСТ 2-85, в следствие измельчения обладает большей удерживающей способностью по сравнению с гранулированной за счет высокой удельной поверхности.
3. Пропитка АС дизельным топливом препятствует проникновению влаги из воздуха. После испарения ДТ с поверхности АС начинают оказывать влияние параметры окружающей среды и АС увлажняется. Эти механизмы имеют место для влажной и высушенной порошкообразной и гранулированной АС различных марок.
4. Сушка приводит к удалению влаги из капилляров АС, увеличению поверхности за счет растрескивания АС вследствие полиморфных превращений во время процесса сушки и
увеличению впитывающей и удерживающей способности не зависимо от способа сушки, температуры теплоносителя и конечного влагосодержания.
5. Технология заводской пропитки не обеспечивает качественную адсорбцию ДТ в отличие от технологии ТВИ-пропитки аммиачной селитры дизельного топлива при удалении воздушных пробок и водяного пара.
Литература
1 З.Г. Поздняков, Б.Д. Росси. Справочник по промышленным взрывчатым веществам и средствам взрывания. Недра Москва 1976. 252с.
2 С.Ю. Игнатьева, В.Я. Базотов, В.Ф. Мадякин, Вестник Казанского технологического университета, 23, 348351, (2014).
3 С.Ю. Игнатьева, В.Я. Базотов, В.Ф. Мадякин, Д. А. Захаров, Вестник технологического университета, 15, 130-132, (2015).
© C. Ю. Игнатьева - старший научный сотрудник УПК КНИТУe-mail: [email protected], В. Я. Базотов - заведующий кафедры ТТХВ КНИТУ, В. Ф. Мадякин - доцент кафедры ТТХВ КНИТУ e-mail: [email protected], А. В. Пальцев -инженер УПК КНИТУ, Д. А. Захаров - магистр группы 114-М9 кафедры ТТХВКНИТУ, Т. Р. Хасанов - магистр группы 415-МП41 кафедры ХТПНГКНИТУ.
© S. Y. Ignatieva - Senior Researcher UPK KNRTU, [email protected], V. Y. Bazotov - Head of the Department TTHV KNRTU, V. F. Madyakin - Associate Professor of TTHV KNRTU, [email protected], A. V. Palcev - engineer UPK KNRTU, D. A. Zaharov - student group 114- M9TTHV KNRTU, T. R. Hasanov - student group 415- MH41HTPNG KNRTU.
