Способ изготовления баллиститного пороха непрерывным методом
Владельцы патента RU 2442765:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт полимерных материалов" (RU)
Предлагаемое изобретение относится к области взрывчатых веществ, а именно к способу изготовления баллиститного пороха непрерывным методом. Способ изготовления баллиститного пороха непрерывным методом включает в себя "варку" пороховой массы, отжим, уплотнение и пластификацию, гранулирование и сушку гранул экструдата, повторную пластификацию и формование пороховых элементов требуемых типоразмеров, при этом отжим, уплотнение и предварительную пластификацию а также гранулирование экструдата ведут в верхнем экструдере комплексной двухкаскадной экструзионной установки, а в нижнем экструдере происходит уплотнение и повторная пластификация высушенных гранул за счет сжатия и уплотнения в зоне пластификации. Изобретение позволяет обеспечить безопасность технологического процесса, совместить в одной комплексной двухкаскадной установке несколько технологических операций, повысить эффективность отжима. 2 табл., 1 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области производства взрывчатых веществ, а именно к производству непрерывным способом баллиститного пороха.
Известен шнековый способ изготовления баллиститного пороха, состоящий из технологических операций, выполняемых на специальном оборудовании, разработанном с учетом физико-механических и реологических свойств пороховой массы, связанных между собой транспортными линиями Смирнов Л.А. "Оборудование для производства баллиститных порохов по шнековой технологии и зарядов из них". - М.: МГАХМ, 1997 с.51-57 / Под ред. Забелина Л.В., взятый авторами за прототип.
Однако существующий способ - прототип имеет ряд серьезных недостатков:
- наличие чрезвычайно опасной операции - вальцевания, в конечный период которой возможно уменьшение механической прочности порохового полотна, увеличение неоднородности, диссипативный разогрев и термическое разложение нитроэфиров, что нередко приводит к вспышкам, аварийным ситуациям и потерям дорогостоящего сырья;
- каждая технологическая операция выполняется в отдельном аппарате с индивидуальными электроприводом и системой теплоподвода, находящемся в отдельном помещении, что приводит к увеличению производственных площадей, трудо-, тепло- и энергозатрат;
- в процессе сушки отвальцованный полуфабрикат подвергается воздействию воздуха (до 6500 м3/час) с температурой до 110°С в сушильном барабане или контактирует с разогретой до 100°С в течение 90 мин открытой поверхностью шнек-транспортной сушилки, что ведет к потере нитроэфиров из пороха, снижению его химической и термической стойкости, а также созданию в воздухе производственного помещения и окружающей среды концентраций особо вредных веществ, во много раз превышающих предельно допустимые нормы, например, ПДК нитроглицерина в воздухе рабочей зоны - 0,02 мг/м3;
- необходимость создания дополнительных транспортных связей между зданиями и устройствами, технологическими аппаратами (ленточные, шнековые транспортеры, элеваторы, пневмотранспорт, автотранспорт и т.д.);
- раздробленность технологических операций и большое количество межфазных перемещений порохового полуфабриката приводит к увеличению потерь и низкому коэффициенту использования сырья и материалов.
Задачей предлагаемого изобретения является разработка экономически и технологически эффективного способа изготовления баллиститного пороха, позволяющего снизить тепло- и энерозатраты на 20-25%, трудозатраты - на 15-20%, межфазные транспортные расходы - на 40-50%, повысить коэффициент использования сырья и материалов до 90% против 50-60% при существующем способе. В предлагаемом способе изготовления достигается высокая химическая однородность массы, ее гомогенность, что ведет к улучшению физико-механических и баллистических свойств: снижается разброс значений скорости горения как внутри партии, так и между партиями. Снижение температурно-временных и механических (сдвиговых при вальцевании) воздействий на пороховую массу обеспечивает повышенную химическую стойкость и термическую стабильность пороха.
Техническим результатом изобретения является способ изготовления баллиститного пороха непрерывным методом на комплексной двухкаскадной экструзионной установке, включающий "варку" пороховой массы, отжим, уплотнение, пластификацию и гранулирование пороховой массы, резку и сушку гранул полуфабриката, повторную пластификацию и формование пороховых элементов через пресс-инструмент. При этом отжим, пластификацию, сушку и формование пороховых элементов ведут в комплексной двухкаскадной экструзионной установке. Отжим пороховой массы до остаточной влажности 2…5% осуществляется в зоне отжима верхнего экструдера через фильтрующую решетку при температуре теплоносителя 35…65°С одновременно с вакуум-отсосом технологической воды, затем проводят пластификацию пороховой массы в зонах уплотнения и пластификации верхнего экструдера при температуре теплоносителя 75…95°С и при экструзии пороховой массы через гранулирующую решетку. Выходящий из решетки экструдат режется ножом на гранулы длиной 8…10 мм и под собственным весом попадает в вакуум-сушильную камеру с дистанционным контролем верхнего и нижнего уровней гранул, где в непрерывном режиме, в псевдоожиженном слое, в течение 25…30 мин подвергается сушке горячим воздухом с температурой 60…70°С с дополнительным вакуум-отсосом избыточного воздуха до остаточного давления 0,01 МПа. Высушенные до влажности не более 0,7% пороховые гранулы поступают в нижний экструдер, где подвергаются сжатию, уплотнению, вторичной пластификации и экструзии через прессинструмент при давлении 20,0…35,0 МПа с формованием элементов требуемых типоразмеров
Сущность изобретения представлена на фиг.1, на которой показано, что пороховая масса после фазы «варки» поступает в приемный бункер 1 верхнего экструдера двухкаскадной установки. В зоне отжима 2 при нагнетании и уплотнении пороховой суспензии происходит механический отжим и удаление технологической воды вакуум-отсосом 3 до остаточной влажности 2…5% при температуре теплоносителя 35…65°С. В конической части 4 верхнего экструдера происходит дальнейшее уплотнение массы за счет снижения объема межвиткового пространства по ходу червячного винта, частичная пластификация за счет деформации и процессов аутогезии в пороховой массе и перемещение ее в зону экструзии через обогреваемую гранулирующую решетку 5 с отверстиями диаметром 4…6 мм при температуре теплоносителя 75…95°С. Выходящий через отверстия гранулирующей решетки экструдат режется ножом 6 на гранулы длиной 8…10 мм, которые под собственным весом поступают в вакуум-сушильную камеру в зону непрерывной сушки 7 горячим воздухом с температурой 60…70°С в течение 25…30 мин. Отсос воздуха осуществляется с помощью вакуумных насосов до давления 0,01 МПа. Размер отверстий гранулирующей решетки обеспечивает получение гранул оптимальных размеров с целью качественного проведения процесса сушки при выбранных температурно-временных режимах. Уменьшение размеров гранул ведет к повышению технологической опасности в случае чрезвычайной ситуации, например, при загорании, когда может иметь место резкое увеличение скорости нарастания давления в замкнутом объеме (dP/dt), напрямую зависящее от размеров и плотности частиц. Увеличение размеров гранул ведет к увеличению их массы и невозможности создания псевдоожиженного слоя.
При подаче горячего воздуха через перфорированную стенку вакуум-сушильной камеры навстречу поступающим гранулам в зоне сушки образуется псевдоожиженный слой, благодаря которому обеспечивается интенсивная и равномерная сушка гранул по всему объему. Процесс сушки идет в непрерывном режиме с дистанционным контролем верхнего и нижнего уровней гранул. Температурные режимы (60-70°С) позволяют осуществлять процесс сушки в течение 25-30 мин без потери нитроэфиров. Понижение температуры не обеспечивает получения требуемого содержания влаги (не более 0,7%), повышение температуры ведет к испарению нитроэфиров с поверхности гранул и неравномерности физико-химических свойств полуфабриката.
Высушенные гранулы с влажностью не более 0,7% непрерывно поступают в загрузочный бункер нижнего экструдера 8 с зонами уплотнения и окончательной пластификации 9 при температуре 75-95°С и давлении 20,0…35,0 МПа, создаваемого в зоне прессования 10 перед пресс-инструментом. Монолитная пороховая масса поступает в пресс-инструмент 11 для формования элементов требуемых типоразмеров.
Основные технологические операции, оборудование и режимы переработки баллиститного пороха по прототипу и заявленному способу представлены в таблице 1.
Основные свойства баллиститного пороха, изготовленного по заявляемому способу, представлены в таблице 2 в сравнении с порохом, изготовленным по прототипу:
Представленные в таблице 2 данные свидетельствуют о более высокой однородности пороха, изготовленного по предлагаемой технологии, а это существенно влияет на термическую стойкость и баллистические характеристики, что в целом повышает эффективность боевой установки, т.к. за счет снижения внутри- и межпартийного разброса скорости горения обеспечивается высокая точность попадания в цель одиночных и залповых выстрелов.
Таким образом, предлагаемый способ непрерывного изготовления баллиститного пороха позволяет:
- исключить наиболее опасную фазу производства - операцию вальцевания,
- совместить в одной комплексной двухкаскадной экструзионной установке несколько технологических операций, упростить технологическую схему;
- ввести дополнительный вакуум-отсос в зоне отжима пороховой массы от воды и повысить эффективность отжима;
- осуществлять непрерывную сушку гранулированного полуфабриката горячим воздухом с температурой 60…70°С в псевдоожиженном слое с вакуум-отсосом воздуха из вакуум-сушильной камеры, что повышает эффективность сушки и исключает вероятность зависания гранул в вакуум-сушильной камере;
- обеспечить повышение комплекса эксплуатационных характеристик баллиститного пороха в целом.
| Таблица 1 | ||
| Технологические операции и условия переработки | Оборудование и значение режима переработки | |
| Прототип | Заявляемый способ | |
| Отжим массы | Пресс отжимной | Верхний экструдер -зона отжима |
| - температура теплоносителя, °C | 35-65 | 35-65 |
| - вакуум-отсос | отсутствует | имеет место |
| - влажность массы, % | 5-12 | 2-5 |
| Пластификация | Горизонтальные рифленые вальцы | Отсутствуют |
| - температура теплоносителя, °C | 70-100 | |
| Формующий шнек-пресс | Верхний и нижний экструдеры - зоны уплотнения и пластификации, гранулирующая решетка, прессинструмент | |
| - температура теплоносителя, °C | 70-90 | 70-90 |
| Сушка | Сушильный барабан: | Вакуум-сушильная камера |
| - время сушки, мин | 60-90 | 25-30 |
| - влажность таблетки, % | не более 1,0 | не более 0,7% |
| - объем подаваемого воздуха, м3/час | до 6500 | 1000-1500 |
| - температура воздуха, °С | 110 | 60-70 |
| Остаточное давление, МПа | - | до 0,01 |
| IV Формование | Формующий шнек-пресс с прессинструментом | Нижний экструдер с прессинструментом |
| - температура теплоносителя, °C | 70-90 | 70-90 |
| - давление прессования, МПа | 20,0-40,0 | 20,0-35,0 |
| Таблица 2 | ||
| Наименование характеристики | Значение характеристики | |
| баллиститного пороха по прототипу | баллиститного пороха, изготовленного по предлагаемому способу | |
| Плотность пороха, ρ, г/см3 | ρср.±10,0% | ρср.±4,2% |
| Допускаемый внутрипартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 | ±5,0 | ±2,2 |
| Допускаемый межпартийный разброс скорости горения по ОСТ В 84-454-92 | ±10,0 | ±5,4 |
| Термическая стойкость по газовыделению при Т=110С за 5 час, мм рт.ст. не более (ОСТ В 84-2085-82) | 80 | 10 |
Способ изготовления баллиститного пороха непрерывным методом, включающий "варку" пороховой массы, отжим, уплотнение, пластификацию и гранулирование пороховой массы, резку и сушку гранул полуфабриката, повторную пластификацию и формование пороховых элементов через прессинструмент, отличающийся тем, что отжим, пластификацию, сушку и формование пороховых элементов ведут в комплексной двухкаскадной экструзионной установке, при этом отжим пороховой массы до остаточной влажности 2…5% производят в зоне отжима верхнего экструдера через фильтрующую решетку при температуре теплоносителя 35…65°С одновременно с вакуум-отсосом технологической воды, затем проводят пластификацию пороховой массы в зонах уплотнения и пластификации верхнего экструдера при температуре теплоносителя 75…95°С и при экструзии пороховой массы через гранулирующую решетку, далее выходящий из решетки экструдат режется ножом на гранулы длиной 8…10 мм и под собственным весом попадает в вакуум-сушильную камеру с дистанционным контролем верхнего и нижнего уровней гранул, где в непрерывном режиме, в псевдоожиженном слое, в течение 25…30 мин подвергается сушке горячим воздухом с температурой 60…70°С с дополнительным вакуум-отсосом избыточного воздуха до остаточного давления 0,01МПа, высушенные до влажности не более 0,7% пороховые гранулы поступают в нижний экструдер, где подвергаются сжатию, уплотнению, вторичной пластификации и экструзии через прессинструмент при давлении 20,0…35,0 МПа с формованием элементов требуемых типоразмеров.
