裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨處理新工藝設(shè)計

1、裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨處理新工藝設(shè)計?94?化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料chemicalpropellants&polymericmaterials2011年第9卷第4期?生產(chǎn)實踐?裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨處理新工藝設(shè)計李雪萍,蘇昌銀,杜思學(xué),陳煒,趙莉,劉青(西安航天化學(xué)動力廠,陜西西安710025)摘要:對裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨(ap)處理工藝進(jìn)行研究.采用與現(xiàn)有工藝不同的射流式真空(負(fù)壓)輸送ap方式,經(jīng)輸送距離(垂直距離4.5m,水平距離1m)的試驗測定,ap1粒度以變小約3m.推進(jìn)劑裝藥試驗結(jié)果顯示,球形ap變化l0m,推進(jìn)劑燃速變化約0.1mm/s.針對ap用量多,耗費人力大,提出了ap處理的

2、優(yōu)化組合新工藝,為解決ap輸送難題探索出了可行的方法.關(guān)鍵詞:裝藥;ap;高氯酸銨;處理工藝;推進(jìn)劑中圖分類號:tq564.46文獻(xiàn)標(biāo)識碼:a文章編號復(fù)合固體推進(jìn)劑主要由高聚物黏合劑,無機(jī)氧化劑,燃燒劑以及高能添加劑組成.無機(jī)氧化劑以高氯酸銨(ap)為代表,它在復(fù)合固體推進(jìn)劑中含量比例最大,一般占推進(jìn)劑總質(zhì)量的50%85%左右.推進(jìn)劑中使用的ap目前為球形和超細(xì)粒度非球形2類,采用最佳的ap粗細(xì)粒子級配比,可以使推進(jìn)劑獲得優(yōu)秀的力學(xué)性能和工藝性能以及內(nèi)彈道燃燒性能.因此在裝藥過程中應(yīng)嚴(yán)格對ap粒子堆積凝聚(結(jié)塊)狀態(tài)及其粒度變化進(jìn)行控制,該項目研究封閉裝置預(yù)熱處理ap,負(fù)壓過篩,預(yù)混,輸送(加

3、料)ap,負(fù)壓貯存ap等優(yōu)化組合,以及減少(去)人工搬桶,機(jī)械過篩體力勞動,探索ap輸送,加料難的解決方法.1ap處理工藝目前在發(fā)動機(jī)裝藥前對ap的處理工藝主要為粉碎,組批,過篩,預(yù)熱,稱量,混合,以獲得水分合格,粒度均勻,物料狀態(tài)為松散無結(jié)塊并保持一定溫度的ap,確保發(fā)動機(jī)性能穩(wěn)定.ap在推進(jìn)劑中所占比例較高,隨著發(fā)動機(jī)增大每次裝藥ap用量由幾噸增到幾十噸.國外ap原料通過自動處理系統(tǒng)送到75恒溫室中,再經(jīng)高速氣流氣動運輸至ap貯倉】.國內(nèi)固體發(fā)動機(jī)裝藥中所使用的球形ap的包裝均為桶裝料,按現(xiàn)有的工藝和裝備來實施ap處理,人工作業(yè)量太大.ap處理過程長時間暴露在溫,濕度交變的環(huán)境中,易于重新

4、結(jié)塊.由于ap的特性為易爆,脆性大易破碎,易吸濕結(jié)塊及流動性差,導(dǎo)致多年收稿日期:20110311作者簡介:李雪萍(1970一),女,工程師,主要從事裝藥工藝設(shè)計.電子信箱:sunagood126.tom來在裝藥生產(chǎn)過程中ap物料的轉(zhuǎn)移,輸送,添加主要靠人工完成,勞動強(qiáng)度大,環(huán)境惡劣,粉塵大,存在嚴(yán)重的安全隱患;尤其是超細(xì)ap,比表面極大,吸濕性強(qiáng),采用料倉振動下料易搭橋振實,導(dǎo)致自動加料工藝無法實現(xiàn),只能由人工將袋裝的超細(xì)ap物料直接倒人混合鍋內(nèi);此外,堆積的ap在混合過程中分散不開,ap之間存在干摩擦,難混均,給混合的安全性和推進(jìn)劑燃速穩(wěn)定性帶來影響.因此,研究射流式真空泵負(fù)壓輸送ap,優(yōu)

5、化工藝,提高ap的處理工藝水平,對發(fā)動機(jī)裝藥很有必要.2ap新工藝設(shè)計2.1負(fù)壓輸送原理負(fù)壓輸送是利用真空吸力使固體物料像流體一樣在管道中流動.其優(yōu)點為密閉性好,設(shè)備簡單拆裝容易,運行安全穩(wěn)定,對物料破壞程度小,自動化程度高,降低了工人的勞動強(qiáng)度.工作原理為壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣口流入環(huán)形腔,然后從環(huán)布在環(huán)形腔的細(xì)孔通道中高速噴出,在氣力輸送器的出氣端形成正壓氣流,同時在氣力輸送器的另一端形成負(fù)壓區(qū)域,這樣物料被負(fù)壓吸入輸送管道并被正壓氣流吹送到指定地點.具體輸送工藝見圖1.利用射流式真空泵產(chǎn)生真空,出料底閥關(guān)閉,使粉體料倉及輸送管道內(nèi)負(fù)壓,物料從吸物料處經(jīng)輸送管道及進(jìn)料口被吸人粉體料倉.經(jīng)過濾器分離

6、氣體與粉料粒子,氣體排人大氣中.李雪萍等?裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨處理新工藝設(shè)計?95?在輸送粉料的同時,壓縮空氣充人反吹氣囊中,當(dāng)所吸物料達(dá)到設(shè)定的輸送量時射流式真空泵自動停止運行,出料底閥打開,物料下落至出料位置;同時反吹氣囊內(nèi)的壓縮空氣釋放,自動清潔黏附在過濾器上的粉體顆粒.射流式真空泵再次工作開始新一輪的循環(huán).整個輸送過程中吸料和出料時間由控制器控制.圖1射流式真空輸送ap工藝fig.1apfeedingbyjettingvacuumprocess2.2ap物料狀況及技術(shù)要求2.2.1球形高氯酸銨物料狀況球形ap按粒度大小分為:ap1,205425ixm(40-60目);ap2,180250

7、pro(6080目);ap3,106150(100140目).球形ap1流動性較好,不易結(jié)塊,易碎;ap2,ap3流動性稍差,易結(jié)塊.技術(shù)要求輸送距離46m;ap1破碎程度<10ixm.2.2.2超細(xì)高氯酸銨物料狀況超細(xì)ap粒度<20m,單個顆粒多為晶粒.由于超細(xì)化后粉體的比表面劇增,并且在顆粒上有大量新生成的尖銳棱角,兩棱或多棱相接觸時極易形成搭橋,導(dǎo)致團(tuán)聚和結(jié)塊.同時由于高氯酸銨的親水性,物料易吸濕,流動性差.技術(shù)要求輸送距離46m;物料輸送過程無堵塞;物料下料流暢,無搭橋;設(shè)備及管道內(nèi)物料殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)<0.5%.2.3工藝試驗以壓縮空氣為動力,通過射流式真空泵產(chǎn)生真空輸

8、送物料,真空輸送機(jī)的控制器為氣動控制器,整機(jī)無需用電,屬于本質(zhì)安全型設(shè)備,滿足防爆要求,可用于ap輸送.2_3.1試驗條件及裝置試驗條件壓縮空氣:無油無水,壓力0.40.6mpa,氣量22.4l/s;環(huán)境濕含量:每千克干空氣含水量<13g;試驗所需原材料:球形ap,超細(xì)ap若干.試驗裝置真空輸送機(jī)(1臺),連接直管,彎頭,防爆軟管,吸槍,接料倉.粒度測試裝置儀器名稱:sdb一200振篩機(jī);分析方法:篩析法;取樣方法:同一種規(guī)格的ap輸送前后分別均勻取樣,進(jìn)行粒度分析.2.3.2試驗結(jié)果分析2.3.2.1球形ap試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析球形ap固體粉料經(jīng)射流式真空輸送后物料破壞程度,是以輸送前,后

9、大顆粒ap1粒度d(重均直徑)變化來衡量.ap固體粉料為一個堆積分布,取樣代表性和分析誤差不確定度很難評價,故采用統(tǒng)計分析方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理】.球形ap固體粉料經(jīng)射流式真空輸送實驗前后粒度數(shù)據(jù)見表1.輸送距離:垂直距離4.5m,水平距離1m,壓強(qiáng)0.42mpa.表1試驗前后ap粒度數(shù)據(jù)tab1particlesizedataofapbeforearldaftertests取樣!竺提升前提升后提升前后粒度差:337.6334.82=2.78m<技術(shù)要求:ap1破碎程度<10p.m.破碎率:2.78337.6100%=0.82%.重復(fù)提升試驗數(shù)據(jù)見表2.輸送距離:垂直距離4.5m,水平距

10、離3.5m,壓強(qiáng)0.56mpa.表2重復(fù)提升試驗前后ap粒度數(shù)據(jù)tab.2particlesizedataofapbeforeandafterrepeatedliftingtests14)平均粒度/ixm平均偏差339_35340.38339.11339-36338.65339.370.634337.98335.08336.32338.82339.35337.5l1.77833l-39331.38335.97335.21336.47334.082.504?96?化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料chemicalpropellants&polymericmaterials2011年第9卷第4期1次提

11、升前后粒度差:339.37337.5l=1.86m<技術(shù)要求:ap1破碎程度<10ixm.破碎率:1.86339.37100%=0.55%.2次提升前后粒度差:339.37334.08=5.29m<技術(shù)要求:ap1破碎程度<10m.破碎率:5.29339.37100%=1.56%.球形ap重復(fù)提升試驗結(jié)果:物料下料流暢,濾芯表面,料倉內(nèi)表面僅黏附一層粉塵;經(jīng)2次提升后ap1破碎程度<10ixm(實為5.29m);球形ap提升速度為20kg/min.結(jié)果表明,射流式真空輸送球形ap方法可行.2.3.2.2超細(xì)ap試驗分析超細(xì)ap射流式真空輸送試驗見表3.由表3可知,

12、物料產(chǎn)生搭橋,下料不流暢,濾芯表面物料黏附嚴(yán)重.通過對試驗過程及試驗設(shè)備進(jìn)行分析認(rèn)為,濾芯表面物料黏附嚴(yán)重的原因可能為壓縮空氣氣量小,設(shè)備反吹力度不夠,產(chǎn)生搭橋的現(xiàn)象是物料本身特性引起的必然現(xiàn)象,消除搭橋的方法是建立使物料顆粒問相對運動模式.為此,在設(shè)備下料口增加了一套特殊的動作裝置,并增加了壓縮空氣的氣量,試驗結(jié)果見表4.表3超細(xì)ap真空輸送試驗tab.3vacuumfeedingtestsofsuperfineap注:環(huán)境濕含量為每千克干空氣含水量6g.表4改進(jìn)的超細(xì)ap真空輸送試驗tab.4improvedvacuumfeedingtestsofsuperfineap注:環(huán)境濕含量為每千

13、克干空氣含水量12g.李雪萍等?裝藥生產(chǎn)線高氯酸銨處理新工藝設(shè)計?97?由表4可知,設(shè)備改進(jìn)及試驗壓力調(diào)整后,下料流暢,濾芯表面物料黏附情況有所改善,但料倉內(nèi)壁進(jìn)料口仍有積料,進(jìn)一步調(diào)整方案,將球形ap與細(xì)ap按一定比例混合后進(jìn)行真空輸送試驗,結(jié)果見表5.由表5可知,粗,細(xì)ap混合后輸送過程明顯流暢,積料情況有很大改善.表5粗,細(xì)ap混合物料真空輸送試驗tab.5vacuumfeedingtestsofcoarseandfineapmixture注:環(huán)境濕含量為每千克干空氣含水量12g.2-3.2-3超細(xì)ap試驗遺留問題經(jīng)對射流式真空輸送裝置料倉內(nèi)壁進(jìn)料口部位改進(jìn),增設(shè)氣振動器和氣碗,試驗后觀

14、察料倉內(nèi)壁進(jìn)料口無積料現(xiàn)象.但在濾芯上增套軟濾網(wǎng)來減少黏附物料,效果改變不太明顯;濾芯黏附超細(xì)ap物料難題,需增大反沖氣囊氣容量和優(yōu)化軟濾網(wǎng)進(jìn)行解決.采用粗,細(xì)ap混合后輸送過程明顯流暢,方案可行.2.3.3球形ap粒度對燃速的影響選用xxxxb和xx一12推進(jìn)劑配方投25l裝bf127發(fā)動機(jī)和方坯藥測燃速,數(shù)據(jù)見表6.從表6數(shù)據(jù)得出,球形apd4變化10p.m,推進(jìn)劑燃速變化約0.1mm/s.表6apd4粒度對推進(jìn)劑燃速的影響tab.6influenceofapd43particlesizeonpropellantburningrate注:r,r為標(biāo)準(zhǔn)發(fā)動機(jī)6.28mpa壓強(qiáng)下的推進(jìn)劑燃速,

15、為燃速儀3.6mpa壓強(qiáng)下的推進(jìn)劑燃速.2.4新工藝流程與創(chuàng)新ap射流式真空輸送裝置試驗成功地實現(xiàn)了球形ap取料,提升,加料,給裝藥提供了ap處理優(yōu)化組合的技術(shù)支持.按現(xiàn)有工藝步驟和設(shè)備一次處理近百噸ap,需要大量人力來回搬取ap和龐大的機(jī)械篩過篩與預(yù)熱ap.耗費人力物力大,使ap準(zhǔn)備,處理周期長,不利于科研生產(chǎn);并且大量的ap存放暴露在溫,濕度交變影響的環(huán)境中,使ap吸濕脫水一飽和一重結(jié)晶(結(jié)塊),不利于裝藥質(zhì)量,特別對推進(jìn)劑燃燒性能穩(wěn)定影響較大,難以控制.ap處理新工藝設(shè)計思想為研究射流式真空輸送ap物料,封閉負(fù)壓過篩,預(yù)混裝置,貯罐熱風(fēng)沸騰預(yù)熱ap,負(fù)壓加料輸送ap人混合機(jī),負(fù)壓貯存ap

16、等優(yōu)化組合.減少(去)人工搬桶;吸槍入口加2mm(10目)篩網(wǎng),去掉機(jī)械過篩體力勞動;貯罐抽真空貯存將用物料時,對貯罐內(nèi)通熱風(fēng)去掉前期預(yù)熱裝置,達(dá)到節(jié)能;從貯罐內(nèi)直接提升?98?化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料chemicalpropellants&polymericmaterials2011年第9卷第4期ap到混合機(jī)內(nèi),解決加料難題.2.4.1新工藝流程見圖2圖2新工藝流程圖fig.2flowdiagramofnewprocess工藝流程說明:用吸槍分別吸取球形ap,細(xì)ap,加入到預(yù)混裝置中進(jìn)行過篩,預(yù)混,預(yù)混后的物料由真空輸送裝置定量加入儲存?zhèn)},從儲存?zhèn)}底部通人干燥的熱空氣對物料進(jìn)行預(yù)熱,預(yù)

17、熱后的物料由真空輸送裝置加入混合機(jī).2.4.2技術(shù)創(chuàng)新球形ap,細(xì)ap采用真空輸送方式,改變了傳統(tǒng)的手工搬運的模式,大大降低了勞動強(qiáng)度,提高了工業(yè)生產(chǎn)自動化水平,真空輸送無粉塵飛揚,作業(yè)環(huán)境條件改善.球形ap,細(xì)ap采用提前預(yù)混,提高了物料的流動性.采用貯罐封閉存放ap,干燥的熱空氣對物料直接預(yù)熱,預(yù)熱效率高,能耗低,操作簡單.50恒溫長期貯存是防止ap結(jié)塊的有效方法.探索出射流式真空輸送ap加入混合機(jī)工藝,自動定量給料,可實現(xiàn)加料的均勻性,隔離操作,確保混合的均勻性和安全性.3結(jié)論由于ap的危險性和易吸濕結(jié)塊的特殊性,多年來ap處理操作裝藥行業(yè)一直為人工搬運和機(jī)械處理.該項目經(jīng)過技術(shù)攻關(guān)及試

18、驗論證,結(jié)果表明在推進(jìn)劑裝藥生產(chǎn)線ap處理工藝中應(yīng)用射流式真空輸送技術(shù)是可行的.該真空輸送機(jī)的控制器為氣動控制器,整機(jī)無需用電,屬于本質(zhì)安全型設(shè)備,滿足防爆要求.提供的ap處理優(yōu)化組合新工藝,技術(shù)創(chuàng)新點突出;新工藝操作簡單,節(jié)省人力物力.參考文獻(xiàn)【1williamsonkl,schirkpg.continuousmixingfacilityof1-3classpropellant,nasacr?200311r.1993.2中國科學(xué)院數(shù)學(xué)研究所概率統(tǒng)計室.常用數(shù)理統(tǒng)計表【m.北京:科學(xué)出版社,1974.newprocessdesignofammoniumperchloratetreatmenti

19、nchargeproductionlinelixueping,suchangyin,dusixue,chenwei,zhaoli,liuqing(anaerospacechemicalpropulsionfactory,xian710025,china)abstract:thetreatingprocessofammoniumperchlorate(ap)inchargeproductionlinewasstudied.theparticlesize以3ofap1wasdiminishedby3ixmorsothroughmeasurebyexperimentsoffeedingdistanc

20、e(verticaldistanceof4.5m,horizontaldistanceof1m),usingjettingvacuum(negativepressure)feedingapprocessratherthanexistingprocess.theresultsofpropellantchargeexperimentsshowthattheburningrateofpropellantchangesabout0.1mm/sasthesphericalapd43changes10ixm.thenewoptimumcombinationprocessforaptreatmentisputforwardaimingtotheproblemsoflargeconsumptionofapappl