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1、装药生产线高氯酸铵处理新工艺设计?94?化学推进剂与高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials2011年第9卷第4期?生产实践?装药生产线高氯酸铵处理新工艺设计李雪萍,苏昌银,杜思学,陈炜,赵莉,刘青(西安航天化学动力厂,陕西西安710025)摘要:对装药生产线高氯酸铵(AP)处理工艺进行研究.采用与现有工艺不同的射流式真空(负压)输送AP方式,经输送距离(垂直距离4.5m,水平距离1m)的试验测定,AP1粒度以变小约3m.推进剂装药试验结果显示,球形AP变化l0m,推进剂燃速变化约0.1mm/s.针对AP用量多,耗费人力大,提出了AP处理的
2、优化组合新工艺,为解决AP输送难题探索出了可行的方法.关键词:装药;AP;高氯酸铵;处理工艺;推进剂中图分类号:TQ564.46文献标识码:A文章编号复合固体推进剂主要由高聚物黏合剂,无机氧化剂,燃烧剂以及高能添加剂组成.无机氧化剂以高氯酸铵(AP)为代表,它在复合固体推进剂中含量比例最大,一般占推进剂总质量的50%85%左右.推进剂中使用的AP目前为球形和超细粒度非球形2类,采用最佳的AP粗细粒子级配比,可以使推进剂获得优秀的力学性能和工艺性能以及内弹道燃烧性能.因此在装药过程中应严格对AP粒子堆积凝聚(结块)状态及其粒度变化进行控制,该项目研究封闭装置预热处理AP,负压过筛,预混,输送(加
3、料)AP,负压贮存AP等优化组合,以及减少(去)人工搬桶,机械过筛体力劳动,探索AP输送,加料难的解决方法.1AP处理工艺目前在发动机装药前对AP的处理工艺主要为粉碎,组批,过筛,预热,称量,混合,以获得水分合格,粒度均匀,物料状态为松散无结块并保持一定温度的AP,确保发动机性能稳定.AP在推进剂中所占比例较高,随着发动机增大每次装药AP用量由几吨增到几十吨.国外AP原料通过自动处理系统送到75恒温室中,再经高速气流气动运输至AP贮仓】.国内固体发动机装药中所使用的球形AP的包装均为桶装料,按现有的工艺和装备来实施AP处理,人工作业量太大.AP处理过程长时间暴露在温,湿度交变的环境中,易于重新
4、结块.由于AP的特性为易爆,脆性大易破碎,易吸湿结块及流动性差,导致多年收稿日期:20110311作者简介:李雪萍(1970一),女,工程师,主要从事装药工艺设计.电子信箱:sunagood126.tom来在装药生产过程中AP物料的转移,输送,添加主要靠人工完成,劳动强度大,环境恶劣,粉尘大,存在严重的安全隐患;尤其是超细AP,比表面极大,吸湿性强,采用料仓振动下料易搭桥振实,导致自动加料工艺无法实现,只能由人工将袋装的超细AP物料直接倒人混合锅内;此外,堆积的AP在混合过程中分散不开,AP之间存在干摩擦,难混均,给混合的安全性和推进剂燃速稳定性带来影响.因此,研究射流式真空泵负压输送AP,优
5、化工艺,提高AP的处理工艺水平,对发动机装药很有必要.2AP新工艺设计2.1负压输送原理负压输送是利用真空吸力使固体物料像流体一样在管道中流动.其优点为密闭性好,设备简单拆装容易,运行安全稳定,对物料破坏程度小,自动化程度高,降低了工人的劳动强度.工作原理为压缩空气经进气口流入环形腔,然后从环布在环形腔的细孔通道中高速喷出,在气力输送器的出气端形成正压气流,同时在气力输送器的另一端形成负压区域,这样物料被负压吸入输送管道并被正压气流吹送到指定地点.具体输送工艺见图1.利用射流式真空泵产生真空,出料底阀关闭,使粉体料仓及输送管道内负压,物料从吸物料处经输送管道及进料口被吸人粉体料仓.经过滤器分离
6、气体与粉料粒子,气体排人大气中.李雪萍等?装药生产线高氯酸铵处理新工艺设计?95?在输送粉料的同时,压缩空气充人反吹气囊中,当所吸物料达到设定的输送量时射流式真空泵自动停止运行,出料底阀打开,物料下落至出料位置;同时反吹气囊内的压缩空气释放,自动清洁黏附在过滤器上的粉体颗粒.射流式真空泵再次工作开始新一轮的循环.整个输送过程中吸料和出料时间由控制器控制.图1射流式真空输送AP工艺Fig.1APfeedingbyjettingvacuumprocess2.2AP物料状况及技术要求2.2.1球形高氯酸铵物料状况球形AP按粒度大小分为:AP1,205425Ixm(40-60目);AP2,180250
7、pro(6080目);AP3,106150(100140目).球形AP1流动性较好,不易结块,易碎;AP2,AP3流动性稍差,易结块.技术要求输送距离46m;AP1破碎程度<10Ixm.2.2.2超细高氯酸铵物料状况超细AP粒度<20m,单个颗粒多为晶粒.由于超细化后粉体的比表面剧增,并且在颗粒上有大量新生成的尖锐棱角,两棱或多棱相接触时极易形成搭桥,导致团聚和结块.同时由于高氯酸铵的亲水性,物料易吸湿,流动性差.技术要求输送距离46m;物料输送过程无堵塞;物料下料流畅,无搭桥;设备及管道内物料残留质量分数<0.5%.2.3工艺试验以压缩空气为动力,通过射流式真空泵产生真空输
8、送物料,真空输送机的控制器为气动控制器,整机无需用电,属于本质安全型设备,满足防爆要求,可用于AP输送.2_3.1试验条件及装置试验条件压缩空气:无油无水,压力0.40.6MPa,气量22.4L/s;环境湿含量:每千克干空气含水量<13g;试验所需原材料:球形AP,超细AP若干.试验装置真空输送机(1台),连接直管,弯头,防爆软管,吸枪,接料仓.粒度测试装置仪器名称:SDB一200振筛机;分析方法:筛析法;取样方法:同一种规格的AP输送前后分别均匀取样,进行粒度分析.2.3.2试验结果分析2.3.2.1球形AP试验数据统计分析球形AP固体粉料经射流式真空输送后物料破坏程度,是以输送前,后
9、大颗粒AP1粒度d(重均直径)变化来衡量.AP固体粉料为一个堆积分布,取样代表性和分析误差不确定度很难评价,故采用统计分析方法进行数据处理】.球形AP固体粉料经射流式真空输送实验前后粒度数据见表1.输送距离:垂直距离4.5m,水平距离1m,压强0.42MPa.表1试验前后AP粒度数据Tab1ParticlesizedataofAPbeforearldaftertests取样!竺提升前提升后提升前后粒度差:337.6334.82=2.78m<技术要求:AP1破碎程度<10p.m.破碎率:2.78337.6100%=0.82%.重复提升试验数据见表2.输送距离:垂直距离4.5m,水平距
10、离3.5m,压强0.56MPa.表2重复提升试验前后AP粒度数据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?化学推进剂与高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials2011年第9卷第4期1次提
11、升前后粒度差:339.37337.5l=1.86m<技术要求: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<技术要求:AP1破碎程度<10m.破碎率:5.29339.37100%=1.56%.球形AP重复提升试验结果:物料下料流畅,滤芯表面,料仓内表面仅黏附一层粉尘;经2次提升后AP1破碎程度<10Ixm(实为5.29m);球形AP提升速度为20kg/min.结果表明,射流式真空输送球形AP方法可行.2.3.2.2超细AP试验分析超细AP射流式真空输送试验见表3.由表3可知,
12、物料产生搭桥,下料不流畅,滤芯表面物料黏附严重.通过对试验过程及试验设备进行分析认为,滤芯表面物料黏附严重的原因可能为压缩空气气量小,设备反吹力度不够,产生搭桥的现象是物料本身特性引起的必然现象,消除搭桥的方法是建立使物料颗粒问相对运动模式.为此,在设备下料口增加了一套特殊的动作装置,并增加了压缩空气的气量,试验结果见表4.表3超细AP真空输送试验Tab.3VacuumfeedingtestsofsuperfineAP注:环境湿含量为每千克干空气含水量6g.表4改进的超细AP真空输送试验Tab.4ImprovedvacuumfeedingtestsofsuperfineAP注:环境湿含量为每千
13、克干空气含水量12g.李雪萍等?装药生产线高氯酸铵处理新工艺设计?97?由表4可知,设备改进及试验压力调整后,下料流畅,滤芯表面物料黏附情况有所改善,但料仓内壁进料口仍有积料,进一步调整方案,将球形AP与细AP按一定比例混合后进行真空输送试验,结果见表5.由表5可知,粗,细AP混合后输送过程明显流畅,积料情况有很大改善.表5粗,细AP混合物料真空输送试验Tab.5VacuumfeedingtestsofcoarseandfineAPmixture注:环境湿含量为每千克干空气含水量12g.2-3.2-3超细AP试验遗留问题经对射流式真空输送装置料仓内壁进料口部位改进,增设气振动器和气碗,试验后观
14、察料仓内壁进料口无积料现象.但在滤芯上增套软滤网来减少黏附物料,效果改变不太明显;滤芯黏附超细AP物料难题,需增大反冲气囊气容量和优化软滤网进行解决.采用粗,细AP混合后输送过程明显流畅,方案可行.2.3.3球形AP粒度对燃速的影响选用xxXXB和XX一12推进剂配方投25L装BF127发动机和方坯药测燃速,数据见表6.从表6数据得出,球形APd4变化10p.m,推进剂燃速变化约0.1mm/s.表6APd4粒度对推进剂燃速的影响Tab.6InfluenceofAPd43particlesizeonpropellantburningrate注:r,r为标准发动机6.28MPa压强下的推进剂燃速,
15、为燃速仪3.6MPa压强下的推进剂燃速.2.4新工艺流程与创新AP射流式真空输送装置试验成功地实现了球形AP取料,提升,加料,给装药提供了AP处理优化组合的技术支持.按现有工艺步骤和设备一次处理近百吨AP,需要大量人力来回搬取AP和庞大的机械筛过筛与预热AP.耗费人力物力大,使AP准备,处理周期长,不利于科研生产;并且大量的AP存放暴露在温,湿度交变影响的环境中,使AP吸湿脱水一饱和一重结晶(结块),不利于装药质量,特别对推进剂燃烧性能稳定影响较大,难以控制.AP处理新工艺设计思想为研究射流式真空输送AP物料,封闭负压过筛,预混装置,贮罐热风沸腾预热AP,负压加料输送AP人混合机,负压贮存AP
16、等优化组合.减少(去)人工搬桶;吸枪入口加2mm(10目)筛网,去掉机械过筛体力劳动;贮罐抽真空贮存将用物料时,对贮罐内通热风去掉前期预热装置,达到节能;从贮罐内直接提升?98?化学推进剂与高分子材料ChemicalPropellants&PolymericMaterials2011年第9卷第4期AP到混合机内,解决加料难题.2.4.1新工艺流程见图2图2新工艺流程图Fig.2Flowdiagramofnewprocess工艺流程说明:用吸枪分别吸取球形AP,细AP,加入到预混装置中进行过筛,预混,预混后的物料由真空输送装置定量加入储存仓,从储存仓底部通人干燥的热空气对物料进行预热,预
17、热后的物料由真空输送装置加入混合机.2.4.2技术创新球形AP,细AP采用真空输送方式,改变了传统的手工搬运的模式,大大降低了劳动强度,提高了工业生产自动化水平,真空输送无粉尘飞扬,作业环境条件改善.球形AP,细AP采用提前预混,提高了物料的流动性.采用贮罐封闭存放AP,干燥的热空气对物料直接预热,预热效率高,能耗低,操作简单.50恒温长期贮存是防止AP结块的有效方法.探索出射流式真空输送AP加入混合机工艺,自动定量给料,可实现加料的均匀性,隔离操作,确保混合的均匀性和安全性.3结论由于AP的危险性和易吸湿结块的特殊性,多年来AP处理操作装药行业一直为人工搬运和机械处理.该项目经过技术攻关及试
18、验论证,结果表明在推进剂装药生产线AP处理工艺中应用射流式真空输送技术是可行的.该真空输送机的控制器为气动控制器,整机无需用电,属于本质安全型设备,满足防爆要求.提供的AP处理优化组合新工艺,技术创新点突出;新工艺操作简单,节省人力物力.参考文献【1WilliamsonKL,SchirkPG.Continuousmixingfacilityof1-3classpropellant,NASACR?200311R.1993.2中国科学院数学研究所概率统计室.常用数理统计表【M.北京:科学出版社,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.ThenewoptimumcombinationprocessforAPtreatmentispu
21、tforwardaimingtotheproblemsoflargeconsumptionofAPappliedamountsandlaborpower.ThefeasiblemethodforsolvingthedifficultproblemofAPfeedingwasexplored.Keywords:charge;AP;ammoniumperehlorate;treatingprocess;propellant木木木木木木木木木丰丰木木木木丰丰丰丰丰木木木丰丰丰丰丰丰木水水木木丰丰丰丰术丰堆车车丰丰木木丰木木术水丰丰丰丰术术丰水丰丰丰丰丰丰丰未来五年内中国,印度聚氨酯增速强劲聚氨酯产品
22、由于具有优良的化学物理性能,其产品已经渗透到人类生活中的各个领域.而随着科技和技术的不断发展,聚氨酯的应用领域逐步拓宽,近年来中国的聚氨酯产量一直以高于GDP速度增长.作为保温性能最好的材料之一,聚氨酯硬泡以每年超过l5%的增幅增长.目前中国已成为国际上聚氨酯产品生产和消费增长最快的地区.聚氨酯产业的发展推动了我国制鞋,人造革,纺织,汽车和家电等多个产业的发展,使众多具有代表性的产业稳居世界工业的主导地位.聚氨酯已成为促进国民经济和社会发展不可或缺的基础材料,在国民经济发展中具有重要地位.拜耳,巴斯夫等国际知名的聚氨酯公司纷纷在中国投资建厂,发展聚氨酯产业.以全球主要汽车和鞋业生产地区为目标的拥有世界卜第二大人口的国家印度则拥有全球第二快的聚氨酯消费增速.据政府估算,2015年印度国内的聚合物需求将从2008年的580万t增加到1100万t.受聚氨酯行业的支撑,印度TDI,MDI和聚醚多元醇需求有望在未来5年内保持强劲增长.(郭智臣提供)
