СПОСОБ СУШКИ СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА
DRYING METHOD OF PELLET POWDER

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия.
В литературе [1] известны способы сушки различных материалов, в том числе сыпучих в кипящем фонтанирующем режиме. Однако известные способы сушки неприемлемы для сушки СФП из-за большой чувствительности к температурным воздействиям.
В настоящее время сферические пороха для стрелкового оружия получают следующим образом: в реактор полупромышленного и промышленного типа заливают ~4 части воды по отношению к одной части пироксилина или пороховой массы, проводят перемешивание в течение 15…20 минут. Затем в реактор заливают ~4 части этилацетата и готовится пороховой лак, который диспергируется в реакторе ~40 мин в присутствии клея мездрового на сферические частицы. Для придания определенной насыпной плотности пороховые элементы обезвоживаются сернокислым натрием, и ведется отгонка растворителя из пороховых элементов. Полученный порох в реакторе промывают в промывной емкости, направляют на мокрую сортировку для отделения целевой фракции пороха на вакуум-сцеже до влажности 10…20 мас.% и затем с графитом подают на сушку.
3
В качестве прототипа [2] авторами выбран способ получения СФП, по которому сферический порох с графитом и влажностью 18…22 мас.% через циклон-осадитель подают в непрерывно действующую сушилку, представляющую собой 12 цилиндрических вращающихся камер диаметром 600 мм и объемом 0,372 м, снабженных вышибными поверхностями, площадью 30% от цилиндрической части камеры, при непрерывной загрузке в каждую камеру 20…40 кг пороха в перерасчете на сухой вес, сушку пороха проводят в режиме кипения при создании напора горячего воздуха в каждой камере сушилки 300…500 мм рт.ст. за счет установленных в нижней части камер сушильных сеток, при этом каждая камера сушилки в процессе сушки проходит пять температурных зон: 1 и 2 зоны - температура нагретого воздуха 93±5°С; 3 и 4 зоны - температура нагретого воздуха 70±5°С; 5 зона охлаждения - температура нагретого воздуха 50…60°С, общий цикл сушки 1,0-2,5 ч, производительность сушилки 200-300 кг/ч, при влажности сухого воздуха 0,3-0,9 мас.% высушенный порох выгружают в приемный бункер и пневмотранспортом через циклон-осадитель направляют на сухую сортировку.
В настоящее время данная конструкция сушилки внедрена в производство при получении СФП с обеспечением пороха с заданными характеристиками, однако сама конструкция сушилки сложная в эксплуатации, т.к. 12 вращающихся камер установлены в нижней части сушилки между сложной конструкцией распределения воздуха и между камерами, а в верхней части вращающиеся камеры установлены между вытяжным зонтом. Установка зазоров между вращающимися камерами требует высокого профессионального уровня, малейшее затирание при такой массе сушилки может привести к воспламенению пороха. При сушке пороха из установленного размера между вытяжным зонтом и верхней частью камер сушки, а также при выгрузке сухого пороха в приемный бункер происходит выдувание мелкой фракции сухого СПФ. Операция уборки сухого пороха в помещении является опасной и представляет определенные трудности в технологическом плане.
Целью изобретения является разработка более безопасного и эффективного способа сушки СФП, обеспечивающего получение пороха с заданными физико-химическими характеристиками с минимальными трудозатратами и энергозатратами.
Поставленная цель достигается тем, что сферический порох с влажностью 18…22 мас.% и графит через циклон-осадитель подают в непрерывно действующую стационарно установленную сушилку, в нижней части которой имеется короб шириной 500…600 мм и длиной 3000…4000 мм, разделенный на 3 секции для подачи теплоносителя, поверх короба во внутренней части сушилки устанавливают сетку для создания напора воздуха под сетками 300…500 мм рт.ст., по бокам короба, для создания герметичности внутри сушилки, устанавливают в вертикальной плоскости под углом 15…20° стенки с 20…30% вышибной поверхностью и их высотой от верхней части короба 1500…2000 мм, сушку пороха в первой секции проводят при температуре воздуха 93±5°С; во второй секции температура нагретого воздуха 70±5°С и 3 зона охлаждения - температура нагретого воздуха 50…60°С, сушку пороха проводят в режиме кипения, при этом высоту кипящего слоя пороха на сетке устанавливают 100…120 мм и регулируют разделительными решетками, установленными на сетке, кипящий слой на сетке двигают за счет разности подачи воздуха в секции короба, общий цикл сушки 1,0…2,5 ч, производительность сушилки 200…300 кг/ч, при влажности сухого пороха 0,3…0,9 мас.% высушенный порох выгружают в приемный бункер и пневмотранспортом через циклон-осадитель направляют на сухую сортировку.
Технологическая схема сушилки показана на чертеже. В представленном авторами способе сушки СФП полностью отсутствуют механические воздействия между деталями и узлами сушилки. Авторы в данном варианте используют температурно-временные режимы нагретого воздуха, подаваемого в секции короба вентилятором высокого давления поз.1. Воздух нагревается до заданной температуры в калориферах поз.2.
Сушилка поз. 3 состоит из короба шириной 500…600 мм и длиной 3000…4000 мм, разделенного на секции для подачи теплоносителя. Верхняя часть короба закрыта сеткой, при этом создается напор воздуха в коробе под сетками 300…500 мм рт.ст., за счет которого обеспечивается движение пороха в кипящем слое в пределах 100-120 мм, создаваемого за счет перегородок, установленных над сеткой между секциями. Движение пороха по сетке происходит за счет разности количества подаваемого воздуха в зоне сушилки, т.е. в первую зону подается большое количество воздуха в сравнении с последующими зонами. Для обеспечения герметичности сушилки над коробом устанавливаются в вертикальной плоскости под углом 15-20° стенки с 20…30% вышибной поверхностью, с высотой 1500…2000 мм. Распирающиеся стенки обеспечивают снижение скорости потока воздуха в верхней части сушилки, что исключает унос мелкой фракции пороха из сушилки. Увеличение угла наклона стенки сушилки более 20° эффекта не дает, а уменьшение менее 15° способствует уносу мелкой фракции пороха. Увеличение стенок сушилки более 2000 мм не влияет на унос мелкой фракции пороха, а уменьшение высоты стенок менее 1500 мм способствует увеличению уноса мелкой фракции пороха, в случае загорания пороха вышибная поверхность с поверхностью 20…30% от площади стенок обеспечивает горение пороха и не вызывает перехода горения в детонацию.
Работает сушилка следующим образом: сферический порох с влажностью 18…22% с графитом пневмотранспортом в потоке нагретого воздуха подают в циклон-осадитель поз. 4. В процессе движения пороха в пневмотранспорте в потоке горячего воздуха происходит удаление поверхностной влаги и предварительная графитовка пороха. Снижение влажности пороха менее 18 мас.% связано с дополнительными трудозатратами, а увеличение влажности пороха более 22 мас.% связано с дополнительными энергозатратами. Из циклона-осадителя порох поступает в первую секцию, где при температуре воздуха 93±5°С происходит удаление физико-химически связанной влаги из пороховых элементов. Снижение температуры воздуха менее 88°С приводит к удлинению процесса сушки пороха, а увеличение температуры более 98°С связано с опасностью ведения технологического процесса, т.к. возможен перегрев пороха.
Из первой секции нагретый сферический порох в режиме кипения через установочную перегородку перетекает во вторую секцию, где в потоке горячего воздуха при температуре 65…75°С происходит удаление из пороховых элементов оставшейся физико-химически связанной влаги до 0,3…0,8 мас.%. Увеличение температуры нагретого воздуха во второй секции выше 75°С приводит к пересушке пороха, что связано с опасностью ведения технологического процесса, а снижение температуры воздуха менее 65°С приводит к увеличению влажности пороха, что ведет к увеличению массы порохового заряда. Из второй секции порох поступает на охлаждение при температуре 50…60°С. Снижение температуры охлажденного воздуха менее 50°С связано с дополнительными энергозатратами, а увеличение температуры воздуха более 60°С связано с опасностью ведения технологического процесса.
Оптимальная сушка сферического пороха ведется на сетках при толщине кипящего слоя 100…200 мм. Уменьшение толщины кипящего слоя менее 100 мм приводит к пересушке пороха, а увеличение толщины кипящего слоя более 120 мм приводит к получению пороха с повышенной влажностью. Общий цикл сушки пороха составляет 1,0…2,5 ч. Уменьшение времени сушки менее 1,0 ч приводит к увеличению физико-химический связанной влаги в пороховых элементах, а увеличение времени сушки более 2,5 ч приводит к получению пороха с низким содержанием влаги в пороховых элементах. В процессе сушки пороха в кипящем слое одновременно происходит и окончательная графитовка пороха. Производительность сушилки составляет 200…300 кг/ч при влажности пороха 0,3…0,9 мас.%. Снижение производительности сушилки менее 200 кг/ч приводит к пересушке пороха, а увеличение производительности сушилки более 300 кг/ч приводит к получению пороха с высокой влажностью.
Высушенный порох из сушилки непрерывно поступает в приемный бункер поз.5, а далее через циклон-осадитель поз.6 высушенный порох направляют на сухую сортировку и мешку. Отработанный технологический воздух после сушки пороха из сушилки поступает в пылеуловитель поз.7, где отделяются из технологического воздуха посторонние примеси.
Технологические режимы и физико-химические характеристики СФП по разработанному авторами способу в пределах граничных условий (пример 1…3) и за пределами граничных условий (примеры 4…5) приведены в таблице.
Из приведенных данных таблицы видно, что по разработанному авторами способу подаваемый на сушку сферический порох с влажностью 18…22 мас.% и с содержанием графита в непрерывном режиме на стационарно установленной сушилке в течение 1,0…2,5 ч в кипящем слое высушивается до влажности 0,3…0,9 мас.%, обеспечивая при этом производительность 200…300 кг/ч.
Кроме того, в разработанном авторами способе сушки отсутствуют трущиеся, вращающиеся и подвижные части аппарата. Движущей силой процесса при сушке пороха является пневмотранспорт и энергия горячего воздуха, создаваемая вентиляторами высокого давления. В процессе сушки исключено полное выдувание пороха из сушилки, полностью ликвидированы опасные зоны при сушке пороха. Процесс сушки пороха полностью механизирован и автоматизирован, что позволило значительно снизить трудозатраты и энергозатраты на сушку получаемых сферических порохов.
Литература
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 750 с.
2. «Способ получения сферического пороха», патент RU 2497789, С1 С06В 21/00.