СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИЗОВАННОЙ ГРАНУЛИРОВАННОЙ АММИАЧНОЙ СЕЛИТРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF POROUS GRANULATED AMMONIUM NITRATE PRODUCING AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к технологии получения поризованной гранулированной аммиачной селитры для применения на пунктах изготовления взрывчатых веществ на предприятиях, ведущих взрывные работы. Изобретение может быть использовано при открытом и подземном способе добычи рудных и нерудных твердых полезных ископаемых при разрабатке пластовых, штокверковых, жильных месторождений.
Известен способ предварительной термообработки для изменения структуры гранул аммиачной селитры (АС), обеспечивающий повышение стабильности простейших ВВ, который производится в аппаратах для сушки сыпучих материалов и успешно применяется в химической и нефтехимической технологии. Процесс передачи тепла в таких аппаратах зависит от разности температур между теплоносителями, поверхности теплообмена, продолжительности процесса, скорости газового теплоносителя, поверхности фазового контакта, перемешивания сыпучего материала [Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учеб. Пособие для вузов. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2004, - 397 с.; Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимимческой технологии6 Учеб. Для вузов. - М.: Химия, 1987. - 496 с.; Ворошилов А.П., Муштаев В.И. Аппараты с устойчивыми вибропсевдоожиженными слоями. - Сумы: изд-во «Корпункт», 2002. - 190 с.]. К недостаткам данных устройств относится то, что конструктивно технология термообработки включает аппараты периодического или непрерывного действия, с кондуктивным, конвективным или др. теплообменом. Кондуктивный теплообмен в данных конструкциях осуществляется путем проведения тепла к (или от) поверхности какого-либо твердого тела, соприкасающегося с поверхностью тела. Конвективный теплообмен в рассматриваемых конструкциях осуществляется за счет переноса тепла газовой средой, перемещение которой происходит прямотоком, противотоком или поперек движения материала. Для перемешивания материала используют мешалки, распределительные насадки, нагревательные трубы, гравитацию, псевдоожижение, виброожижение. На характеристики процесса оказывает влияние характер загрузки и выгрузки материала (ручная, механизированная).
Применяемые для термообработки сыпучих материалов сушильные шкафы, камерные аппараты и аппараты с мешалками обладают недостатками, выражающимися в отсутствии механизированной загрузки и выгрузки материала. Сушильные шкафы и камерные аппараты не имеют перемешивания материала. В трубчатом аппарате выгрузка материала механизирована, но загрузка осуществляется вручную порционно.
В аппаратах непрерывного действия (ленточных, многоярусных ленточных, пневматических, вибрационных, с псевдоожиющим слоем) осуществляется конвективный теплообмен за счет переноса тепла газовой средой с ее перемещением прямотоком, противотоком или поперек движения материала, что усложняет конструкцию аппарата.
Специфика устройства и эксплуатации стационарных пунктов изготовления простейших ВВ регламентируют требования к аппаратам по термообработке для изменения структуры гранул АС: Термообработку для изменения структуры гранул АС по техническим параметрам должны обеспечить периодичность действия и кондуктивный способ теплообмена, что не соответствует характеристикам остальных аппаратов.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения пористой гранулированной аммиачной селитры (ПАС), включающий термообработку путем нагрева АС во вращающемся барабане в течении 0,5-5 мин и выдержки в приемном бункере при температуре окружающей среды в течении 0,5-10 мин [Патент РФ RU 2452719 С2, М. кл. С06В 21/00; С01С 1/04; С06С 31/04 от 02.06.2010 г. (прототип)].
Недостатком данного способа является неравномерный прогрев АС при вращении барабана, в результате образований гранулами АС награмождений (навалов) в нижней части барабана.
Целью изобретения является улучшение качества изменения структуры гранул АС (поризация), обеспечивающее повышение стабильности и улучшение взрывчатых свойств простейших ВВ.
Указанная цель достигается тем, что гранулированную аммиачную селитру обрабатывают в два этапа, на первом этапе проводят первичную стадию термической обработки гранулированной аммиачной селитры путем ее нагрева во вращающемся барабане до температуры 32,3-50°С, вторичную стадию термической обработки проводят при этой температуре в режиме качания барабана, а нагрев гранулированной аммиачной селитры в барабане проводят преимущественно попеременно в режиме вращения и в режиме качания, при этом после термообработки селитры ее рассеивают с разделением по фракциям.
Параметром требуемой (заданной) степени поризации гранулированной аммиачной селитры при термической обработке является ее удерживающая способность нормированного количества дизельного топлива (ДТ), оцениваемая массовой долей поглощенного дизельного топлива при изготовлении взрывчатых веществ на предприятиях. Стабильность смесей простейшенго ВВ [аммиачной селитры (АС) и дизельного топлива (ДТ)] АСДТ, понимаемая как однородность смеси и ее постоянство в течение всего времени ее изготовления, заряжания и детонации, определяется во многом свойствами АС (удельной поверхностью, формой и размером гранул, наличием и размерами пор и каверн в гранулах). Количество удерживаемого дизельного топлива возрастает с увеличением удельной поверхности гранул АС.
В промышленном простейшем взрывчатом веществе, представляющем смесь гранулированной АС с ДТ, например гранулит «Игданит»» (ТУ 7276-01-04683349-96) или гранулит «Игданит П» (ТУ 7276-001-04683349-98), массовая доля компонентов в смеси составляет АС - 94,5%, ДТ - 5,5%. В промышленном простейшем взрывчатом веществе, представляющем смесь гранулированной АС с ДТ и алюминиевым порошком, например гранулит А6 (ТУ 7276-01-0483349-95), массовая доля компонентов в смеси составляет АС - 90%, ДТ - 4%, алюминиевого порошка - 6%, а в гранулите A3 (ТУ 7276-001-0463349-2001) массовая доля компонентов в смеси составляет АС - 92%, ДТ - 5%, алюминиевого порошка - 3%. Таким образом, степень поризации гранулированной аммиачной селитры определяет необходимое количество удерживаемого ДТ в составах промышленных простейших взрывчатых веществ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид устройства, на фиг. 2 показан поперечный разрез по крышке с разгрузочным люком эллиптической формы в режиме вращения, на фиг. 3 показан поперечный разрез по крышке с разгрузочным люком эллиптической формы в режиме качания.
Устройство содержит барабан - 1, установленный под углом α 2-6° к горизонту, с полой осью - 2, обеспечивающей возможность вращения барабана вокруг оси и циркуляцию жидкого теплоносителя, рубашка для жидкого теплоносителя - 3, загрузочный коллектор - 4, питатель-дозатор исходного материала - 5, днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6 с соотношением большей оси эллипса к меньшей, равным 1,7-2,2, и смещением центра эллипса относительно оси барабана не менее размера эллипса по меньшей оси, внешний теплозащитный кожух - 7, смотровой люк - 8, вытяжные устройства для отвода воздуха из теплозащитного кожуха - 9, сито в виде перфорированного кольца - 10, установленного со стороны разгрузочного торца барабана, распределительные насадки - 11, устройство разгрузки с раздельной выдачей фракций - 12, привод - 13, передача крутящего момента - 14, муфта подачи теплоносителя - 15.
Способ получения поризованной гранулированной аммиачной селитры (АС) включает два этапа обработки. Первый этап включает стадию термической обработки путем нагрева в течение 1-5 минут до температуры 32,3-50°С во вращающемся барабане - 1, установленном под углом α=2-6° к горизонту, до получения поризованной гранулированной аммиачной селитры. Второй этап включает термическую обработку гранулированной аммиачной селитры при той же температуре в режиме качания барабана - 1. Перемешивание гранулированной аммиачной селитры осуществляют распределительными насадками - 11 в барабане - 1 установленном под углом α 2-6° к горизонту. Для повышения эффективности и полноты стадии нагрева при термообработке гранулированной АС в барабане - 1 стадию термической обработки во вращающемся барабане - 1 и в режиме качания барабана - 1, вторичную стадию термической обработки проводят в том же режиме и при той же температуре в режиме качания барабана - 1, при этом нагрев гранулированной аммиачной селитры в барабане - 1 проводят попеременно в режиме вращения первого этапа, или в режиме качания до получения требуемой поризации гранулированной аммиачной селитры. Качания барабана - 1 представляют собой угловые колебания, являющиеся частью вращения по незамкнутой круговой траектории. После нагрева полученной поризованной гранулированной аммиачной селитры ее рассеивают с разделением по фракциям в зоне сепарации с помощью сита - 10 и днища с разгрузочным люком эллиптической формы - 6.
Поверхность гранул селитры до процесса поризации «гладкая» или «стекловидная», представляющая собой незакономерное срастание агрегатов селитры. Границы раздела сростков сложные, сростки имеют вид неправильных произвольно располагаемых многоугольников. Поверхность гранулы вокруг жерла усадочной раковины аналогична рассматриваемой. Наблюдаются трещины, располагаемые произвольно, частично смыкающиеся. Внутренняя поверхность усадочной раковины сходна с поверхностью гранулы.
Поверхность гранул селитры после поризации покрыта раскрытыми трещинами, разделяющими поверхность на блоки с размерами, превышающими селитру до поризации в 1,5-2 раза. Блоки смещены относительно друг друга по высоте. Расположение трещин произвольное. Крупные трещины смыкаются. Устье усадочной раковины покрыто сетью трещин с раскрытыми берегами. Внутренняя структура характеризуется наличием сквозных трещин между поверхностью и усадочной раковиной.
Данный способ получения поризованной аммиачной селитры (АС) способствует более качественному ее изготовлению, что обеспечивает повышение стабильности и улучшение взрывчатых свойств простейших ВВ, результатом которого является уменьшение расхода ВВ на отбойку горной массы, повышение эффективности взрывных работ, выражающееся в улучшении качестве дробления горной массы.
Пример 1. Жидкий теплоноситель, нагретый до температуры 50°С, подается через муфту подачи теплоносителя - 15 и циркулирует по полой оси - 2 барабана и рубашке - 3, обеспечивая нагрев их поверхностей. Посредством привода - 13 и передачи крутящего момента - 14 барабан приводится в движение. Через загрузочный коллектор - 4 посредством питателя-дозатора - 5 гранулированная АС подается в барабан - 1, установленный под углом α 40 к горизонту. Барабан производит вращение в течение 2 минут. Затем барабан переводится в режим качания барабана в течение 2 минут. Прошедшая тепловую обработку гранулированная АС в зоне сепарации разделяется по фракциям с помощью сита - 10 и выгружается через днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6.
Отвод газообразных продуктов, полученных в результате термообработки АС, производят через вытяжные устройства для отвода воздуха из теплозащитного кожуха - 9. Внешний теплозащитный кожух - 7 обеспечивает снижение теплопотерь устройства получения поризованной гранулированной аммиачной селитры. Через смотровой люк - 8 производится контроль за ходом получения поризованной гранулированной аммиачной селитры в процессе эксплуатации.
Пример 2. Жидкий теплоноситель, нагретый до температуры 50°С, подается через муфту подачи теплоносителя - 15 и циркулирует по полой оси - 2 барабана и рубашке - 3, обеспечивая нагрев их поверхностей. Посредством привода - 13 и передачи крутящего момента - 14 барабан приводится в движение. Через загрузочный коллектор - 4 посредством питателя-дозатора - 5 гранулированная АС подается в барабан - 1, установленный под углом α 40 к горизонту. Барабан производит вращение в течение 4 минут. Прошедшая тепловую обработку гранулированная АС в зоне сепарации разделяется по фракциям с помощью сита - 10 и выгружается через днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6.
Отвод газообразных продуктов, полученных в результате термообработки АС, производят через вытяжные устройства для отвода воздуха из теплозащитного кожуха - 9. Внешний теплозащитный кожух - 7 обеспечивает снижение теплопотерь устройства получения поризованной гранулированной аммиачной селитры. Через смотровой люк - 8 производится контроль за ходом получения поризованной гранулированной аммиачной селитры в процессе эксплуатации.
Пример 3. Жидкий теплоноситель, нагретый до температуры 50°С, подается через муфту подачи теплоносителя - 15 и циркулирует по полой оси - 2 барабана и рубашке - 3, обеспечивая нагрев их поверхностей. Посредством привода - 13 и передачи крутящего момента - 14 барабан приводится в движение. Через загрузочный коллектор - 4 посредством питателя-дозатора - 5 гранулированная АС подается в барабан - 1, установленный под углом α 40 к горизонту. Барабан производит качания в течение 4 минут. Прошедшая тепловую обработку гранулированная АС в зоне сепарации разделяется по фракциям с помощью сита - 10 и выгружается через днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6.
Отвод газообразных продуктов, полученных в результате термообработки АС, производят через вытяжные устройства для отвода воздуха из теплозащитного кожуха - 9. Внешний теплозащитный кожух - 7 обеспечивает снижение теплопотерь устройства получения поризованной гранулированной аммиачной селитры. Через смотровой люк - 8 производится контроль за ходом получения поризованной гранулированной аммиачной селитры в процессе эксплуатации.
Устройство работает следующим образом.
Исходная гранулированная аммиачная селитра из питателя-дозатора исходного материала - 5 через загрузочный коллектор - 4 подается во вращающийся барабан - 1. Движение гранулированной аммиачной селитры в полости вращающегося барабана - 1 вдоль его наклонной оси - 2 происходит по принципу вытеснения предыдущих порций продукта новыми, вводимыми в барабан - 1 по течке через загрузочную горловину. Заполнение барабана - 1 производится до нижнего уровня разгрузочного люка эллиптической формы - 6, выполненного в соотношении большей оси эллипса к меньшей, равным 1,7-2,2, и смещенным центром эллипса относительно оси барабана не менее размера эллипса по меньшей оси. Перемешивание гранулированной аммиачной селитры в полости барабана - 1 происходит распределительными насадками - 11. Нагрев аммиачной селитры производится путем циркуляции жидкого теплоносителя по полой оси - 2 барабана - 1 и рубашке для жидкого теплоносителя - 3. Подача жидкого теплоносителя к полой оси - 2 производится посредством муфт подачи теплоносителя - 15.
На этапе термообработки аммиачной селитры во вращающемся барабане - 1 производят ее нагрев в течение 1-5 минут до температуры 32,3-50°С. Нагрев происходит послойно в теле гранул аммиачной селитры по законам теплопроводности. Тепловой поток от нагретой в контактном слое гранулы частично передается гранулам в вышележащих слоях. Эффективность и полнота этой стадии нагрева зависит от длительности нахождения гранул в контакте между собой. Для увеличения длительности контакта гранул аммиачной селитры друг с другом и с рубашкой для жидкого теплоносителя - 3 переходят к этапу термообработки в режиме качания барабана при этой же температуре. При этом барабан - 1 располагают таким образом, чтобы днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6 располагалось в верхней части сегмента барабана с отклонением малой оси эллипса от вертикали на угол ±30° - ±45°. На этапе термообработки аммиачной селитры в качающемся барабане - 1 производят ее прогрев в течение 1-5 мианут до температуры 32,3-50°С. Для повышения эффективности и полноты нагрева гранулированной аммиачной селитры в барабане - 1 стадию термической обработки во вращающемся барабане - 1 и в режиме качания барабана производят попеременно до получения поризованной аммиачной селитры.
После завершения термообработки гранулированной аммиачной селитры производят выгрузку поризованной аммиачной селитры. При этом барабан - 1 располагают таким образом, чтобы днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6 располагалось в нижней части сегмента барабана с отклонением малой оси эллипса от вертикали на угол ±30° - ±45°. Такое расположение разгрузочного люка и его форма способствуют полной и эффективной разгрузке барабана - 1. Разгрузку поризованной аммиачной селитры производят в режиме качания барабана. В процессе разгрузки через днище с разгрузочным люком эллиптической формы - 6 поризованная аммиачная селитра попадает в устройство разгрузки с раздельной выдачей фракций - 12 с ситом в виде перфорированного кольца - 10. В устройстве разгрузки с раздельной выдачей фракций - 12 крупная фракция поризованной аммиачной селитры отделяется от мелкой. Разделенные фракции поступают в бункера (на чертежах не показаны).
Отвод газообразных продуктов, полученных в результате термообработки АС, производят через вытяжные устройства для отвода воздуха из теплозащитного кожуха - 9. Внешний теплозащитный кожух - 7 обеспечивает снижение теплопотерь устройства получения поризованной гранулированной аммиачной селитры. Через смотровой люк - 8 производится контроль за ходом получения поризованной гранулированной аммиачной селитры в процессе эксплуатации. Вращение барабану - 1 передается от привода - 13 посредством передачи крутящего момента - 14 на полую ось - 2.