СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ПОРОХА
METHOD OF SPHERICAL POWDER PRODUCTION

Изобретение относится к области получения сферических порохов (СФП) для стрелкового оружия.
Из литературы [1] известно, что для интенсификации процессов перемешивания в реакторе устанавливаются отражательные перегородки, крепящиеся к внутренней стенке реактора.
Сферические пороха получают в реакторах с обогреваемой рубашкой. Первоначально в реактор заливают воду, загружают пороховую массу или нитроцеллюлозу (НЦ) и при низкой частоте вращения мешалки готовится пороховой лак. После приготовления порохового лака вводится защитный коллоид, и при повышенных оборотах ведется дробление порохового лака на сферические элементы заданного размера. В процессе дробления порохового лака в реакторе возникает воронка за счет окружных и радиальных течений и снижения осевого течения потоков жидкости. В образовавшейся воронке ведется слабое перемешивание жидкостей и, следовательно, дробление порохового лака на сферические частицы. Установка отражательных перегородок увеличивает интенсивность дробления порохового лака на сферические частицы и снижает величину образовавшейся воронки, однако на отражательных перегородках происходит налипание порохового лака и после 2, 3 проведенных операций появляются наросты порохового лака на стенках реактора, что в итоге приводит к изменению гидродинамических режимов потока жидкости в реакторе и, как следствие, снижению выхода целевой фракции СФП.
В качестве прототипа авторами выбран патент [2], включающий перемешивание компонентов в течение 10…15 минут, приготовление порохового лака в этилацетате, диспергирование в присутствии клея, отгонку этилацетата и сушку, отличающийся тем, что перемешивание компонентов осуществляется в дисперсионной среде в присутствии эмульгаторов в реакторе с последующим дроблением его на сферические частицы лопастными мешалками с образованием в реакторе воронки.
Целью изобретения является снижение образовавшейся воронки в реакторе в процессе дробления порохового лака на сферические частицы, увеличение выхода целевой фракции пороха и увеличение загрузки реактора.
Поставленная цель достигается тем, что осуществляют разворот на 180°С потока образовавшейся воронки с направлением его к центру реактора посредством жестко закрепленного на крышке реактора с помощью штока рассекателя потока, выполненного в виде пластины треугольной формы высотой, равной 2/3 радиуса реактора, изогнутой в верхней части по диаметру реактора и расположенной на расстоянии 80…100 мм от внутренней стенки реактора под углом к направлению потока.
На чертеже показана схема установки рассекателя потока в реакторе. На крышке реактора (поз.6) с помощью штока (поз.7) жестко установлен рассекатель потока (поз.8). В процессе приготовления порохового лака частота вращения мешалки не превышает 60 об/мин, при этом образование воронки над поверхностью жидкости не происходит. Рассекатель потока находится над поверхностью потока и практически не касается зеркала жидкости. В процессе дробления порохового лака частота вращения мешалки увеличивается до 120 об/мин, при этом окружная и радиальная скорости увеличиваются, следовательно, образуется воронка, которая с помощью рассекателя потока срезается и направляется к центру вала в активную зону, где за счет насосного эффекта уносится в поток. Все это создает дополнительное осевое течение жидкости в реакторе и равномерное дробление порохового лака на сферические частицы. После завершения процесса дробления порохового лака частота вращения мешалки снижается до 60 об/мин, и рассекатель потока автоматически выходит из потока жидкости. Налипание пороховой массы на рассекатель потока не происходит. Образование воронки при дроблении порохового лака принимает минимальное значение, что позволяет увеличивать загрузку реактора с 400 кг пороховой массы или НЦ в пересчете на сухой вес до 600…650 кг. Выход целевой фракции пороха с использованием рассекателя потока увеличен с 60% до 75…85%. Ширина и высота рассекателя потока авторами выбрана равной 2/3 от радиуса реактора. Уменьшение размеров высоты и ширины рассекателя потока менее 2/3 радиуса реактора приводит к снижению условий дробления порохового лака, а увеличение размеров рассекателя потока более 2/3 радиуса реактора нецелесообразно, так как возможно касание рассекателя потока вала мешалки и самих мешалок.
Рассекатель потока изгибается в верхней части по диаметру, равному диаметру реактора, что позволяет разворачивать поток на пластине рассекателя потока на 180° и направлять его в центр аппарата. Рассекатель потока устанавливается на расстоянии 80…100 мм от внутренней стенки реактора, что обеспечивает свободный поток жидкости и предотвращает налипание пороховой массы между рассекателем потока и стенкой реактора. Уменьшение расстояния между стенкой реактора и рассекателем потока менее 80 мм приводит к налипанию пороховой массы между стенкой реактора и рассекателем потока, а увеличение расстояния более 100 мм нецелесообразно, так как рассекатель потока не в полной мере срезает образовавшуюся воронку.
Рассекатель потока устанавливается под углом 30…40° к потоку. Уменьшение угла наклона менее 30° приводит к неполной ликвидации образовавшейся воронки, а увеличение угла наклона более 40° приводит к резкому торможению потока.
Технологические режимы и физико-химические характеристики пороха по разработанному авторами способу в пределах граничных условий (примеры 1…3) и за пределами граничных условий (примеры 4, 5) приведены в таблице.
Таблица
Технологические режимы и физико-химические характеристики СФП
Наименование показателя
Пример (Пр. №1)
Пр. №2
Пр. №3
Пр. №4
Пр. №5
Расстояние установки рассекателя потока от стенки реактора, мм
80
90
100
50
120
Угол наклона рассекателя потока к потоку жидкости, град.
30
35
40
10
50
Выход целевой фракции пороха (0,4…0,63), %
75
85
80
60
65
Насыпная плотность сферического пороха, кг/дм<sup>3</sup>
0,980
0,981
0,985
0,983
0,982
Загрузка реактора объемом 6,5 м<sup>3</sup>, кг
600
625
650
400
500
Длительность технологического процесса, час
8
8
8
8
8
Из приведенных результатов таблицы видно, что по разработанному авторами способу (примеры 1…3) выход целевой фракции пороха с использованием рассекателя потока увеличен до 75…85%, при этом загрузка пороховой массы или нитроцеллюлозы в реактор увеличена до 600…650 кг за счет уменьшения образующейся воронки. За пределами граничных условий (примеры 4, 5) выход целевой фракции СФП снижается.
Источники информации
1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. - М.: Химия, 1973. - 750 с.
2. Патент РФ №2258688 С2, 20.08.2005.