Сушка и увлажнение пороха

По окончании вымочки вода сливается, а порох сушится при температуре не выше 50 °С в течение 1–3 суток до постоянной массы. Затем определяют содержание летучих веществ.

Увлажнение пороха производят только в том случае, если общее содержание летучих веществ ниже нормы, а количество неудаляемых шестичасовой сушкой соответствует норме по ТУ.

Для увлажнения порох оставляют в кристаллизаторе на открытом воздухе при комнатной температуре или же помещают в эксикаторы с относительной влажностью около 70 %, затем выдерживают в этих условиях до постоянной массы.

В процессе изготовления винтовочных порохов после удаления избыточного растворителя до содержания не более 0, 5 % производится флегматизация и графитовка их.

36. Производство пироксилиновых порохов непрерывным
методом

Технологическая схема непрерывного производства пироксилиновых порохов представлена на рисунке

Пироксилино-водная взвесь с массовой долей 3 % поступает через пескоуловитель и электромагнитный сепаратор 1 в ажитатор 2.
В ажитаторе 2 взвесь отстаивается и декантируется до массовой доли
8 %, подогревается острым паром до температуры 45 °С и с помощью массонасоса 3 и насоса-дозатора 6 подается на водоотжим и обезвоживание в непрерывно действующую центрифугу 5. Отжатая вода поступает в бак оборотной воды 4, в этот бак подается также сливная вода из ажитатора 2.Пироксилин в центрифуге 5 обезвоживается этиловым спиртом-ректификатом с объемной долей не менее 95 % при температуре
15-30 °С. Спирт поступает в центрифугу из расходного бака 12 через дозатор 11 и ротаметр. Из центрифуги отработанный спирт собирается в емкости 16. Обезвоженный пироксилин выгружается в бункер 7, где он частично разрыхляется шнек-винтами и подается в шнек-протирку 8, затем в шнек-дозатор 9 и в каскадный смеситель-пресс 10. Одновременно с пироксилином в каскадный смеситель-пресс из расходного бака 14 через дозатор 13 и ротаметр дозируется эфир с растворенным в нем дифениламином. Из каскадного смесителя-пресса пороховая масса выпрессовывается через формующие втулки, и ленточным транспортером пороховые шнуры подаются на резательный агрегат 15.После резки пороховые элементы подаются в горизонтальный трехфазный аппарат на стадию непрерывного удаления спиртоэфирного растворителя, а затем – на заключительные стадии.

37. Производство пироксилиновых порохов периодическим
методом

1 Обезвоживание пироксилина этиловым спиртом

Пироксилин обезвоживается с целью снижения содержания влаги от 28–32 до 2–4 %. Большое количество влаги в пироксилине препятствует его пластификации. Метод основан на вытеснении из пироксилина воды этило­вым спиртом. Этот метод был предложен выдающимся русским ученым Д. И. Менделеевым. В процессе обезвоживания пироксилин пропитывается спиртом до 25–28 %, происходит набухание волокон, низкоазотные фракции нитратов целлюлозы и нестойкие примеси растворяются в спирте, вымываются, химическая стойкость пирок-силина повышается.

На процесс обезвоживания пироксилина оказывают влияние следующие факторы:

1. С повышением содержания азота в пироксилине обезвоживание протекает более глубоко и с большей скоростью. Присутствие в пироксилине низкоазотных фракций, растворимых в спирте, приводит к образованию высоковязких растворов, что затрудняет диффузию спирта через массу пироксилина.

2. Наличие в пироксилине примесей затрудняет процесс обезвоживания, так как примеси набухают в спирте, закрывая поры. Следовательно, пироксилин из хлопковой целлюлозы будет обезвоживаться легче, чем из древесной целлюлозы.

3. Спирт высокой крепости может вызвать интенсивное растворение поверхностного слоя пироксилина с образованием высоковязкой пленки. Поэтому процесс обезвоживания пироксилина начинают с применения этилового спирта более низкой концентрации (70–80 объем-ных долей).

4. С повышением температуры спирта обезвоживание ускоряется, так как снижается его вязкость. Оптимальная температура обезвоживания 30-40 °С.

Пироксилин обезвоживается в вертикальных центрифугах периодического действия с верхней выгрузкой, имеющих две перфорированные обечайки. Пироксилин в мешках по 10 кг каждый загружается в пространство между обечайками, промачивается отработанным спиртом и тща­тельно уплотняется. Затем на различных режимах вращения (медленном и бы­стром) в центрифугу подается спирт-ректификат, подогретый до 35 °С. Отработанный спирт отводится через отверстие в донной части центрифуги. Общая масса загружаемого пироксилина составляет 60–70 кг (на сухую массу), продолжительность обезвоживания 1–2 ч. Качество обезвоживания контролируется по крепости отработанного спирта и по содержанию влаги и спирта в пироксилине.

2 Смешение компонентов и пластификация пороховой
массы

Назначение данной стадии – приготовление однородной и пластичной пороховой массы, из которой в последующем будут формоваться пороховые шнуры. На эту стадию поступает пироксилин, содержащий до 4 % воды и 32 % спирта. Стабилизатор химической стой-кости – дифениламин, подается на эту стадию в виде раствора в этиловом эфире. Смешение осуществляется в лопастных смесителях с ру-башками для охлаждения и двумя Z-образными мешалками, вращающимися в противоположных направлениях (рисунок 21), или в перовых мешателях, валы которых имеют вращательное и возвратно-поступательное движение.

Через 1–2 мин направление вращения мешалок периодически изменяется. Загрузка смесителя пороховой массой составляет 90–120 кг. Смешение осуществляется в следующей последовательности: в смеситель загружается половина всей массы пироксилина, брак и заливается половина всего растворителя. После перемешивания в течение 5 мин мешалки останавливают и загружают вторую половину пироксилина и растворителя, а также эфир с растворенным дифениламином. После перемешивания в течение 30 мин отбирается проба на анализ качества пластификации. При положительных результатах пороховая масса выгружается в герметичные бидоны по 30 кг.

Необходимые количества спирта и эфира для подачи в смеситель опре­деляются на основе уравнений материального баланса, исходя из следующих условий:

1. Соотношение между спиртом и эфиром составляет от 1: 1 до 1: 1, 5; чаще всего используется соотношение 1: 1, 1.

2. На 100 массовых частей сухого пироксилина берется следующее ко­личество растворителя: при изготовлении орудийных порохов из смесевого пироксилина СА – 85-100 массовых частей; при изготовлении винтовочных порохов из смесевого пироксилина ВА – 90–110 массовых частей.

3. Возвратный брак, поступающий в смеситель, при малом содержании в нем растворителя, подвергается предварительной размочке.

3 Формование пороховых шнуров, их предварительное
провяливание и резка на элементы

Формование пороховых шнуров осуществляется путем продавливания пластичной пороховой массы через формующие устройства - матрицы (рисунок 22).

Размер матриц выбирается с учетом 30%-ной усадки пороховых элементов по диаметру, происходящей после удаления растворителя.
В процессе формования происходит уплотнение пороховых элементов, придание им требуемой формы и размеров, а также частичная ориентация макромолекул вдоль направления движения пороховой массы по каналу матрицы. Вследствие ориентации макромолекул возникает анизотропия свойств порохов.

Прессование осуществляется на гидравлических прессах (рису-нок 23), имеющих две вращающиеся изложницы, главный и вспомогательный гидравлические цилиндры с поршнями, установленные на двух массивных колоннах. Вспомогательный гидравлический цилиндр служит для подпрессовки пороховой массы под небольшим давлением (1, 0–1, 5 МПа). Главный гидравлический цилиндр служит для выпрессовывания пороховой массы. Прессование осуществляется в следующей последовательности. Сначала в изложницу вставляется обойма с матрицами, направляющими и фильтрующими дисками. Поверх дисков устанав-ливаются две стальные сетки для задержания инородных включений. Затем в изложницу загружается 30 кг пороховой массы в пять приемов с подпрессовкой давлением около 1, 0 МПа. Подпрессовки необходимы для удаления воздуха из пороховой массы, который при сжатии разогревается и может инициировать ее воспламенение. После загрузки пороховой массы в изложницу вставляется пороховая «лепешка», оставшаяся от предыдущего прессования, и медное разрезное обтюрирую-щее кольцо. Подготовленная изложница поворачивается вокруг колонны на 180°, устанавливается соосно с поршнем главной цилиндрической системы и фиксируется с помощью защелки.

Включается главный гидравлический цилиндр, и начинается выпрессовывание пороховых шнуров (пороховых нитей). Пороховые шнуры на выходе из пресса сворачиваются в бухты или подаются на барабаны. Толстосводные шнуры для трубчатого пороха накалываются на рамы. Пороховые нити для винтовочных порохов и тонкосводных орудийных порохов разрываются на отрезки длиной около 3 м и развешиваются на деревянных стержнях. При прессовании пороховых шнуров возможны следующие виды брака:

- шнуры с неправильными (смещенными) каналами (образуются в том случае, если иголки в матрице погнуты или установлены неправильно);

- расширенные каналы (образуются при высокой скорости прессования);

- узкие каналы (образуются при медленном прессовании «жирной» массы, содержащей избыток растворителя);

- шнуры с шероховатой поверхностью (образуются при высокой скорости прессования);

- шнуры с плохой пластификацией на наружной поверхности и в изломе имеют белые рыхлые включения непластифицированного пироксилина. Этот наиболее часто встречающийся вид брака возникает при плохом обезвоживании пироксилина, при недостатке растворителя, неправильном выборе соотношения между спиртом и эфиром, при повышенной температуре или не­достаточном времени смешения.

Предварительное провяливание пороховых шнуров осуществляется после их формования с целью удаления части растворителя и придания им определенной механической прочности. После выхода из пресса пороховые шнуры содержат около 50 % растворителя, являются мягкими и при резке могут легко деформироваться. После предварительного провяливания шнуров в естественных условиях содержание в них растворителя уменьшается до 40–35 %.

Резка пороховых шнуров на элементы осуществляется с учетом 10%-ной усадки по длине в результате удаления растворителя. Длина трубчатых порохов определяется в зависимости от длины зарядной каморы или длины цилиндрической части гильзы. Для крупных калибров орудий длина пороховых трубок принимается равной половине или четверти длины зарядной каморы. Для зерненых и пластинчатых порохов длина пороховых элементов определя­ется в зависимости от толщины горящего свода 2e1:

- зерно с одним каналом – (7–8) 2e1;

- зерно с семью каналами – (10–12) 2e1;

- пористые пороха без канала – (2–3) 2e1;

- ширина пластины – (10–20) 2e1.

Резка пороховых шнуров осуществляется на резательных станках (рисунок 24) с помощью специальных ножей. Скорость подачи шнуров и частота перемещения ножей регулируются в зависимости от требуемой длины пороховых элементов.

Для резки шнуров могут применяться также резательные станки Разумеева и гильотинный станок Сан-Галли.

При резке возможны следующие виды брака пороховых элементов: заусенцы или зерна с острыми выступающими краями, короткие или длинные зерна, зерна с трещинами и косыми срезами, зерна с заплывшими каналами.

4 Удаление спиртоэфирного растворителя

Операция удаления растворителя в производстве пироксилиновых порохов является одной из наиболее ответственной и самой продолжительной.

Это сложный физико-химический процесс, скорость и характер протекания которого зависит как от внешних факторов (среды и параметров процесса), так и от внутренних (сырья и структуры пороха).

Выпрессованные пороховые шнуры имеют значительное количество растворителя, который необходимо удалить до требуемых норм содержания. На этой фазе производства формируются основные физико-химические параметры порохов, определяющих их эксплуатационные качества: содержание удаляемых (вода), неудаляемых (спиртоэфирный растворитель), геометрические размеры элементов, плот-ность, удельная поверхность. Удаление растворителя идет поэтапно и разбивается на три самостоятельные фазы: провяливание, вымачивание (вымочка), сушка с последующим увлажнением пороха.

Провяливание пороха осуществляется с целью плавного удаления спиртоэфирного растворителя из пороха до содержания не более 15 %.

При медленном удалении растворителя происходит усадка пороха, при этом повышаются его плотность и прочность. Если удаление растворителя происходит слишком быстро, то релаксация макромолекул не успевает протекать и порох сохраняет структуру, характерную для набухших нитратов целлюлозы. При этом происходит недостаточная усадка и в порохе «фиксируется» пористая структура. Такой порох будет иметь большую скорость горения, меньшую плотность. Кроме этого, быстрое удаление спиртоэфирного растворителя из пороха может привести к образованию на поверхности зерен твердой пленки – «корочки», препятствующей дальнейшему удалению растворителя.

38. Вискозные пороха получают без растворителя путем нитрования вискозы.

39. Кордитные пороха содержат высокоазотный пироксилин, удаляемый и неудаляемый пластификатор. Это приближает технологию производства данных порохов к производству пироксилиновых порохов. Преимущество кордитов — большая мощность, однако они вызывают повышенный разгар стволов из-за более высокой температуры продуктов сгорания.

Пороха кордитного типа по составу близки к баллиститным порохам. Кордиты содержат высокоазотный пироксилин № 1 и нитроглицерин. Поэтому такие пороха имеют высокую энергетику. Но нитроглицерин не пластифицирует пироксилин № 1, поэтому для этой цели используется летучий растворитель – ацетон или спиртоэфирная смесь. Технология произ­водства кордитов близка к технологии производства пироксилиновых поро­хов, отличие заключается в отсутствии стадии вымочки, так как нитроглицерин растворяется в воде.

Кордитные пороха применяются в английской, итальянской, американской и германской армиях.

40. Сферические пороха – это многокомпонентные энергетические системы, пороховые элементы шаровой или эллипсоидной формы, изготавливаемые по водно-дисперсионной технологии. Дегрессивная форма гранул таких порохов в полной мере компенсируется прогрессивностью горения метательного заряда. Это достигается путем ингибирования процесса горения пороха в начальный период выстрела за счет введения в поверхностные слои пороховых элементов различного вида флегматизаторов. Высокая насыпная плотность и энергоемкость зарядов, широкие рецептурные возможности, хорошие эксплуатационные характеристики позволили создать из СФП ряд высокоэффективных метательных зарядов к патронам карабинов, автоматов, пулеметов и пистолетов. На заводах отрасли были разработаны и внедрены высокопроизводительное оборудование и автоматизированная система управления технологическим процессом, что позволило снизить трудоемкость производства СФП более чем в 2 раза.

41) Сферические пороха - СфП (СП) - это мелкозерненые пороха, имеющие

шаровую (сфероидальную), листообразную или эллипсоидную форму. Средний

размер гранул СфП может меняться от нескольких микрометров до одного - двух

миллиметров.

Большинство СфП являются двухосновными и содержат

НГЦ, поэтому они получаются только на заводах,

производящих НГЦ и пороховую массу баллиститного

типа. Созданы и одноосновные пороха, близкие по

составу пироксилиновым порохам и не содержащие НГЦ. При этом в ЭА можно

растворять влажный пироксилин, содержащий до 30 мас.% воды.

42) Изготовление СфП - сложный и многофакторный процесс (см. блок-схему на

рис.2.4.2), в ходе которого формируются его эксплуатационные характеристики.

Диспергирование порохового лака в воде (при 55-65°С) приводит к образованию

эмульсии типа масло-вода, то есть лиофобной системы (при определенной

концентрации дисперсной фазы, превышение которой может привести к

нежелательному процессу обращения фаз).

Для облегчения процесса эмульгирования и стабилизации эмульсии

необходимо использовать гидрофильные эмульгаторы: поверхностно-активные

вещества или высокомолекулярные природные соединения шелкового типа,

например мездровый клей (0, 8-1, 5 мас.%). Он образует на поверхности частиц

порохового лака защитный адсорбционный гидратный слой (предельно

сольватированный молекулами воды), то есть обеспечивает устойчивость эмульсии

по механизму коллоидной защиты. Для регулирования вязкости дисперсионной

среды вводят 0, 8-1, 5 мас.% декстрина - продукта гидролиза крахмала.

43) Сферические пороха изготавливают по эмульсионной технологии, основными стадиями которой являются:

- подготовка исходных компонентов;

- приготовление раствора компонентов в растворителе;

- приготовление эмульсии раствора в водной среде;

- отгонка растворителя и формирование пороховых элементов;

- промывка, сортировка, флегматизация, отжим и сушка;

- смешение, развеска и укупоривание.

Технологический процесс получения СфП основан на растворении

компонентов пороха в легколетучем растворителе, например этилацетате (ЭА),

эмульгировании в реакторе-диспергаторе образовавшегося порохового лака в воде с

последующим удалением ЭА из капелек эмульсии и фиксированием формы

полученных твердых пороховых частиц.

46) Мелкие марки порохов ВТ, ВУ, 4/1 в полировальных аппаратах обрабатывают

камфорой (так называемая флегматизация) и графитом (так называемая графитовка),

соответственно 1, 0-1, 8 и 0, 1-0, 4% от массы пороха.

Флегматизация сферического пороха осуществляется эмульсионным способом при температуре 78–95 °С в течение 0, 5–2 ч в аппарате с интенсивным механическим перемешиванием. Предварительно в аппарат заливается подготовленная эмульсия флегматизатора.

флегматизаторами регулируют скорость горения, чаще поверхностно, типа вымачивают порох в спиртовом растворе камфоры и т.д

46)