乳化炸藥生產(chǎn)用大容積水相罐的改進(jìn)研究

曾文藝,肖賤安

(湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

乳化炸藥生產(chǎn)用大容積水相罐的改進(jìn)研究

曾文藝,肖賤安

(湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司, 湖南長(zhǎng)沙 410012)

膠狀乳化炸藥生產(chǎn)線(xiàn)工藝配方的改變和產(chǎn)能的提高,使得大容積水相罐大量應(yīng)用。而大容積水相罐中塊度稍大的硝酸銨塊不易溶化,并有結(jié)晶擴(kuò)大成塊飄浮在上層的現(xiàn)象,使水相半成品溶化時(shí)間延長(zhǎng),影響生產(chǎn)效率。通過(guò)分析產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因,采用微調(diào)原臥式攪拌器和增加 1套立式攪拌器的方案,較好的解決了這一問(wèn)題。

膠狀乳化炸藥;大容積水相罐;溶化速度;攪拌器

眾所周知,膠狀乳化炸藥用途廣泛,可通過(guò)改變其工藝參數(shù)配方,生產(chǎn)出適合各種爆破需要的膠狀乳化炸藥品種。用于膠乳炸藥生產(chǎn)的大容積水相罐雖然有較大的適應(yīng)范圍,但并不能適應(yīng)全部工藝的變化范圍。在某廠(chǎng)新線(xiàn)改建方案中,廠(chǎng)方提出以往使用的大容積水相罐尚存在缺陷,出現(xiàn)塊度稍大的硝酸銨塊不易溶化并伴隨結(jié)晶擴(kuò)大成大塊飄浮在上層的現(xiàn)象,使水相溶化備料時(shí)間大幅延長(zhǎng),影響生產(chǎn)進(jìn)度,不利生產(chǎn),在新設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)。針對(duì)這一現(xiàn)象,通過(guò)分析,并結(jié)合廠(chǎng)方的具體情況,在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上增加 1套立式攪拌器,消除了這一現(xiàn)象,方法簡(jiǎn)單,使用效果較好。

1 硝酸銨塊溶化緩慢的原因分析

乳化炸藥成套生產(chǎn)線(xiàn)隨著工藝配方的不斷改進(jìn),對(duì)機(jī)械設(shè)備提出了相應(yīng)的更高要求。由于水相工藝配方的改進(jìn)和產(chǎn)能的提高,大容積水相罐在溶化硝酸銨時(shí),出現(xiàn)了攪拌不均勻、不及時(shí),部分硝酸銨塊再結(jié)晶成大塊飄浮在上層的現(xiàn)象,使水相溶化備料時(shí)間延長(zhǎng),影響生產(chǎn)進(jìn)度。下面分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

(1)破碎機(jī)破碎出的硝酸銨塊度稍大。在生產(chǎn)線(xiàn)中采用的是雙輥式破碎機(jī),硝酸銨物料整袋投入,投料速度快,生產(chǎn)效率高,故障率低,適合大產(chǎn)能炸藥生產(chǎn)線(xiàn)高生產(chǎn)效率的要求。但結(jié)塊的硝酸銨經(jīng)破碎機(jī)破碎后,并非全部為粉末狀或小尺寸塊狀,其中尚含有一部分小塊狀,其尺寸在 (22×22×22)mm～(38×38×38)mm之間。該破碎機(jī)如不加以改進(jìn),則無(wú)法提供粒度或塊度尺寸更小的硝酸銨塊,因此無(wú)法從塊度上杜絕產(chǎn)生溶化速度較慢的現(xiàn)象。

(2)水相工藝配方的改進(jìn),帶來(lái)熱能需求的變化。不同的水相工藝配方,有不同的原材料組份,也就有不同的溶解速度,應(yīng)提供不同的熱能需求量,才能有效地避免出現(xiàn)再結(jié)晶成塊的現(xiàn)象。但實(shí)際應(yīng)用中,采用穩(wěn)定的氣源和恒定的壓力送氣,對(duì)于某些配方無(wú)法快速提供需要的熱能。硝酸銨溶解是吸熱反應(yīng),溶解初期大量硝酸銨物料注入溶化罐,使得混合溶液溫度急劇下降。此時(shí)一部分硝酸銨塊被攪拌帶到溶化罐混合溶液上部,漂浮于液面之上。因溫度較低,使得部分硝酸銨溶液附于硝酸銨塊上再結(jié)晶形成大塊。這部分漂浮于液面之上的硝酸銨塊無(wú)法在溶液中充分混合吸熱,因而溶化速度很慢。

(3)機(jī)械攪拌力度和強(qiáng)度不夠。攪拌器布置于罐體一側(cè)下部,可以帶動(dòng)罐體下部的溶液混合,但上部的溶液流動(dòng)緩慢,換熱較慢。且水相工藝配方改進(jìn)后,熱能需求增加,原先的攪拌循環(huán)速度不能提高溶液對(duì)流和交換熱能的速度。

2 原有大容積水相罐的結(jié)構(gòu)與分析

以往采用的大容積水相罐結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。由圖1可知,罐底部?jī)?nèi)裝有換熱板組,罐外一側(cè)下方裝有臥式攪拌器,蒸汽從罐身下部蒸汽管道進(jìn)入換熱板組加熱溶液后,再通過(guò)攪拌加快熱交換,從而達(dá)到溶液升溫到要求溫度的目的。

因換熱板組安裝于罐底,距罐頂?shù)目臻g較高,可考慮在罐內(nèi)上部增加 1組換熱板組,以達(dá)到增加熱能交換速度的目的。該處理辦法的不利面是:成本增加太大;布置于罐內(nèi)上方的換熱板組會(huì)阻礙物料的流動(dòng),影響換熱速度;結(jié)構(gòu)上增加了維修和維護(hù)的難度。

圖1 原有大容積水相罐結(jié)構(gòu)示意

臥式攪拌器從罐身一側(cè)水平伸入罐內(nèi),用皮帶傳動(dòng),伸入罐內(nèi)較短。單獨(dú)改變臥式攪拌器的形式及相關(guān)參數(shù),可以達(dá)到增強(qiáng)攪拌強(qiáng)度的目的。但增加攪拌電機(jī)功率、提高轉(zhuǎn)速、加長(zhǎng)攪拌槳的伸入量,對(duì)水相罐罐身的設(shè)計(jì)提高了要求。水相罐要計(jì)量秤重,不能固定安裝在地基上,攪拌器的改變?cè)斐芍匦钠?可能造成重心失衡和振動(dòng),不利于機(jī)器的正常運(yùn)行。

3 解決方案及分析

可從上述 3個(gè)方面尋求解決大容積水相罐溶化速度慢問(wèn)題的方案,但 3個(gè)方案的可行性和實(shí)用性差別較大。

(1)改變破碎機(jī)結(jié)構(gòu),使其破碎出的硝酸銨物料均為粉末狀和小尺寸塊。改變破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和外形,需對(duì)機(jī)器的安裝和生產(chǎn)者的操作做出重大改變。實(shí)踐證明,改變出料粒度容易造成破碎機(jī)堵料,使得機(jī)器無(wú)法正常運(yùn)行。

(2)改變廠(chǎng)方的供熱方式,按工藝配方的需求提供熱能。該方案需調(diào)整整個(gè)供熱系統(tǒng)和生產(chǎn)工房的輔助系統(tǒng),投資巨大。該方案實(shí)用性差,因而未予考慮。

(3)改變機(jī)械攪拌力度和強(qiáng)度。如圖2所示,在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,在罐體上部增加 1套立式攪拌器,將臥式攪拌器改為向上傾 10°插入水相罐,達(dá)到提高換熱的強(qiáng)度,使罐內(nèi)溶液快速熱交換,縮短溶化時(shí)間的目的。

新增加的立式攪拌器處于罐頂中心位置,無(wú)需采用復(fù)雜的密封裝置,不增加泄漏點(diǎn)。立式攪拌器的結(jié)構(gòu)如圖3所示,主要由減速機(jī)、聯(lián)軸器、攪拌軸和漿葉等組成,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易于制造。其以整體組件通過(guò)罐頂?shù)姆ㄌm孔與罐體連接,整體可拆卸,方便罐內(nèi)部件檢修。

圖2 改進(jìn)后的大容積水相罐結(jié)構(gòu)示意

圖3 立式攪拌器結(jié)構(gòu)示意

經(jīng)反復(fù)論證,選擇方案 3作為最終改進(jìn)的方案。

4 工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用情況

在工業(yè)生產(chǎn)中,臥式攪拌器斜向上推動(dòng)物料在罐內(nèi)循環(huán),使得罐底和罐頂?shù)奈锪铣浞只匦旌?充分進(jìn)行熱量交換;當(dāng)罐內(nèi)溶液達(dá)到一定高度,立式攪拌器的槳葉埋入混合溶液之后,啟動(dòng)立式攪拌器電機(jī),使立式攪拌器運(yùn)轉(zhuǎn)。在槳葉的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)下,浮在上層的小塊自上而下翻轉(zhuǎn),加速了混合溶液之間的熱交換,達(dá)到了快速溶化的目的。2臺(tái)攪拌器的協(xié)同工作,使得水相半成品的制備快速完成,備料時(shí)間滿(mǎn)足工藝要求。

5 結(jié) 論

隨著工業(yè)炸藥生產(chǎn)線(xiàn)的技術(shù)更新,生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)能越來(lái)越大,生產(chǎn)工廠(chǎng)的生產(chǎn)規(guī)模也隨之?dāng)U大。生產(chǎn)能力的逐步提高,使得越來(lái)越多的工廠(chǎng)使用大容積水相罐來(lái)組織生產(chǎn),用同一套裝備生產(chǎn)不同品種乳化炸藥的組織方式也越來(lái)越普遍。乳化炸藥新工藝、新配方的研發(fā)成功,對(duì)乳化炸藥生產(chǎn)專(zhuān)用設(shè)備的設(shè)計(jì)提出了新要求。

本文所介紹的大容積水相罐的設(shè)計(jì)容積 6～50 m3不等,各個(gè)規(guī)格水相罐的設(shè)計(jì)都可以采用上述設(shè)計(jì)方案處理。改變混合溶液在容器中的流動(dòng)狀態(tài),增加換熱的強(qiáng)度,使得混合溶液既順序流動(dòng),又上下翻轉(zhuǎn),物料充分接觸,換熱效果明顯提升。改造臥式攪拌器為向上傾斜 10°,且增加 1套立式攪拌器,解決了硝酸銨小塊不易溶化并結(jié)晶擴(kuò)大成大塊的現(xiàn)象,完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求,實(shí)踐證明應(yīng)用效果良好。改造后的大容積水相罐有如下幾方面的優(yōu)點(diǎn):

(1)改進(jìn)方案選擇合理,改造費(fèi)用低廉;

(2)在使用過(guò)程中,不增加水相罐使用和維護(hù)的成本;

(3)本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,加工容易,無(wú)需備件;

(4)實(shí)際應(yīng)用效果顯著,經(jīng)濟(jì)效益明顯。

[1] 肖賤安.乳化炸藥大容積水相罐的研制[J].采礦技術(shù),2006,6(3):445～447,469.

[2] E.U.施林德?tīng)?換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè) (第 3卷)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1988.

[3] 國(guó)家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設(shè)計(jì)院.化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè) (第二版)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[4] 湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司,葛洲壩易普力股份有限公司.年產(chǎn) 15000噸乳化炸藥 (含 6000噸乳膠基質(zhì))連續(xù)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)技術(shù)與設(shè)備研究驗(yàn)收文件[R].長(zhǎng)沙:湖南長(zhǎng)斧眾和科技有限公司,2009.

2010-04-02)

曾文藝 (1975-),男,湖南常德人,工程師,主要從事民爆器材設(shè)備、工藝和安全工程的研究,Email:zwyi@cimr.com.cn。