乳化炸药生产用大容积水相罐的改进研究

曾文艺,肖贱安

(湖南长斧众和科技有限公司, 湖南长沙 410012)

乳化炸药生产用大容积水相罐的改进研究

曾文艺,肖贱安

(湖南长斧众和科技有限公司, 湖南长沙 410012)

胶状乳化炸药生产线工艺配方的改变和产能的提高,使得大容积水相罐大量应用。而大容积水相罐中块度稍大的硝酸铵块不易溶化,并有结晶扩大成块飘浮在上层的现象,使水相半成品溶化时间延长,影响生产效率。通过分析产生这一现象的原因,采用微调原卧式搅拌器和增加 1套立式搅拌器的方案,较好的解决了这一问题。

胶状乳化炸药;大容积水相罐;溶化速度;搅拌器

众所周知,胶状乳化炸药用途广泛,可通过改变其工艺参数配方,生产出适合各种爆破需要的胶状乳化炸药品种。用于胶乳炸药生产的大容积水相罐虽然有较大的适应范围,但并不能适应全部工艺的变化范围。在某厂新线改建方案中,厂方提出以往使用的大容积水相罐尚存在缺陷,出现块度稍大的硝酸铵块不易溶化并伴随结晶扩大成大块飘浮在上层的现象,使水相溶化备料时间大幅延长,影响生产进度,不利生产,在新设计中需要改进。针对这一现象,通过分析,并结合厂方的具体情况,在原设计的基础上增加 1套立式搅拌器,消除了这一现象,方法简单,使用效果较好。

1 硝酸铵块溶化缓慢的原因分析

乳化炸药成套生产线随着工艺配方的不断改进,对机械设备提出了相应的更高要求。由于水相工艺配方的改进和产能的提高,大容积水相罐在溶化硝酸铵时,出现了搅拌不均匀、不及时,部分硝酸铵块再结晶成大块飘浮在上层的现象,使水相溶化备料时间延长,影响生产进度。下面分析产生这种现象的原因。

(1)破碎机破碎出的硝酸铵块度稍大。在生产线中采用的是双辊式破碎机,硝酸铵物料整袋投入,投料速度快,生产效率高,故障率低,适合大产能炸药生产线高生产效率的要求。但结块的硝酸铵经破碎机破碎后,并非全部为粉末状或小尺寸块状,其中尚含有一部分小块状,其尺寸在 (22×22×22)mm～(38×38×38)mm之间。该破碎机如不加以改进,则无法提供粒度或块度尺寸更小的硝酸铵块,因此无法从块度上杜绝产生溶化速度较慢的现象。

(2)水相工艺配方的改进,带来热能需求的变化。不同的水相工艺配方,有不同的原材料组份,也就有不同的溶解速度,应提供不同的热能需求量,才能有效地避免出现再结晶成块的现象。但实际应用中,采用稳定的气源和恒定的压力送气,对于某些配方无法快速提供需要的热能。硝酸铵溶解是吸热反应,溶解初期大量硝酸铵物料注入溶化罐,使得混合溶液温度急剧下降。此时一部分硝酸铵块被搅拌带到溶化罐混合溶液上部,漂浮于液面之上。因温度较低,使得部分硝酸铵溶液附于硝酸铵块上再结晶形成大块。这部分漂浮于液面之上的硝酸铵块无法在溶液中充分混合吸热,因而溶化速度很慢。

(3)机械搅拌力度和强度不够。搅拌器布置于罐体一侧下部,可以带动罐体下部的溶液混合,但上部的溶液流动缓慢,换热较慢。且水相工艺配方改进后,热能需求增加,原先的搅拌循环速度不能提高溶液对流和交换热能的速度。

2 原有大容积水相罐的结构与分析

以往采用的大容积水相罐结构见图1。由图1可知,罐底部内装有换热板组,罐外一侧下方装有卧式搅拌器,蒸汽从罐身下部蒸汽管道进入换热板组加热溶液后,再通过搅拌加快热交换,从而达到溶液升温到要求温度的目的。

因换热板组安装于罐底,距罐顶的空间较高,可考虑在罐内上部增加 1组换热板组,以达到增加热能交换速度的目的。该处理办法的不利面是:成本增加太大;布置于罐内上方的换热板组会阻碍物料的流动,影响换热速度;结构上增加了维修和维护的难度。

图1 原有大容积水相罐结构示意

卧式搅拌器从罐身一侧水平伸入罐内,用皮带传动,伸入罐内较短。单独改变卧式搅拌器的形式及相关参数,可以达到增强搅拌强度的目的。但增加搅拌电机功率、提高转速、加长搅拌桨的伸入量,对水相罐罐身的设计提高了要求。水相罐要计量秤重,不能固定安装在地基上,搅拌器的改变造成重心偏移,可能造成重心失衡和振动,不利于机器的正常运行。

3 解决方案及分析

可从上述 3个方面寻求解决大容积水相罐溶化速度慢问题的方案,但 3个方案的可行性和实用性差别较大。

(1)改变破碎机结构,使其破碎出的硝酸铵物料均为粉末状和小尺寸块。改变破碎机的结构和外形,需对机器的安装和生产者的操作做出重大改变。实践证明,改变出料粒度容易造成破碎机堵料,使得机器无法正常运行。

(2)改变厂方的供热方式,按工艺配方的需求提供热能。该方案需调整整个供热系统和生产工房的辅助系统,投资巨大。该方案实用性差,因而未予考虑。

(3)改变机械搅拌力度和强度。如图2所示,在原设计的基础上,在罐体上部增加 1套立式搅拌器,将卧式搅拌器改为向上倾 10°插入水相罐,达到提高换热的强度,使罐内溶液快速热交换,缩短溶化时间的目的。

新增加的立式搅拌器处于罐顶中心位置,无需采用复杂的密封装置,不增加泄漏点。立式搅拌器的结构如图3所示,主要由减速机、联轴器、搅拌轴和浆叶等组成,结构简单,易于制造。其以整体组件通过罐顶的法兰孔与罐体连接,整体可拆卸,方便罐内部件检修。

图2 改进后的大容积水相罐结构示意

图3 立式搅拌器结构示意

经反复论证,选择方案 3作为最终改进的方案。

4 工业生产应用情况

在工业生产中,卧式搅拌器斜向上推动物料在罐内循环,使得罐底和罐顶的物料充分回旋混合,充分进行热量交换;当罐内溶液达到一定高度,立式搅拌器的桨叶埋入混合溶液之后,启动立式搅拌器电机,使立式搅拌器运转。在桨叶的旋转带动下,浮在上层的小块自上而下翻转,加速了混合溶液之间的热交换,达到了快速溶化的目的。2台搅拌器的协同工作,使得水相半成品的制备快速完成,备料时间满足工艺要求。

5 结 论

随着工业炸药生产线的技术更新,生产线的产能越来越大,生产工厂的生产规模也随之扩大。生产能力的逐步提高,使得越来越多的工厂使用大容积水相罐来组织生产,用同一套装备生产不同品种乳化炸药的组织方式也越来越普遍。乳化炸药新工艺、新配方的研发成功,对乳化炸药生产专用设备的设计提出了新要求。

本文所介绍的大容积水相罐的设计容积 6～50 m3不等,各个规格水相罐的设计都可以采用上述设计方案处理。改变混合溶液在容器中的流动状态,增加换热的强度,使得混合溶液既顺序流动,又上下翻转,物料充分接触,换热效果明显提升。改造卧式搅拌器为向上倾斜 10°,且增加 1套立式搅拌器,解决了硝酸铵小块不易溶化并结晶扩大成大块的现象,完全能满足生产工艺要求,实践证明应用效果良好。改造后的大容积水相罐有如下几方面的优点:

(1)改进方案选择合理,改造费用低廉;

(2)在使用过程中,不增加水相罐使用和维护的成本;

(3)本身结构简单,加工容易,无需备件;

(4)实际应用效果显著,经济效益明显。

[1] 肖贱安.乳化炸药大容积水相罐的研制[J].采矿技术,2006,6(3):445～447,469.

[2] E.U.施林德尔.换热器设计手册 (第 3卷)[M].北京:机械工业出版社,1988.

[3] 国家医药管理局上海医药设计院.化工工艺设计手册 (第二版)[M].北京:化学工业出版社,2002.

[4] 湖南长斧众和科技有限公司,葛洲坝易普力股份有限公司.年产 15000吨乳化炸药 (含 6000吨乳胶基质)连续自动化生产线技术与设备研究验收文件[R].长沙:湖南长斧众和科技有限公司,2009.

2010-04-02)

曾文艺 (1975-),男,湖南常德人,工程师,主要从事民爆器材设备、工艺和安全工程的研究,Email:zwyi@cimr.com.cn。