RDX干燥过程影响因素的综合分析.pdf

2 0 1 1 年1 0 月 R D X 干燥过程影响因素的综合分析张幺玄等 1 5 R D X 干燥过程影响因素的综合分析。 张幺玄张秋杰胡秀娟凌敏燕陈厚和 南京理工大学化工学院 江苏南京，2 1 0 0 9 4 [ 摘要] 对黑索今 R D X 干燥过程的影响因素进行了综合分析。通过单因素实验和正交实验，对影响R D X 干 燥过程的主要因素及其影响显著性进行了研究，得到干燥R D X 的最佳干燥条件。干基含水量、真空度、温度对 R D X 干燥过程有重要影响，影响的显著性顺序为温度的影响显著性强于真空度。更强于干基含水量。建议R D X 的干燥条件是温度8 0 ℃，真空度0 ．0 5 M P a ，干基含水量1 0 ％。 [ 关键词]R D X 正交试验干基含水量真空度温度干燥速率 [ 分类号] T Q 5 6 T J 5 5T D 2 3 5 ．2 l 引言 R D X 作为一种优良的含能材料，是混合炸药的 重要组分，被广泛应用于炮弹、鱼雷、军事爆破工程、 推进剂等多方面，除此之外，还应用于雷管、导火索、 导火管等民用爆破器材【I 引。R D X 机械感度高，一 般不单独大量使用，为满足使用过程中大量装药的 需求，往往需对其进行钝化处理，未钝化的R D X 往 往采取含水状态作为成品运输，由于技术水平的制 约，即使是连续化生产的R D X 成品也含有一定量的 水分，由于水在爆炸过程中不参与反应，反而会降低 炸药的爆轰性能，因此R D X 在使用前一般要进行干 燥处理。许多学者对R D X 进行了多方面的研究和 探讨。但关于R D X 干燥工艺方面的文献并不多见， 在实际生产使用过程中，对R D X 干燥工艺的确定主 要依靠实践经验。缺乏理论指导。 本文对影响R D X 干燥过程的主要因素⋯ 干 基含水量、真空度、温度 进行了讨论，通过正交试 验法对主要影响因素进行显著性分析，从而得到最 佳干燥工艺条件。为以后R D X 等含能材料连续化生 产和应用提供一定的理论依据。 1 试验部分 1 ．1 单因素实验 采用静态干燥法，在保持其他条件相同的情况 下，分别考察干基含水量 质量分数 、真空度、温度 对于燥速率的影响。实验过程中，每隔5r a i n 记录 一次数据，观察R D X 的质量损失情况，直到物料质 量恒定不变时，结束干燥。 1 ．2 正交试验 根据单因素实验，对干基含水量、真空度、温度 三因素进行三因素四水平正交试验，以整个过程的 平均干燥速率为指标，确定R D X 最佳干燥条件‘1 。 因素水平见表1 。 表l因素水平 因素水平1水平2水平3水平4 A 相对含湿量／％4 681 0 B 真空度／M P a 0 0 ．0 30 ．0 50 ．0 7 C 温度／℃ 6 0 7 08 0 9 0 2 结果与讨论 2 ．1 单因素实验结果 分别在不同干基含水量、真空度和温度下干燥 R D X ，结果见图1 、图2 、图3 。 从图l 一图3 的曲线走势可知，干燥速率都随 着干基含水量、真空度和温度的增加而有不同程 度的提高。分别解释其原因含水量越大，R D X 表 面聚集的水分量越大，表面物理自由水分由于不存 一 、 ．暑 孽 g 善 邕 赫 嘲 鬈 辛 质骰分数／％ 图l平均干燥速率一干基含水量 质量分数 曲线 收稿日期2 01 l - 0 5 ．0 4 基金项目国家自然科学基金委中国工程物理研究院联合基金资助项目 1 0 2 7 6 0 1 8 ，1 0 7 7 6 0 1 2 作者简介张幺玄 1 9 8 5 一 。女．博士．主要从事含能材料方面研究工作。E m a i l ty a 0 8 5 2 2 5 1 2 6 ．c o i n 4 2 O 8 6 4 2 O 8 6 4 2 O 8 6 万方数据 1 6 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第柏卷第5 期 ￡ ．g 拿 t 导 苎 静 期 馨 串 ￡ ．量 拿 8 丫 苎 静 幽 黎 牛 图2 平均干燥速率一真空度曲线 图3 平均干燥速率一温度曲线 在颗粒间隙的阻力，吸收能量后较物料内部的水分 容易挥发。因而当R D X 湿含量增加时．干燥速率也 有所增加；真空度越高，水分的汽化温度和挥发温度 降低，加快了水分的挥发速度，使得干燥速率加快； 温度越高，向湿物料提供的热量越多，水分汽化速度 越大，因而干燥速率也越快【5 圳。 2 ．2 正交试验结果 图4 为各因素对试验结果的影响程度，表2 为 正交试验的方案及结果。 由表2 可知，尺 温度 R 真空度 R 干基 含水量 ，可见温度对R D X 的干燥过程影响最大， 其次是真空度，最后是干基含水量。各因素对试验 结果的影响程度的主次关系为C B A ．由图4 可见， 图4 因素水平与指标趋势图 表2 正交试验方案及结果 试验号质黪数真空／M P 度a 温度 平均干燥速率 ／℃ ／g c m 2 r a i n ’。 因素A 、B 、C 的最好水平均为水平4 ，最优组合为 C ．B ．A ．。 为验证上述结果的可靠性，进一步进行正交试 验方差分析，结果见表3 [ 1 0 1 。 表3 正交试验极差分析 从表3 可以看出．由于R 大于R 够 3 ，6 4 ．8 和t o ．盼 3 ，6 9 ．8 ，因此因素C 在显著性水平 0 ．0 5 和0 ．0 1 上是显著的；n 和F 大于R 够 3 ，6 4 ．8 ，而小于，o ．卯 3 ．6 9 ．8 ，因此因素B 和因素 A 在显著性水平0 ．0 5 上是显著的，在显著性水平 0 ．0 1 上是不显著的。同时由于民 F B F ．，所以 C 的显著性水平大于B 的显著性水平，B 的显著性 水平大于A 的显著性水平，因此各因素对指标影响 显著性大小顺序为t C B A ，这与极差分析结果一致。 对于显著性因素应选择其最好水平，面对于不显著 因素可以任意选择水平。 透冁 万方数据 2 0 1 1 年1 0 月R D X 干燥过程影响因素的综合分析张幺玄等 1 7 表4 水的初始质量分数不同的R D X 的每个不同质量分数干燥阶段的干燥速率和干燥时间 8 - 1 0 6 ～8 4 _ 6 2 ．4 0 ．1 2 3 ．8 3 8 01 5 4 ．5 0 4 21 3 4 ．5 3 9 1 1 2 4 ．3 3 2 51 3 3 ．2 7 4 8≥1 7 2 ．3 最佳干燥条件的讨论 根据以上分析结果，温度、真空度和干基含水量 三因素都理应选取最高水平，即温度9 0 ℃、真空度 0 ．0 7 M P a 、含水量1 0 ％。但考虑到温度提高对设备 要求也高，增加能源消耗，存在较高的安全隐患，并 且8 0 ℃已经可以满足工艺要求 见图5 为8 0 ℃和 9 0 ℃时的干燥曲线H 1 ，故不必选C 因素更高的水 平9 0 ℃。同样，真空度越高，干燥速率越大，但对设 备要求较高，能耗较大，同时真空度提高到一定程度 时对干燥速率的提高是有限的 见图6 为0 ．0 5 M P a 和0 ．0 7 M P a 时的干燥曲线H 1 ，因此在实际的干燥 中，选取真空度为0 ．0 5 M P a ，而不选用0 ．0 7 M P a 。 时间／m i n 图58 0 ℃和9 0 ℃时的干燥曲线 时间／r a i n 图60 ．0 5 M P a 和0 ．0 7 M P a 时的干燥曲线 三 ．S 筝 g 蔷 掣 祷 幽 嚣 牛 对于含水量，军用R D X 要求无机不溶物不大于 0 ．0 3 ％。由表4 可以看出，尽管初始含水量不同，但 干燥最终的含水量都可以达到O ．0 1 ％，小于 0 ．0 3 ％，符合军用标准。表中，U 为平均干燥速率 g ／ C l T l 2 I I l i n ，l 为干燥时间／m i n 。 同时，从表4 可知，4 ％一6 ％的含水量是干燥最 快的范围。但是R D X 机械感度高，增大含水量可以 降低其机械感度，因此从安全角度考虑，R D X 含水 量越大越好；另一方面，增大含水量会加重干燥负荷 及运输负荷，因此从实际干燥和运输成本角度考虑， R D X 含水量越小越好。这就需要选择一个合适的 含水量，既能满足低感度要求，又能满足低成本低负 荷要求。参考美国军方将含水量1 0 ％的R D X 作为 成品运输以及R D X 质量标准要求水分及挥发物不 大于1 0 ％【l 引，建议选择含水量为1 0 ％。 此外，含水量为1 0 ％的R D X 与其他含水量 R D X 的干燥速率和干燥时间相比，相同含水量阶段 的干燥速率和干燥时间虽然不尽相同，但差值不大。 含水量增大，对干燥效果影响不大，以初始含水量 1 0 ％和8 ％比较说明，1 0 ％～8 ％阶段的干燥时间占 干燥总时间的2 l ％，但干燥速率是干燥最快的6 ％ 一4 ％干燥速率的8 5 ％，干燥速率较大。综上所述， 在不影响干燥效果和从安全角度及低负荷成本方面 考虑．选择1 0 ％为最佳含水量值。 3 结论 1 通过单因素实验，表明干基含水量、真空 度、温度对R D X 干燥过程有重要影响。 2 通过正交试验，得出三因素对干燥效率的 影响程度R 温度 R 真空度 R 干基含水 量 。 3 综合考虑物料的性质、生产周期、能耗、生 产成本等因素，确定R D X 最佳干燥工艺条件为温 度8 0 ℃，真空度0 ．0 5 M P a ，干基含水量1 0 ％。 下转第2 1 页 一 一 一 一加 一 一 一 一 抛乞 一 一 一2 加 3 6 一 一 一耄| 嘶 } 乙 一 一2 仍”B 吣弭二册㈣删王t 置一坫B 抡∞ 6 l O 3一觚蜘姗咖 m∞惦盯∞∞舛∞乏}叭∞们 O 0 O O O O O O O O O O O 零＼】；蕞套遐 【I．uIⅢ．售3．翌、蹲簧譬卜 O 5 O S O 5 0 5 O 5 0 5 4 4 3 3 2 2 ●●O m n陀m∞∞∞∞∞舛∞眈叭∞ O O O O O O O 0 O O O O O O 摹＼jj；I彘蓬鳖 万方数据 2 0 11 年1 0 月 全连续生产线上膨化硝铵炸药防结块研究庞彦波 2 l 参考文献 陆明．炸药的分子与配方设计[ M ] ．北京兵器工业出 版社，2 0 0 4 2 9 7 - 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c a k i n g 上接第1 7 页[ 6 ]陈腾．R D X 、1 啊干燥特性实验与数学模拟[ D ] ．南 参考文献 京南京理工大学，2 0 1 0 ． [ 1 ] 陆明．工业炸药配方设计[ M ] ．北京北京理工大学出[ 7 ] 李永祥。崔建兰。王建龙，等．微波干燥R D X 新技术研 版社。2 0 0 2 3 - 5 ．究r J ] ．火炸药学报，2 0 0 8 ，3 1 3 4 1 - 5 7 ． [ 2 ] 任特生．硝胺及硝酸酯炸药化学工艺学[ M ] ．北京 [ 8 ] 杨大伟，夏延斌．温度对薄层黄花菜干燥的影响[ J ] ． 兵器工业出版社，1 9 9 4 2 7 4 5 ． 湖南农业大学学报 自然科学版 ，2 0 0 4 ，3 0 1 6 2 [ 3 ]李耀清．实验的数据处理[ M ] ．合肥中国科学技术出 6 4 ． 版社，2 0 0 3 ．[ 9 ] 徐成海，张世伟，关奎之．真空干燥[ M ] ，北京化学工 [ 4 ] 周剑平．O r i g i n 实用教程 7 ．5 版 [ M ] ．西安西安交 业出版社，2 0 0 3 ． 通大学出版社，2 0 0 7 ．[ 1 0 ] 高允彦．正交及回归试验设计方法[ M ] ．北京冶金 [ 5 ]肖琼，沈平娘．真空干燥过程中水蒸发速率的影响因 工业出版社，1 9 9 8 ． 素分析与研究[ J ] ．中成药，2 0 0 9 ，7 3 1 1 0 2 8 - 1 0 3 1 ． O p t i m i z a t i o no fD r y i n gT e c h n o l o g i c a lC o n d i t i o n so fR D X Z I - I A N ；Y a o x u a n 。Z I - I A N ；Q i u j i e ，H UX i u j w ，L I N GM i n y a n ，C H E NI - I o u h e S c h o o lo fC h e m i c a lv ．, l g l n e e f i n g 。N 锄j i n gU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n d ．T e c h n o l o g y J i a n g s ul N a n j i n g ．2 1 0 0 9 4 【A B S T R A C T ] T h ec o n d i t i o n sf o rt h ed r y i n go fR D Xw e r eo p t i m i z e d ．1 “ h r o u g hs i n g l ef a c t o ra n do r t h o g o m lt e s t ，t h em a i n f a e t o l , sa f f e c t i n gt h ed r y i n gp r o c e s sa n dt h e i ro r d e r sW e l ℃i n v e s t i g a t Ⅸl ，8 r i dt h eo p t i m a la r y i n gc o n d i t i o n sW e l t tg a i n e d ．T h e r e s u l t ss h o wt h a tt h er e l a t i v em o i s t u r ec o n t e n t ，v a C l l l l l n ，t e m p e r a t u r e 唧i m p o r t a n tf a c t o r si nt h e , i r y i , 1 9p r o c e s so fR D X ， w i t ht h ei n l l u e n e eo r d e ri st e m p e r a t u r e v a l c l l U l l n r e l a t i v em o i s t u r ec o n t e n t 。a n dt h eo p t i m a ld r y i n gc o n d i t i o ns u g g e s t e di s t h et e m p e r a t u r e8 0 ℃。 l l c u l l l n0 ．0 5 M P na n dr e ] a t i v em o i s t u r ec o n t e n t1 0 ％． [ K E YW O R D S ] R D X ，o r t h o g o n a lt e s t 。r e l a t i v em o i s t u r ec o n t e n t ，v l t c i l l l m ，t e m p e r a t u r e ，d r y i , , gr a t e 】 ] ] ] ] 】 n 心 口 H ∞ № 万方数据