методика ПП. Учебное пособие по курсу Технология эфиров целлюлозы, часть Технология пироксилиновых порохов для студентов специальности Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив
 Скачать 196.13 Kb.
|
1 2 МЕТОДИКА ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОХОВ НА ИНЕРТНОМ УДАЛЯЕМОМ РАСТВОРИТЕЛЕ Учебное пособие по курсу «Технология эфиров целлюлозы, часть 2. Технология пироксилиновых порохов» для студентов специальности «Химическая технология полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив» В учебном пособии приведены общие сведения о порохах, дана классификация порохов, кратко рассмотрена технология получения пироксилиновых порохов. В лабораторной работе приведены расчеты по составлению смесевых марок пироксилинов и рассмотрены основные фазы получения пироксилиновых порохов. Учебное пособие может быть использовано для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов «Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий». СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОРОХАХ 2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРОХОВ 3 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ 4 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРОИЗВОДСТВА ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ 4.1 Обезвоживание пироксилина 4.2 Приготовление пороховой массы 4.3 Прессование пороховой массы 4.4 Резка пороховых шнуров 4.5 Удаление растворителя из пороха 5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА. ПОЛУЧЕНИЕ ПОРОХОВ НА ИНЕРТНОМ УДАЛЯЕМОМ РАСТВОРИТЕЛЕ (ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ) 5.1 Подготовка пироксилина 5.2 Смешение пироксилина растворителями и его пластификация 5.3 Прессование шнуров и резка их на заданную длину 5.4 Удаление из пороха избытка растворителя 5.5 Сушка и увлажнение пороха 5.6 Техника безопасности 6 Контрольные вопросы Список использованных источников ВВЕДЕНИЕ Пороха представляют собой группу метательных взрывчатых веществ, которые горят параллельными слоями и применяются как источники энергии для метания пуль и снарядов. Они обладают способностью гореть закономерно с определенной скоростью в камере оружия, что обусловливается их химическим составом, плотностью, механической прочностью, формой и размерами. Достоинством данных источников энергии является их автономность, постоянная готовность к боевому применению, выделение большого количества тепловой энергии, образование в большом количестве газообразных продуктов, являющихся носителями данной энергии. Пироксилиновые пороха представляют собой уплотненные в процессе производства азотнокислые эфиры целлюлозы (пироксилины). Уплотнение нитратов целлюлозы достигается за счет модификации − обработки их инертным спиртоэфирным растворителем, формованием пороховых элементов заданных размеров и формы с последующим удалением растворителя. Необходимость создания данного учебного пособия обусловлена необходимостью обеспечить студентов в области химической технологии полимерных композиций, порохов и твердых ракетных топлив информационным материалом, обобщенным по публикациям в открытой печати применительно для получения нитратцеллюлозного пороха на инертном удаляемом растворителе в лабораторных условиях. Пособие подготовлено таким образом, чтобы до выполнения практической части студент изучил свойства исходных компонентов пироксилинового пороха, ознакомился с основными закономерностями процессов, протекающих при получении пороха. Теоретические предпосылки даны в сжатом виде, поэтому студентам необходимо ознакомиться с курсом лекций и соответствующей спецлитературой. Экспериментальная часть работы связана с выполнением опасных операций и требует неукоснительного соблюдения мероприятий по технике безопасности. После выполнения работы студент составляет отчет, в котором отражает цель работы, последовательность выполнения операций, полученный результат и выводы. 1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОРОХАХ Исходя из современных терминологических понятий, к энергетическим конденсированным системам (ЭКС) относят все виды взрывчатых веществ, пиротехнические средства и гидрореагирующие твердотопливные композиции, ракетные, артиллерийские, плазменные, лазерные и винтовочные пороха, смесевые ракетные твердые топлива. ЭКС являются творением ума и труда многих поколений людей. Открытие первого вида пороха, получившего наименование черного (дымного) на базе калиевой селитры, угля и серы, уходит в глубокую древность. Пороха по своей природе относятся к классу метательных взрывчатых веществ. Они характеризуются высокой концентрацией энергии в единице объема и способны к устойчивому закономерному горению без доступа извне кислорода или других окислителей с выделением значительного количества тепла и газообразных продуктов. Образующие пороховые газы, имеющие температуру порядка 2500–3500 К, способны при расширении совершать работу. При этом тепловая энергия превращается в кинетическую энергию движения снарядов, пуль, мин, ракет. Пороха, применяемые в ракетных двигателях, называются обычно твердыми ракетными топливами или ракетными твердыми топливами, что идентично. Сведения об использовании пороха в огнестрельном оружии в Западной Европе относятся к первой половине XIV века. В Московской Руси порох и огнестрельное оружие появились до 1382 года. Известно, что в этом году порох был применен для артиллерийской стрельбы при обороне Москвы от нашествия татарского хана Тахтамыша. Со времени появления огнестрельного оружия и примерно до середины XIX века единственным взрывчатым веществом, применявшимся для метательных целей, для снаряжения гранат или для взрывных работ был дымный порох – композиционная смесь из калиевой селитры, угля и серы. На основе успехов органической химии в первой половине XIX века были сделаны два замечательных открытия: нитратов целлюлозы (1832–1838 гг.) и нитроглицерина (1847 г.). Эти открытия явились фундаментом для дальнейшего развития порохов и бризантных взрывчатых веществ. В 1846–1848 годах Г.И. Гесс и А.А. Фадеев исследовали свойства пироксилина и показали, что он по мощности в несколько раз превосходит дымный порох. В последующие годы в разных странах проводились опыты с целью изучения возможности применения пироксилина для стрельбы. Долгое время эти опытs были неудачны. Главное затруднение заключалось в том, что при стрельбе рыхлым пироксилином происходило чрезвычайно быстрое и притом неравномерное его сгорание, в результате чего развивалось очень высокое давление, приводившее к большому рассеиванию снарядов или даже разрыву орудий. После длительных опытов в 1884 году французский инженер Вьель получил впервые бездымный пироксилиновый порох. Его изобретение состояло в пластификации пироксилина обработкой его спирто-эфирной смесью. Из полученной массы изготовляли пластинчатый порох для винтовок и ленточные пороха для орудий. В 1888 году шведский инженер А. Нобель изобрел нитроглицериновый (баллиститный) порох, в 1889 году Абель изобрел в Англии нитроглицериновый порох другого типа (кордитный). Эффективность боевого применения стрелкового оружия, артиллерийских и ракетных комплексов существенно зависит от применяемых в них химических источников энергии, к которым относятся пороха, ракетные твердые топлива и взрывчатые вещества. Применение бездымных нитроцеллюлозных порохов ознаменовало переворот в артиллерийской технике и стрелковом оружии: удалось решить проблемы увеличения скорострельности и снижения калибра винтовки, увеличить начальную скорость пули и снарядов и, соответственно, дальность и точность стрельбы. Взрывчатые вещества (ВВ) можно разделить на следующие группы: 1-я группа – инициирующие (первичные) взрывчатые вещества; 2-я группа – бризантные или дробящие (вторичные) взрывчатые вещества; 3-я группа – метательные взрывчатые вещества или пороха; 4-я группа – пиротехнические составы. Основными признаками для разделения ВВ на группы являются характерный для каждой из них режим взрывчатого превращения (горения или детонации) и условия его возбуждения. Для порохов характерным видом взрывчатого превращения является горение, не переходящее в детонацию даже при высоких давлениях, развивающихся в условиях выстрела. Пороха сравнительно легко воспламеняются и горят в орудии или ракетном двигателе закономерно практически параллельными слоями, что позволяет в широких пределах регулировать образование пороховых газов при их горении и тем самым управлять явлением выстрела. 2 КЛАССИФИКАЦИЯ ПОPOХОB Стремление специалистов к максимальному удовлетворению предъявляемых требований привело к появлению достаточно большого многообразия порохов для различных видов оружия. По назначению (вида оружия) обычно пороха разделяют на следующие группы: • орудийные пороха; • пороха для стрелкового оружия; • минометные пороха; • ракетные поpoxа. В зависимости от физико-химической природы компонентов, составляющих порох, их можно разделить на два класса: нитратцеллюлозные пороха и пороха механические смеси (смесевые пороха). Основой нитратцеллюлозных порохов являются нитраты целлюлозы, пластифицированные тем или другим растворителем (пластификатором). В зависимости от природы используемого растворителя-пластификатора нитратцеллюлозные пороха делят на следующие виды: • нитратцеллюлозные пороха, изготовляемые с применением инертного растворителя, который в процессе производства почти целиком удаляется из пороха. За этими порохами сохранили название пироксилиновых, они готовятся на нитратах целлюлозы с содержанием азота 12,4–13 %, называемых пироксилинами; • нитратцеллюлозные пороха, изготовляемые на труднолетучем или нелетучем взрывчатом растворителе-пластификаторе, полностью остающемся в порохе. Другой характерной особенностью этих порохов является то, что они изготовляются на основе нитратов целлюлозы с содержанием, как правило, меньше 12 % азота, называемой коллоксилинами. Эти пороха называют баллиститными; • нитратцеллюлозные пороха, изготовляемые на смешанном растворителе (удаляемом и неудаляемом в процессе производства). При изготовлении этих порохов применяются, как правило, высокоазотные нитраты целлюлозы (пироксилины). Входящие в состав порохов такие взрывчатые растворители, как нитроглицерин или нитродигликоль, не обеспечивают полной пластификации нитратов целлюлозы. Для полноты пластификации применяют дополнительный растворитель, удаляемый, но не полностью, из пороха в последних стадиях производства. Эти пороха называются кордитными и сферическими; •пороха без растворителя. Они получаются нитрованием с последующей стабилизацией измельченного пергамента или вискозной нити; смесевые пороха. В отличие от нитратцеллюлозных порохов, представляющих собой гомогенные системы, смесевые пороха представляют собой гетерогенные системы, получаемые механическим смешением окислителей, горючих и связующих веществ. Простейшим смесевым порохом является дымный порох, в состав которого входит 75 % калиевой селитры как окислителя, 15 % древесного угля как горючего и 10 % серы как связующего и горючего. В настоящее время начинают широко внедряться смесевые ракетные пороха (топлива). В таких порохах окислителями являются нитраты и перхлораты. Функции горючего и связующего выполняет одно и то же вещество. В качестве горючего и связующего вещества в ракетных смесевых твердых топливах используют высокомолекулярные вещества: каучуки, пластмассы, смолы и т.п. 3 КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОИЗВОДСТВЕ ПИРОКСИЛИНОВЫХ ПОРОХОВ Нитратцеллюлозные пороха получили наименование от основного своего компонента – нитратов целлюлозы (нитроцеллюлозы). Нитроцеллюлозой, соответствующим образом пластифицированной и уплотненной, обусловлены основные свойства, характерные для нитроцеллюлозных порохов. Для превращения нитроцеллюлозы в порох необходим прежде всего растворитель (пластификатор). Для сообщения пороху ряда специальных свойств применяют добавки: стабилизаторы, флегматизаторы и другие. Нитраты целлюлозы. Нитраты целлюлозы (НЦ) являются энергетической и структурной основой нитратцеллюлозных порохов и твердых топлив. Нитратами целлюлозы называются сложные эфиры целлюлозы и азотной кислоты. Для производства нитратов целлюлозы применяют целлюлозу, которая содержится в хлопке, древесине, льне, соломе и т.п. в количестве от 92–93 % (хлопок) и до 50–60 % (древесина). Для изготовления высококачественной нитроцеллюлозы применяют чистую целлюлозу, получаемую из указанного сырья специальной химической обработкой. Молекула целлюлозы состоит из большого числа одинаково построенных и связанных между собой глюкозных остатков С6Н10О5.  Поэтому общая формула целлюлозы имеет вид (С6Н10О5)n, где n – число глюкозных остатков. В каждом глюкозном остатке имеется по три гидроксильные группы –ОН. Именно эти гидроксильные группы реагируют с азотной кислотой по схеме:  ,где 1 2 |