Материал: Химия и технология баллиститных порохов, твердых ракетных и специальных топлив. Т. 2 Технология

1 — вибрирующая решетка; 2 — крыльчатка; 3 — система подачи воздуха в I и III зону с добавкой пара, T = 348±5К, Q = 1100±50 м3/ч; 4 — сис­ тема подачи воздуха во II и IV зону, T = 388±5К, Q = 1200150 м3/ч; 5 — вибратор; 6 — привод крыльчатки

в реальном технологическом процессе переработки время суш­ ки может быть достигнуто в пределах 10...15 минут, что суще­ ственно ниже, чем в СШТС (60...90 минут). Однако, несмотря на радикальное улучшение основного параметра процесса, рассматриваемый метод в данном аппаратурном оформлении для нового технологического процесса не может быть принят по следующим соображениям:

—при времени сушки до 15 минут и производительности около 1000 кг/ч загрузка аппарата достигает 250 кг, что в слу­ чае загорания на новых гетерогенных топливах может привес­ ти к переходу горения во взрыв;

—вследствие трудности регенерации воздуха, содержащего пары нитроглицерина, КПД аппарата по энергозатратам со­ ставляет всего 5...7%, что исключает возможность применения

внастоящее время такого аппарата;

—увеличение действующих сил сушки (градиентов влагосодержания и температуры) приводит к повышению неодно­ родности распределения влаги в конечном продукте и готовых

изделиях.

2 8 1

Таблица 26

Результаты испытаний сушилки КСВР-4 в производственных условиях

Расчеты и экспериментальные исследования по дальней­ шей интенсификации процесса за счет увеличения коэффици­ ента теплоотдачи (а) от теплоносителя к материалу показали,

a время сушки сокращенно до 5...7 минут. Однако КПД при этом падает до 1...2%, что исключает возможность использова­ ния данного направления.

Итак, проведенные исследования процессов вальцевания и сушки показали, что на пути усовершенствования данных методов в традиционном варианте может быть достигнут толь­ ко эффект рационализации без кардинального решения выше­ названных задач. Поэтому усилия были направлены на поиск нетрадиционных технических решений, дающих возможность создать технологию переработки новых топлив, отвечающую требованиям безопасности, качества и экономичности с энер­ гетической точки зрения.

4.3.2.3 Основные теоретические принципы построения новой технологии

При разработке новой технологии были использованы ре­ зультаты исследований, которые в конструктивном плане мож­ но свести к нескольким важным положениям:

—с целью ускорения процесса сушки и поворота вектора термодиффузии влаги в направлении влагопереноса необходи­ мо иметь тепловыделение внутри высушиваемого материала (диссипативное рассеяние, СВЧ-электрический нагрев);

—из двух практически возможных для использования ис­ точников энергии (химический не рассматривается вследствие трудности управления им при высоком уровне тепловыделе­ ний) предпочтителен диссипативный, поскольку в силовом механическом поле (давление, сдвиг) одновременно и интен­ сивно протекает процесс пластификации;

—для обеспечения безопасности процесса интенсивно­ стью диссипативного нагрева необходимо управлять. При этом течение массы должно быть организовано таким обра­ зом, чтобы и значение тепловыделений в единицу времени,

иинтегральная энергия не привели к критическому разогреву пороха;

—процесс сушки должен проводиться в максимально бла­ гоприятных условиях с точки зрения массообмена с окружаю­ щей средой. Наиболее оптимальным условием является вакуум

283

не только вследствие повышения градиента парциальных дав­ лений паров воды на границе порох — окружающая среда, но и по причине перевода испарения влаги в режим кипения. Это приведет не только к снижению времени сушки, но и к существующему повышению КПД вследствие сокращения теплопотерь.

Таким образом, технологическую основу аппарата, выпол­ няющего операции пластификации и сушки, должны состав­ лять дозированный подвод диссипативной энергии и сушка в вакууме.

При выборе типа аппарата для обеспечения безопасности

искорости процесса учитывались следующие соображения:

—процесс течения топливной массы должен осуществ­ ляться при скоростях сдвига на один — два порядка ниже, чем на вальцах, с тем, чтобы обеспечить управление процес­ сом подвода энергии и исключить возможность бесконтроль­ ных скачков температуры выше критической;

—дозу подводимой энергии за один цикл необходимо ре­ гулировать в нужных пределах и рассчитывать, исходя из пре­ дельного уровня температур, обеспечивающих безопасность процесса (383...393 К);

—конструкция аппарата должна обеспечить сушку в ва­

кууме.

Данные требования в наибольшей степени с наименьшими конструктивными трудностями выполняются на шнековых прессах.

Разработку аппарата предваряло решение нескольких тео­ ретических задач:

—расчет дозы (порции) диссипативной энергии в каждом цикле нагрев — сушка;

—расчет количества зон (циклов) нагрева и сушки;

—разработка конструкции зоны нагрева с обеспечением рычагов управления уровнем диссипативной энергии;

—экспериментальное уточнение параметров вакуумной сушки применительно к условиям в экструзионном аппарате.

Итак, пластифицирующий сушильный шнек-пресс должен иметь несколько зон нагрева и вакуумной сушки.

Общая потребная энергия с учетом КПД процесса рассчи­ тывается как сумма энергий, необходимых для испарения во­ ды и однократного нагрева массы от начальной до конечной температуры (вход в шнек-пресс и выход из него).

2 8 4

КПД процесса испарения определяется как отношение энергии испарения влаги к общей энергии, включающей, кро­ ме того, теплопотери. Динамическая энергия напора массы, расходуемая на продавливание через фильеру перед вакуумной зоной, реализуется в виде диссипативной как полезная энер­ гия.

где М — масса топлива, кг; см — теплоемкость топлива, Дж/кг-К; AW — количество испаряемой влаги, %; г — удель­ ная теплота испарения воды, Дж/кг; с„ — удельная теплоем­ кость воды, Дж/кг-К; ДТ„ — разность температур испарения воды и начальной температуры топлива; к — коэффициент те­ плопередачи от топлива к окружающей среде в вакуумной зо­ не, Дж/м К; АТ3 — разница температур (средняя) в вакуумной зоне, К; S — поверхность теплообмена в вакуумной зоне, м2; te, пв — соответственно время нахождения массы в вакуумной зоне и количество вакуумных зон.

Удельные энергозатраты на тонну топлива при испарении 3,5% влаги, КПД процесса 0,6 и разнице АТ начальной и ко­ нечной температур 40 К (353...313 К) составляют около 200 МДж. Доза энергии одного цикла определяется исходя из ус­ ловия нагрева массы от начальной температуры до максималь­ но возможной (с 333 до 383 К) и составляет около 65 МДж/т.

Количество зон диссипативного нагрева равно

Наиболее сложным для решения в инженерном плане яв­ ляется обеспечение дозированного диссипативного нагрева массы. Поскольку диссипативная энергия реализуется в виде тепла вследствие сдвиговых процессов, ее величина определя­ ется уровнем скорости сдвига и временем, при котором про­ исходит течение с данной интенсивностью. Нагрев массы оп­ ределяется как интегральной величиной этой энергии, так и теплопотерями в окружающую среду:

<«■«">

285