Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ХРАНЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ПОРОШКОВ

Изобретение относится к технике упаковывания и хранения порошкообразных материалов, в том числе рабочей смеси порошков (РСП), применяемой при изготовлении смесевого твердого ракетного топлива (СТРТ).

В технологическом процессе изготовления СТРТ под РСП принято называть смесь фракций перхлората аммония с добавками или без них. Перед изготовлением смесевого твердого ракетного топлива, как правило, производится предварительная наработка в требуемом количестве рабочей смеси порошков. Готовую РСП упаковывают в контейнеры. После наработки заданного объема партии производят отбор средней порции РСП с последующим изготовлением передовых образцов СТРТ, их испытанием с определением физико-механических и баллистических характеристик СТРТ. По этим результатам назначают количество вводимого катализатора и отвердителя для обеспечения заданных характеристик СТРТ применительно к конкретному изготовляемому изделию.

В связи с этим от момента наработки РСП до использования на изготовление смесевого твердого ракетного топлива возникает необходимость ее хранения. При многономенклатурном производстве СТРТ это время хранения достигает до нескольких месяцев.

По установленным режимам технологического процесса РСП должна поступать на изготовление СТРТ с температурой в пределах от 15° до 35°С при относительной влажности не более 60%. При выдерживании этой температуры в процессе хранения РСП в вентилируемых и обогреваемых складских условиях требуется достаточно большая затрата тепловой и электрической энергии. Эти условия заданы с целью исключения адсорбции влаги РСП и возможного влияния на физико-механические и баллистические характеристики СТРТ.

Известен патент РФ 2238898, В65G 3/00 на способ хранения сыпучих гигроскопичных слеживающихся материалов, по которому хранение и грузоперевозка этих материалов ведется в защитной среде осушенного воздуха. При этом должно быть обеспечено значение относительной влажности окружающего воздуха не выше гигроскопической точки наиболее чувствительного к влаге хранимого материала.

Однако этот способ требует применения специальных установок по осушке воздуха с постоянным контролем относительной влажности его. Кроме того, гигроскопическая точка вещества не является постоянной величиной и изменяется в зависимости от качества продукта, а также от сезонности, что создает определенные трудности для выбора параметров при осушке воздуха. Общеизвестно, что с понижением температуры окружающей среды у порошкообразных материалов уровень гигроскопической точки повышается, а скорость поглощения влаги уменьшается. Отсюда следует, что для исключения поглощения влаги и последующего слеживания порошкообразного материала в процессе длительного хранения, в особенности, для водорастворимых веществ, к которым относится РСП, целесообразно хранение при пониженных температурах. При этом представляется возможным хранение РСП в неотапливаемых крытых складских помещениях без энергозатрат. Повышающуюся относительную влажность воздуха в объеме контейнера при снижении температуры можно предотвращать помещением в него в качестве адсорбента влаги - силикагеля, который будет адсорбировать влагу из воздуха в объеме контейнера. При этом энергозатраты будут связаны только при термостатировании РСП до температуры от 15 до 35°С.

Известны аналоги по способу хранения сыпучих материалов в контейнерах, закрываемых крышкой после заполнения продуктом: патенты SU 324198 А от 28.11.1972 и SU 608738 А от 10.05.1978. Наиболее близким по осуществлению способа является патент SU 608738 А, В65J 1/02 от 10.05.1978, который принят за прототип. Общим в прототипе и заявляемом способе является наличие в контейнере крышки, которую закрывают после заполнения продуктом. Однако в крышке контейнера, известного по прототипу, отсутствует место для размещения силикагеля, рекомендуемого настоящей заявкой.

Технической задачей изобретения является обеспечение хранения РСП с сохранением ее качества в неотапливаемых крытых складских помещениях с последующим термостатированием.

Технический результат достигается за счет того, что контейнер после загрузки рабочей смеси порошков закрывают крышкой, имеющей камеру, в которую помещают силикагель в количестве 1% от массы РСП и хранят в неотапливаемом помещении, перед выгрузкой в закрытом контейнере производят термостатирование в отапливаемом помещении до температуры в пределах от 15 до 35°С.

Зная продолжительность хранения РСП в контейнере, определяют безразмерную температуру θ по формуле.

где

τ₀ - продолжительность хранения РСП, час

По вычисленному значению 9 определяют среднеобъемную температуры охлажденной РСП по формуле:

где

Т_охл. - среднеобъемная температура охлажденной РСП, °С;

Т_исх. - первоначальная температура РСП, °С;

Т_ср. - средняя температура окружающего воздуха в складском помещении в процессе хранения РСП, °С.

Затем для условий термостатирования по известным температурным параметрам находят значение безразмерной температуры θ по формуле

где

Т_наг. - заданная температура РСП после термостатирования, °С;

Т_гор. - температура окружающего нагретого воздуха при термостатировании, °С.

По вычисленному значению θ определяют продолжительность термостатирования τ_т по формуле:

Сущность изобретения заключается в следующем.

К РСП предъявляются достаточно жесткие требования по влажности с целью исключения ее влияния на баллистические и физико-механические характеристики СТРТ. Поэтому при хранении РСП от момента изготовления до использования должны быть созданы условия, исключающие увлажнение. Одним из способов в этом направлении может быть повышение гигроскопической точки и уменьшение скорости увлажнения, которые могут быть достигнуты при понижении температуры окружающей среды, т.е. воздуха. Кроме того, РСП должна быть укупорена в тару из влагонепроницаемого материала - в металлический контейнер. Применяется для РСП контейнер цилиндроконической формы вместимостью 400 литров (0,4 м³). Загрузка контейнера РСП составляет 350 кг. При насыпной плотности РСП 1000 кг/м³ занимаемый ею объем составит 0,350 м³. Свободный объем, занимаемый воздухом над слоем РСП будет 0,400-0,350=0,050 м³. Кроме того, воздух будет поступать вместе с РСП.

В объеме контейнера при плотности 1950 кг/м³ РСП будет занимать Отсюда объем воздуха, поступающего вместе с РСП, составит 0,350-0,179=0,171 м³. Таким образом, общий объем воздуха в контейнере будет: 0,171+0,050-0,221 м³.

В холодный период года максимальное влагосодержание в воздухе помещения, при котором производится изготовление РСП составляет 7 г/м³. Таким образом, вместе с воздухом в контейнер вносится 0,221 м³·7 г/м³=1,55 г влаги. С понижением температуры окружающей среды контейнер и содержащийся в нем воздух и РСП будут охлаждаться. При этом относительная влажность воздуха в контейнере будет повышаться и при температуре 8°С и ниже будет конденсироваться. С повышением относительной влажности, тем более при температуре точки росы, содержимое контейнера будет увлажняться, что не допустимо. Силикагель обладает сильной адсорбирующей способностью влаги из воздуха (ГОСТ 3956-76). При помещении силикагеля в контейнер, являющегося хорошим адсорбентом влаги из воздуха, в контейнере удается сохранить сухую атмосферу с исключением возможности увлажнения РСП. Причем поглощение силикагелем влаги из воздуха начинается при малой относительной влажности. Количество адсорбированной силикагелем влаги может достичь 70% от массы силикагеля.

При загрузке в контейнер 350 кг РСП при расчете 1% силикагеля его количество составит 3,5 кг. При 70% насыщении влагой силикагелям ее количество составит 2,45 кг. Таким образом, при содержании влаги в воздухе 1,55 г в объеме контейнера при наличии силикагеля обеспечивается с многократным запасом полное поглощение имеющейся в объеме контейнера влаги.

В дальнейшем по принятому технологическому процессу РСП выгружают из контейнера и по пневмотранспортной системе передают в здание формования изделий, где просеивают, дозируют и направляют на приготовление топливной массы СТРТ.

При выполнении вышеуказанных операций РСП находится в контакте с воздухом помещения с влагосодержанием до 7 г/м³. При контакте этого воздуха с холодной РСП на их границе контакта произойдет конденсация влаги. При этом РСП теряет подвижность, что приведет к налипанию ее на стенки технологического оборудования и забивке трубы пневмотранспортной системы. Кроме того адсорбция влаги при повышенном влагосодержании в воздухе на границе его контакта РСП приведет к получению СТРТ с ухудшенными баллистическими и физико-механическими характеристиками.

В связи с этим крайне необходимо термостатирование РСП в закрытом контейнере перед выгрузкой из нее.

По предлагаемому изобретению хранение РСП при пониженных температурах и последующее термостатирование осуществляется следующим образом.

Изготовленную для приготовления топливной массы СТРТ и формования из нее изделий РСП упаковывают в контейнер. При этом контейнер после загрузки РСП закрывают крышкой, в камеру которой помещают в тканевых мешочках 1% силикагеля по отношению к массе РСП. Предварительно силикагель сушат при температуре (150±5)°С до полного удаления влаги. Укупоренную в контейнер РСП перевозят и хранят в крытом складском неотапливаемом помещении. В процессе хранения фиксируют температуру в складском помещении по ходу хранения, по которым вычисляют среднюю температуру в складском помещении по формуле:

где

Т₁,Т₂...Т_n - температура в складском помещении, °С.

τ₁,τ₂...τ_n - продолжительность хранения при соответствующих температурах, час.

Предварительно экспериментально, если теплофизические свойства РСП неизвестны, а в случае знания их расчетным путем определяют функциональную зависимость между безразмерной переменной температурой θ от продолжительности хранения θ=f(τ). Для существующего контейнера установлена зависимость:

θ=-5·10^-6τ²+0,0038τ+0,2732 расчетным путем, приняв следующие теплофизические характеристики.

Геометрические параметры цилиндрического контейнера:

Для определения продолжительности термостатирования перед использованием прежде всего необходимо знать среднеобъемную температуру РСП после хранения в неотапливаемом складском помещении. Для этого при известной продолжительности хранения вычисляют безразмерную температуру θ по формуле

τ_о - продолжительность хранения РСП, час

Далее по найденному значению безразмерной температуры θ определяют среднеобъемную температуру (Т_охл.) охлажденной РСП по формуле:

T_охл - среднеобъемная температура охлажденной РСП, °С.

T_исх. - температура исходной РСП, °С.

T_ср. - средняя температура в помещении хранения, °С, найденная по формуле (4).

Подставив все имеющиеся значения, определяют среднеобъемную температуру охлажденной PC по выражению:

T_охл=θ(T_ср.-T_исх)+T_исх

Затем для условий термостатирования по известным температурным параметрам Т_охл., Т_наг., Т_гор. находят безразмерную температуру θ по формуле:

Т_наг. - требуемая среднеобъемная температура РСП после термостатирования, °С.

Т_гор - заданная температура в помещении при термостатировании, °С.

По найденному значению безразмерной температуры 6 определяют требуемое время (τ_Т) термостатирования по формуле:

Ниже даны примеры применения способа:

Пример: принимаем Т_ср=(-5°С)

Т_исх=15°С

Продолжительность хранения порошка 240 часов (10 суток).

При этой продолжительности хранения по формуле (1) вычисляют значение θ.

θ=-5·10^-6τ²+0,0038τ+0,2732

-5·10^-6·τ²+0,0038τ+0,2732=θ

-5·10^-6·240²+0,0038·240+0,2732=θ

-5·10^-6·57600+0,912+0,2732=θ

θ=0,897

Подставляя это значение θ и принятые Т_ср. и Т_исх. в формулу (2), получают:

Т_охл=θ(Т_ср-Т_исх)+Т_исх=0,897[(-5°)-15°]+15°=-17,94+15°=-2,94°≈-3,0°

Для определения продолжительности термостатирования необходимо определить безразмерную температуру θ для условий термостатирования.

Ее находим из следующей формулы:

где

Т_наг - среднеобъемная температура РСП после термостатирования, °С.

Т_гор - температура воздуха, используемого для термостатирования охлажденной РСП, °С

Пример:

принимаем Т_наг.=15°С

Т_охл=(-3°С)

Т_гор=30°C

Подставляя значения в формулу (2) получим:

По найденному значению 0 и формуле (1) находим продолжительность термостатирования РСП.

0,55=-5·10^-6·τ_Т ²+0,0038τ_Т+0,2732

-5-10^-6·τ_Т ²+0,0038τ_T-0,2768=0

Таким образом продолжительность термостатирования смеси перхлората аммония с добавками составит 82 часа. Способ предложен для ФГУП "Пермский завод им. С.М.Кирова" для внесения в технологическую документацию.