1、粉状乳化炸药生产设计第二组+打印 爆破器材课程设计说明书年产1万吨粉状乳化炸药生产线设计学 院： 化学工程学院 专业班级： 弹药07-1班学生姓名： 指导教师： 刘 峰 2010 年 7 月 5 日课程成绩评定表指导教师评语：成绩： 指导教师： 2010-07-02目录第一章 概述. 4第二章 配方设计. 6第三章 设备选型. . 7 3.1 水相罐的设计. .73.2油相罐的设计.83.3蒸汽加热器的结构.93.4 乳化器设计.9第四章 生产制作工艺. 9 4.1 水相制备10 4.2 油相制备.11 4.3 乳化.12 4.4干燥制粉.13 4.5 成品包装.15第五章 工艺流程图和工艺简
2、图16第六章 生产安全性分析18 6.1水相和油相制备安全分析.18 6.2乳胶设备安全性分析.18 6.3 基质输送安全性分析.19 6.4 制粉工艺安全分析.20参考文献. 21 第一章 概述粉状乳化炸药是一种不含单质炸药的高性能新型工业炸药 ,该炸药是在胶质乳化炸药基础上发展起来的一种性能优良的新型工业炸药 。它采用乳化技术将氧化剂与高热值燃料混制成高均一性的乳胶 ,然后使用先进的喷雾制粉技术制得粉状乳化炸药 。该产品既具有乳化炸药爆速高 、抗水性优良的特点 ,又具有粉状炸药作功能力大 、使用方便的特点,得到了生产企业和广大用户的认可 。随着新版民用爆破器材工程设计安全规范 和国防科工委
3、 关于粉状乳化炸药安全技术与生产线建设指导意见 的出台 ,各生产企业都在寻找对粉状乳化炸药生产线技术改造的途径 。我们设计的粉状乳化炸药生产线是参见 2002 年南京理工大学的生产工艺及设备设计而成的的全自动化连续生产线 ,其工艺流程见图 1。 图 1.1 原工艺流程工艺流程采用的是单风系统 ,即冷风干燥制粉技术 ,是将2#分离器的尾风送入制粉塔内 ,与塔内被三流喷枪雾化的基质进行热交换 ,脱去基质中的水分 ,固化后的基质颗粒沉降至干燥塔底部落入振动筛 ,经星型阀进入风送管道 ,经 2# 分离器落入送药皮带至装药工序 。该工艺主要存在的问题是成品流散性差 ,易结块 ,能耗高 ,制粉塔至 2#分
4、离器间的风送管道易积粉 ,必须每班清理管路 , 有时班中也需清理 , 每次200 kg以上 。 在原工艺的基础上 ,根据南京理工大学的 型粉状乳化炸药生产工艺及设备 ,在老师的指导下，我们对生产线进行了技术改造 ,其工艺流程见图 1.2。 型粉状乳化炸药采用的是双风系统 ,即热风干燥制粉 、粉体冷风冷却技术 ,是将加热器加热后的干燥热风用鼓风机送入制粉塔内 ,与塔内被三流喷枪雾化的基质进行热交换 ,脱去基质中的水分 ,固化后的基质颗粒沉降至干燥塔底部落入振动筛 ,经星型阀进入冷风系统冷却输送 ,经 2# 分离器落入送药皮带至装药工序。第二章 配方设计粉状乳化炸药的油相以蜡为主，一般的说选用晶体
5、小、韧性大、熔点高、收缩率低的蜡，可以使形成的油膜具有较高的强度，改善油膜包覆晶粒的完整性。倪欧琪等人的实验指出，单一的蜡难以满足上述要求，通常将少量微晶蜡加入石蜡中，可以使石蜡的结晶明显变细，同时提高石蜡的熔点，增强韧性，改善石蜡抗氧化性。由这种混合蜡形成的乳胶基质，既有较高的油膜强度，又比较容易分散成固体粉末。他们选用了高分子乳化剂8045，以增强高温乳化能力和乳胶油膜强度。氧化剂以硝酸铵为主，加入少量其他无机氧化剂盐（如硝酸钾）。 由炸药化学与制造表8-24确定粉状乳化炸药的配方如下表：表2.1 二级煤矿许用粉状乳化炸药配方硝酸铵水复合油乳化剂氯化钾84%4%4%1%7%一年365天，去
6、掉节假日、机器维修花费的时间共80天，则每天的产量为10000/285=35.1吨/天。每天工作时间8h，则每小时的产量为35.1/8=4.62吨/时。根据所设计的粉状乳化炸药的配方确定各个组分的流量如下表：表2.2 各组分的配方组分硝酸铵水复合油乳化剂氯化钾流量（吨/时）3.68760.17560.17560.04390.3073第3章 设备选型 3.1 水相罐的设计 水相罐的主要结构见图3.1，主要由搅拌装置、计量装置、换热板组、罐体、温体和外壳组成。人孔和进料口在顶部，出料口处于罐体下部最低处，搅拌装置和换热板组都设置在罐体的下部，使水相物料的搅拌和溶化处于最佳状态，水相罐的主要结构设计
7、如下：图3.1 水相罐结构（1）罐体容积的确定：乳化炸药生产工艺根据炸药生产能力、 间歇式或连续式操作工况、 罐体制造成本和厂房布置等因素， 设计罐体的容积和配置的数量，罐体容积一般按下式进行计算：T=V/Q式中 V溶解罐的容积，m3 T循环一次所需要的时间，min Q容积循环速率，m3/min 取水相的质量 则， 故水相的密度： 由炸药化学与制造第222页查得T=20min故（2）罐直径和高度的确定：确定罐体的容积 后，考虑装液高径比对搅拌功率和对传热的影响，物料搅拌反应特征对装液高径比的要求，以及内置板式组对安装空间的需要，根据常用搅拌容器装液高径比的推荐值， 确定取值范围1 1.3。根据
8、立式圆筒平底平盖常压容器，按照装液高径比的推荐值，由下式： 取H/D=1则, H=D=1.053m3.2油相罐的设计 油相熔贮罐：CYG-500型，配置两台，容积500L，生产效率大于400kg.h该设备采用先进的板式换热技术，具有保温、加热、秤重、测温等功能。V=500L所以 H=D=0.86m3.3蒸汽加热器的结构图3.2 换热装置的结构 图3.2为换热装置的结构示意图， 由主要4个单片加热板、 固定架和连接支管组成。连接支管通过法兰用螺栓与个单片加热板连成一体， 构成加热板组件，通过固定架固定在罐体内壁。蒸汽由上连接支管进， 经过加热板组件由 下连接支管出，完成换热过程。固定架为活动连接
9、，拆除固定架 ，可将单片加热板拿出罐体。随着设计容积的增大，罐体的设计高度和直径相应增大，为保证搅拌换热的工艺要求，要改变单片加热板的数量和配置。3.4 乳化器设计 乳化器在工作过程中不断地对液体做功，克服混合液的表面张力，是其中一相的液滴变形、破碎，进入另一液相中。从而，使按比例连续输入其中的水相和油相的溶液，在相当短的时间内进行高速剪切、混合，不断地产出稳定的W/O型乳胶基质。从能量角度分析，乳化过程中乳化器在破碎大液滴的同时，是体系的内能增加，液滴的布朗运动加强，相互碰撞聚集的二几率加大，及乳化是破碎和聚集两个过程的平衡统一。因此设计乳化器时，要本着有利于液滴的破碎分散而尽可能地抑制聚集
10、来进行，必须使乳化器只做有用功，减少无用功，是整个体系处于低能状态，但由于引起乳化液粘度的陡增并难以乳化，给乳化器设计造成了困难。 乳化器是粉状乳化炸药安全生产的关键设备 ,为了进一步提高乳化工序的本质安全性 ,在保证产品质量的前提下应尽可能降低主轴转速 ,加大定子与转子之间的间隙 ,降低内部压力 ,防止机械摩擦和碰撞 。型粉状乳化炸药生产工艺采用的是一级乳化器 ,转速低于 1000 r/m in,其线速度 、转子与定子间隙符合民用爆炸物品专用设备目录 的相关要求 。由于降低了乳化基质的粘度 输送乳化基质的螺杆泵的压力由原来的 0. 50. 8M Pa降低至 0. 20. 3M Pa,乳化工序
11、和基质输送工序的本质安全性到了进一步提高 。 根据粉状乳化器转子线速度10m/s，转子直径200mm，单边径向间隙3.25mm，轴向间隙4.0mm，产能4.4t/h。查阅炸药化学与制造附表4，选择一级乳化器AE-HLCI ，参数如下表：产能t/h额定功率 kW工作转速r/min转子直径mm线速度m/s单边径向间隙mm轴向间隙mm出口口径mm有效容积L3.56151480180948503.0第四章 生产制作工艺4.1水相制备4.1.1 硝酸铵破碎工艺操作规程 (1)工序目的:本工序是将已经结晶板结的袋装硝酸铵在破碎机内经机械用破碎成较小的粒状物料。 (2)工艺要求:硝酸铵破碎后的粒径不大于35
12、mm (3)操作步骤: 1)将出库的硝酸铵用推车运到破碎操作平台上 2)将称量后的硝酸铵到出,按规定人工粗碎成直径不大于30cm的块体. 3)启动破碎机,将粗块料投入投料口,经行破碎;投料必须缓慢均匀,不得堆于投料口上,同时严防杂质混入. 4)启动破碎机的同时启动硝酸铵螺旋输送机,将破碎后的硝酸铵均匀的送水相罐内. 5)作业完毕后,清理机内余料,规整操作用具,做好当班记录.4.1.2 水相溶化工艺操作规程 (1)工序目的:本工序要求将破碎好的硝酸铵颗粒按规定的配比制成一定温度的水溶液,并保持此温度以便和油相混合乳化. (2)生产工艺要求:严格控制硝酸铵与水的质量配比,称量误差在0.5%以内.严
13、格控制水相溶液的放料温度:125135.(3)操作步骤:1)开启管道保温管的蒸汽阀门,给管道预热保温. 2)将经准确计量用水放入溶化罐内,打开溶化罐蒸汽阀门,使盘管与夹套开始加热,控制蒸汽压力为0.2MPa. 3)启动搅拌电机,水温升至100时开始投入硝酸铵 4)严格控制硝酸铵投料速度,初始投料必须缓慢,每次倾倒半袋,连续倾倒每批不得超过三袋,待上批倾倒的物料不在泛起并堆积在液面时,方可倾倒下批.整个投料的过程不可过快,每罐投料延续时间不少于20min. 5)当硝酸铵颗粒溶解完毕,溶液温度达到120130时,关闭蒸汽阀门,继续搅拌,利用余热,使溶液温度上升至125135即可. 6)硝酸铵溶液达
14、到125135时,停止搅拌，清理过滤网，打开放料阀门，将水相全部转移至储罐内，启动储罐搅拌电机。 7）盖上储罐入料孔盖，储料备用；如水相温度稍有不足，可开启储罐蒸汽加热装置，气压不得超过0.5MPa。 8）作好工艺记录，准备下一罐投料，重复上述操作步骤。当班结束，用热水冲洗溶化罐，储罐和下料管道。（4）注意事项 1）倾倒硝酸铵时应把每罐已称准的硝酸铵或氯化钾全部投完。 2）投料时应注意水相的温度变化，保持并控制在规定的范围内。 3)水相溶液必须当天用完，不得余留。如遇停电等原因无法生产，必须溶化罐和储罐内的余料排放处理，不得滞留罐内。4.2油相制备4.2.1 油相熔化混合工序工艺操作规程 （1
15、）工序目的：本工序要求将各固态油相原料与乳化剂准确的按工艺配比溶化混合成一定温度的油相，并保持此温度以便于水相混合乳化。 （2）工艺要求：严格控制各油相原材料与乳化剂的质量配比，各材料称量误差控制0.5%内，严格控制油相的放料温度在125130之间。 （3）操作步骤： 1）打开保温管蒸汽阀门，气压控制为0.2MPa，打开化蜡池与溶混罐蒸汽阀门，气压0.10.4MPa；试运转搅拌桨，观察是否运转正常，如无故障则准备投料。 2）准确称量每罐投料所需各油相材料的质量。将称好的固相原材料依次投入蜡槽内预熔，尽量摊铺开来。控制化蜡槽蒸汽压不超过0.4MPa。 3）预熔完毕，拨开放料塞，让熔态物料全部流入
16、溶混罐内，开启搅拌桨。 4）准确称量乳化剂，倒入溶混罐内与各油相材料混合。 5）随时与控制室联系，密切注意油相温度的变化，当温度距要求温度34时，关闭溶混罐蒸汽阀门，关闭搅拌桨。 6）打开油相储罐的蒸汽阀门，气压0.10.4MPa,开始由溶混罐放料至储罐内：如下料受阻，检查保温管堵塞情况并及时排除，或者用细棍搅动溶混罐内下料口，捣开堵在其中的油块，保持管道畅通。 7）启动储罐搅拌桨，当油温开始达到要求的温度范围，关闭蒸汽，继续搅拌，储料备用。 8）准备下一罐投料，重复上述步骤，做好工艺记录。4.3 乳化 4.3.1 乳化工艺操作规程 （1）工序目的：本工序要求将油和水相按准确的质量比在乳化器内
17、连 续混合乳化，通过高速剪切作用形成具有似乳非乳的W/O型微观结构的胶体，为下道制粉工序提供合格的乳化胶体。 （2）工艺要求：油相、水相混合乳化时的温度必须严格控制在要求的范围内，并在工艺过程中始终保持相对稳定。油相流量计的示值不超过8，温度控制在125130；水相流量计的示值变幅不超过10，温度控制在125130。胶体外观必须保证始终如一，符合检验规程要求，无水珠或仅有少量细小水珠。 （3）操作步骤： 1)开机前，先打开油水相输送泵,管道和乳化器保温夹套或保温管内的蒸汽或水，蒸汽压力0.2MPa，预热整个乳化工段管道体系。 2）油水相备料完毕，通知控制室准备开机：先打开油相罐下料阀门，启动油
18、相泵。 3）当油相流量计示值接近要求值时，开启乳化器。 4）乳化器开启的同时打开水相储罐放料阀门，启动水相泵，观察乳化器出口胶体外观变化情况。 5）在油水相混合的初始阶段，经过乳化器作用的混合物料没有完全乳化，不得输入料斗内，必须人工用桶承接，置于一旁另行处理。当油相和水相流速趋于稳定，胶体外观符合要求时，方可让乳胶基质流入料斗内，同时启动乳胶基质螺杆泵。 6）油相，水相泵和乳化器连续运行，操作人员须随时密切注意观察油水相流速和胶体外观变化情况，一旦出现异常，立即关闭油水相下料阀，通知控制室依次将输送泵，乳化器全面停机，报告相关人员，协同排除故障方可重新启动。 7）停机后，必须先排除油相泵和水
19、相泵、输送管道、乳化器、输送泵的废料，其中后四者内腔需要用热水清洗，待清洗完毕后，重新启动重复上述2）5）步骤的操作。 8）生产过程中做好现场记录，两班制时做好接班手续，并交代运行情况及故障情况。 9）当天生产结束，按6）7）步骤方法停机并清洗管路系统内腔，清洗完毕，全面停机，最后关闭保温水、汽。 （4）注意事项： 1）不得任意调整油、水相输送泵变频器数值，泵的转速须保持稳定。 2）没有打开保温水、汽，不得启动任何输送机乳化系统；乳化器保温夹套内的水仙用热水（80以上），当机器运转正常后，乳化器用冷水降温，输送泵夹套内的水必须用热水。 3）注意乳化工序与制粉工序的紧密配合，尤其是启动操作与结束
20、操作时。4.4 干燥制粉（1）工序目的:本工序要求把乳化工序提供的胶体通过螺杆泵输送到喷枪形成高压流喷射分散，雾化成微滴，并在干燥塔内和热风充分接触以脱水，再经过冷风冷却后，然后通过旋风分离器进行分离而获得干燥的粉状乳化炸药半成品。（2）工艺要求：喷射气流:压力0.30.45MPa，温度135140,高压空气流量550660；热风温度：6090；干燥冷风：温度控制在15以下。（3）操作步骤:本工序涉及的机电设备较多，可分为基质输送系统（基质螺杆泵、管道阀门组、和喷枪）、制粉系统（2台鼓风机、2台引风机、1台除湿机、喷雾干燥塔塔底振动筛、塔底星形出料阀、湿法除尘器）、制粉动力系统（空压机、冷干除
21、湿机组、压缩空气流量计、蒸汽加热器）和制粉控制系统。制粉作业前，应先认真检查所有机电设备，检查循环水槽水位是否在要求值。接通制粉控制柜空压机、冷干除湿机组控制柜电源，检查设备仪表，确认运行正常后，通知工艺员，做好开机准备。1）制粉作业前，应先认真检查所有机电的设备，检查循环水槽是否在要求值。接通制粉控制柜空压机、冷干除湿机组控制柜电源，检查设备及仪表，在确认运行正常后，通知工艺员，做好开机准备。2）将喷枪清理干净，正确组装后插入干燥塔，连接高压空气软管，然后检查喷枪在干燥塔内的位置。关闭引风机、除湿机风门及空气加热器风门，打开干燥塔一侧的风门。 3）在作业前约40min，按顺序启动引风机、鼓风
22、机。启动后打开引风机风门、关闭风门，打开除尘器进水阀门。打开空气加热器蒸汽阀门将烘塔的进风温度设定在7090左右,特别要注意的是,该温度在制粉控制柜之间的风门,避免热风进入除湿机,引发故障.同时严禁引风机、鼓风机同时启动,防止启动电流过大损伤设备。4）制粉作业前约20min，启动塔底制冷系统除湿机组，关闭空气加热的风门及蒸汽阀门。除湿机的出风温度要求：粉状乳化炸药的温度为1015。5）制粉作业前约20min，打开压力加热器蒸汽阀门，启动空压机、打开压缩空气阀门预热喷枪。排除空压机内的冷凝水，调整压气输出流量，控制蒸汽压力在0.20.4MPa，设置压缩空气加热温度在135140，将温度自控装置执
23、行机构设置在“自动”档。6）制粉作业前20Min，打开压力加热器蒸汽阀门，使塔温控制在7090。7）启动塔底振动筛、星形进料阀及旋风分离器的蝶形出料阀，并观察是否有堵塞，如果堵塞应及时清除，使阀门处于正常工作状态。8）制粉作业前20Min，检查基质输送管路的阀门组，在确保所有阀门开关位置正确的情况下，低速启动螺旋泵（15Hz左右），用热水循环输送，预热，清洗泵体及输送管路，检查螺旋泵是否正常。在正常的情况下调整螺旋泵调频变速器，预置频率，排掉料斗内热水后停泵。检查进风温度、相对湿度、压力温度、压力、流量，确认各示数达到规定值。9）料斗注入基质后启动螺旋泵，待输入基质的耐高压软管中流出的基质流动
24、平稳且不含水后，将耐高压软管迅速与喷枪相连接，然后再启动螺旋泵，并调整转速到适当值，将基质输送到塔内雾化，脱水干燥制粉，进行正常生产。注意：螺旋泵在工作时，禁止无料空转，如因基质输送管路堵料或其他原因，螺旋泵输送不动时，必须立即停泵，查明原因；当有异物落入料斗时必须立即停机清除；料斗保温夹套的蒸汽压力不要超过0.45MPa.10）除湿机操作人员根据环境温度、相对湿度的具体情况决定启动机压缩机的数量。控制转轮蒸汽加热温度在100135之间，务必使用干燥风达到工艺要求的指标。11)环境温度低于15，制粉冷风凉药系统，可以关闭除湿机的压缩机和转轮，打开旁通风门，启动除湿机内处理风机，或不经过除湿机，
25、只启动鼓风机，用自然风进行生产；当环境温度低于18，可单开用一台压缩机凉药，打开空气加热器的蒸汽阀门及打开相应的风门，设定进风温度，可打开空气加热得人温度自控装置自动控制风温。12）乳化器断料后，要求依次停止油、水相输送泵和乳化器。待料斗内乳胶基质输送完毕，螺杆泵停机。13）迅速拆卸基质输料管，清理基质输料管内和料斗内的剩余基质。料斗内加水并加热。用热水循环回流清洗螺杆泵内腔、转子、定子、及输送料管路。14）关闭蒸汽加热蒸汽阀门，关闭与喷枪连接的高压空气软管的进气阀门，卸下喷枪，清理喷枪内的剩于基质。15）关闭空压机、冷风机、鼓风机、引风机电源，关闭湿法除尘器进水阀门及各蒸汽阀门。16）清理干
26、燥塔、管道、旋风分离器、杜康锥内的残留药粉。17）生产结束，必须对工房进行清扫，清理、检查阀门和电源，确认已关闭。18）生产过程中，必须做好工艺参数的原始记录。19）离开工房，必须关闭总气阀，切断总电源，锁闭门窗。4.5 成品包装装药包装工序用自动连续装药机、自动包装机。自动连续装药机选用杭州强力机械有限公司生产的FZ10A型装药机，产能120支/min,功率P=7.5kW;自动包装机选用云南民爆集团有限责任公司生产的AHPACK2000型包装机，产能24包/min,功率P=12kW。第五章 工艺流程图和工艺简图压气加热器入库螺杆泵油相溶化冷干机储气罐空气压缩机出料阀出料阀杜康锥入库中包装小包
27、装旋风分离器尾气尾气粉乳半成品空气加热器除湿机鼓风机旋风分离器风管振动料斗干燥塔过滤水相溶化大气引风机湿法除尘出料阀杜康锥散装大包装喷枪乳化过滤图5.1工艺流程图图5.2工艺简图第6章 生产安全性分析6.1水相和油相制备安全分析 水相制备和油相制备过程工艺简单, 运行成熟,此工序需要注意的是严格控制油相和水相温度, 并设立水、油断流保护装置, 以及水、油相双重过滤装置, 并设置管路夹套保温装置, 避免水相溶液析晶和油相溶液凝固, 这是确保下一级工序安全生产的保证, 见下表6.1。根据多年运行情况表明, 此工序事故率极低。表6.1 水、油相计量泵安全分析安全分析预防措施由于电机运转异常或滤网堵塞
28、、管路内含有空气等造成计量波动大输送齿轮断裂或脱落。清洗滤网或排空及时送修或更换6.2 乳胶设备安全性 乳化器的安全隐患根源在于以下两方面:(1) 力的直接撞击。众所周知, 凡是机械都有磨损的时候, 包括轴承的磨损和叶片的脱落, 而且是在转子高速旋转的时候, 于是金属之间的高速碰撞就形成了激发能, 这是本工序的第一大安全隐患。(2) 热生成后的高温引起的硝酸铵热分解。 热分解不仅自行加速, 释放热量, 而且释放的热量形成热点, 加上国内很多厂家使用的都是密闭型的乳化器,热量就会在非常有限的空间内聚集, 于是在很大程度上便降低了安全系数, 提高了爆炸的危险性 。乳化器的安全性分析见表 6.2。(
29、3) 从表6. 2 可以看出, 激发能的来源依然是撞击和摩擦。 随着科学技术的不断发展, 新型粉状乳化生产设备的成型, 连续自动化生产技术在粉状乳化炸药生产线的应用, 上述安全问题将得到解决。主要表现在: 一是实现生产线远程监控; 二是安全技术参数实现自动保护; 三是敞开式、 低转速的乳化器得到应用。因此, 只要严格按照上述措施来实施预防, 乳化器是完全能够实现安全运转的。表 6.2乳化器的安全性分析安全分析预防措施因基座松动或焊接脱落造成振动过大。有异物进入产生强摩擦、撞击等造成温度升高。水、油相断流空转使腔体内温度升高。定子转子间隙过小产生摩擦升温水、油相溶液温度过高 ( 产生热分解) 或过
