Модель масопереносу, деякі особливості технологій та основні параметри апарату для регенерації нітроцелюлозних порохів

Abstract

Стабільність нітроцелюлози відіграє вирішальну роль при встановленні терміну її експлуатації. В результаті фізико-хімічних процесів взаємодії азоту та його сполук з хімічними елементами та сполуками, що знаходяться у навколишньому середовищі, азотна та азотиста кислоти негативно впливають на нітроцелюлозу. Цим обумовлено падіння її енергетичної цінності. Аналіз досліджень показав можливість відновлення властивостей порохових зарядів на основі нітроцелюлози шляхом обробки перекисом водню. Однак не наведено процес проведення регенерації порохових зарядів у промисловому масштабі для отримання найкращого ефекту. Приведено рівняння матеріального балансу і модель масоперенесення молекулярної дифузії. Для оцінки ступеня сорбції водню нітроцелюлозою введений показник – коефіцієнт використання реагенту. Він показує, яка частка речовини з перекису для цієї концентрації приєдналася до нітроцелюлози. Представлені фактори, що впливають на енергетичні характеристики нітроцелюлози. Визначено, що на найбільш тривалому етапі життєвого циклу нітроцелюлозних порохів – етапі зберігання, основними факторами, які визначають стійкість порохів, є: їх склад, якість вихідних матеріалів, спосіб виробництва, домішки в пороху, умови зберігання. Вказано, які зміни і процеси відбуваються у шарах нітроцелюлозних порохових елементів. Розглянуто процес масоперенесення азоту з глибинних шарів порохового елемента до його поверхні шляхом молекулярної дифузії. У складі комплексної проблеми експлуатації порохових зарядів розглядається математична модель дифузійного масоперенесення для визначення вмісту азоту в залежності від часу та з урахуванням впливу температури зберігання. Ця модель представляє практичний інтерес для створення промислового апарату та визначення його основних конструктивних розмірів та продуктивності. За результатами експериментального дослідження визначений коефіцієнт масоперенесення та площа поверхні, що бере участь у процесі регенерації. Представлена схема технологічного процесу регенерації нітроцелюлозних порохових зарядів та елементи конструкції апарату.

The stability of nitrocellulose plays a decisive role in determining its service life. As a result of physicochemical processes of interaction of nitrogen and its compounds with chemical elements and compounds found in the environment, nitric and nitrous acids have a negative effect on nitrocellulose. This is due to the drop in its energy value. An analysis of the studies showed the possibility of restoring the properties of nitrocellulose-based powder charges by treating them with hydrogen peroxide. However, the process of regenerating powder charges on an industrial scale to obtain the best effect is not given. Material balance equations and a molecular diffusion mass transfer model are presented. To assess the degree of hydrogen sorption by nitrocellulose, an indicator has been introduced - the reagent utilization factor. It shows what part of the peroxide of the substance for this concentration has joined the nitrocellulose. Factors influencing the energy characteristics of nitrocellulose are presented. It has been determined that at the longest stage of the life cycle of nitrocellulose powders - the storage stage, the main factors determining the resistance of gunpowders are: their composition, the quality of the starting materials, the production method, impurities in the gunpowder, storage conditions. It is indicated what changes and processes occur in the nitrocellulose layers of powder elements. The process of nitrogen mass transfer from the deep layers of the powder element to its surface by molecular diffusion is considered. As part of the complex problem of operating powder charges, a mathematical model of diffusion mass transfer is considered to determine the nitrogen content depending on time and taking into account the influence of storage temperature. This model is of practical inter est for creating an industrial apparatus and determining its main design dimensions and performance. Based on the results of the experimental study, the mass transfer coefficient and the surface area involved in the regeneration process were determined. A diagram of the technological process for regenerating nitrocellulose powder charges and the design elements of the apparatus are presented.