硝酸酯溶液混合工艺技术

硝酸酯溶液混合工艺技术

赵万春巩爱国贾巧连

（内蒙古航天红峡化工有限公司，内蒙古呼和浩特市730070）

摘要：基于混合硝酸酯的高能粘合剂作为原料,通过添加不同的杂质,研究了杂质及其含量对硝酸酯安定性的影响。对不同混合技术的工艺原理和工艺方法，分析各工艺技术的优缺点，介绍了制备硝酸酯增塑GAP胶粘剂的实验室工艺，结果表明：减压微沸混合技术具有工艺安全可靠、设备简单易清理、便于实现完全隔离操作等特点，更适合作为固体推进剂用于硝酸酯溶液的本质安全型混合工艺。

关键词：硝酸酯；工艺；混合

硝酸酯可作为猛炸药,也是发射药及推进剂的基本原料,与芳香族硝基化合物炸药和硝胺炸药相比,硝酸酯炸药的热安定性及水解安定性均较差,机械感度也较高,但氧平衡较佳,燃烧及爆炸性能良好,在发射药及推进剂领域具有较高的应用价值。硝酸酯溶液的混合是固体推进剂制备过程中的重要工序之一，其主要目的是在硝酸酯硝化甘油或硝化甘油与其他硝酸酯的混合物中混入一定量的化学安定剂，使高危险性的硝酸酯安定化，同时将各种可溶于该硝酸酯的固相组分、液体组分如液体增塑剂、燃速调节剂等混合均匀，并除去混合液中的固体和液体杂质，混合成均匀的溶液，以便用于推进剂的固液混合和浇铸成型。

一、硝酸酯溶液的混合工艺技术

1、鼓泡搅拌混合技术。鼓泡搅拌混合是一种向液体中通入气流以搅拌液体的方法，一般用压缩空气，有时亦采用二氧化碳、氮气等惰性气体；当被搅拌的液体需加热，且允许加入水分时，也可通入水蒸气。鼓泡搅拌是目前我国固体推进剂生产工厂中常用的硝酸酯混合方法之一，主要在带有夹套的溶剂混合槽中进行。溶剂混合槽底部为斜底，以利于排净全部溶剂，下部有多孔的通空气的蛇管。工作时，将压缩空气通过蛇管通入硝酸酯液体中，在置于液体中的蛇管气孔处鼓泡从而发生搅拌作用，使组分混合均匀并带走一部分水分和挥发分。鼓泡搅拌法用于硝酸酯溶液的混合，优点是设备简单，无运动部件，易于操作；其缺点也很明显，蛇管结构复杂、难以清理，工艺操作步骤多，不易实现吉纳等固体溶质在硝酸酯中的溶解、混合，不能实现硝酸酯溶液混合过程的隔离操作。硝酸酯溶液鼓泡搅拌法混合现行的工艺方法如下：准确称量各固体组分；将安定剂等固体组分在吉纳中一起加热，保持温度70℃一定时间，使之熔化；适当降温，加入到准确计量的硝酸酯中；夹套保温鼓泡混合；真空除水；出料。上述方法的缺点在于：吉纳等固体溶质在高温下熔化过程危险性非常大，且难以实现隔离操作；危险工艺过程相对复杂，工艺安全性差。

2、减压微沸混合技术。为保证在输送、提运、贮存等过程中硝化甘油等硝酸酯安全性，硝酸酯容器中加入一定量的水，硝酸酯和水之间有明显的分层，但硝酸酯中仍会溶解少量的水分硝化甘油等硝酸酯含水量为0.3%～0.5%，硝酸酯溶液混合过程中必须进行除水操作。笔者借鉴机械搅拌和鼓泡搅拌方法的优点，充分利用硝酸酯原材料中含有一定水分的特点，结合化工常用的减压蒸馏法微沸鼓泡过程起到微搅拌混合作用的设计思路，设计了硝酸酯的减压微沸混合方法，采用减压微沸无机械搅拌混合技术进行硝酸酯溶液的混合处理。

该减压微沸混合方法的工作原理为：在一定温度下夹套恒温对硝酸酯混合液进行真空处理，基于减压蒸馏的原理真空环境下液体沸点降低的原理和特点，充分利用硝酸酯原材料中的水分，水杂质在较低温度、真空环境下聚拢而形成气泡，其气泡逸出过程形成鼓泡微沸，进而对硝酸酯混合液起到微搅拌混合作用，同时达到了除去低沸点杂质、固体溶质溶解和混合液各组分混合均匀的目的。减压微沸混合方法可一步完成高危险性的硝酸酯与安定剂、辅助增塑剂等固体、液体溶质的溶解、混合、除杂、钝化过程，即硝酸酯溶液“一锅煮”混合，便于实现硝酸酯溶液混合过程完全隔离操作，工艺安全可靠、设备简单、易于清理。减压微沸混合工艺技术实现了完全隔离操作，使硝化甘油的处理危险等级由Ax级降至Bx级，有效降低了硝酸酯溶液混合过程的工艺危险系数，确保操作人员的本质安全。

二、硝酸酯增塑的GAP胶粘剂试验

1、合成原理。硝酸酯增塑的叠氮胶粘剂的合成原理：①将不可直接应用的爆炸危险品——混合硝酸酯，经GAP溶液钝化处理后，在一定温度条件下，以真空为动力，通过膜蒸发技术除去溶剂；②水分随溶剂挥发而脱除，并使叠氮胶粘剂中水分和溶剂含量达到一定的指标要求；③选择溶剂时首先考虑其低沸点性能，并且溶剂和水之间可形成共沸点，使两者较易除去；④在叠氮胶粘剂的制备过程中，要控制好物料的加入速率，即控制好膜蒸发器的调节阀开度和真空度，使物料均匀、稳定地进入膜蒸发器中，以保证胶粘剂合成反应的顺利进行。

2、试验。在叠氮胶粘剂的制备过程中，常涉及到几种危险物料的处理工序，必要的操作过程较多，并且有些操作环节的风险性较高如GAP溶液配制、硝酸酯钝化、叠氮胶粘剂的制备及溶剂回收等。

原材料准备。原材料准备是制备叠氮胶粘剂的前期工作，主要是配制可用于生产的GAP钝化溶液。

硝酸酯钝化。本系统是将不可直接应用的爆炸危险品——混合硝酸酯，通过钝化处理使之转化为可安全生产的易燃品。首先将混合硝酸酯按一定比例溶解在GAP溶液中，以降低混合硝酸酯的冲击感度和摩擦感度；待气动搅拌均匀后，将混合料再用于下一工序。

叠氮胶粘剂的制备。叠氮胶粘剂制备过程是将经钝化处理后的叠氮胶粘剂溶液在一定温度条件下，以真空为动力，通过膜蒸发器技术除去溶剂的过程。叠氮胶粘剂中含有的大量溶剂会严重影响其性能和品质，故必须将溶剂经过制备装置除去；另外，混合硝酸酯中水分含量较高，为降低混合硝酸酯的感度，并使水分含量降至一定范围内，必须除去混合硝酸酯中水分，使之达到叠氮胶粘剂的指标要求。

溶剂回收。溶剂回收处理装置主要是对蒸发器中所蒸发的溶剂进行回收。蒸发器中蒸发的溶剂在一定温度条件下，通过冷凝装置将其冷却并进行回收。叠氮胶粘剂在制备过程中，需要在一定温度、一定真空度条件下将溶剂和水分去除；另外，物料的输送、转移以及远距离控制等都离不开压缩空气；此外，溶剂回收系统还必须确保冷水的及时供应。因此，动力系统主要提供热水、冷水、气源和真空，即为叠氮胶粘剂的制备提供必要的动力设施。

硝酸酯溶液的安全使用是固体推进剂研究者多年来不懈追求的工艺发展目标之一，也是代表着工艺安全性和先进性的关键点，普遍使用的硝酸酯溶液混合方法主要有鼓泡搅拌法，在分析混合原理及优缺点的基础上，提出了减压微沸安全混合方法，为硝酸酯的安全使用提供工艺技术支持。在工艺技术高度发展的今天，相信通过减压微沸混合技术的应用以及工艺设备自动化的设计研究，硝酸酯溶液的混合工艺将继续朝着本质安全化、混合精细化等方向发展。

参考文献

[1]韩光烈,黎留鑫,赵长友.硝化甘油生产安全技术与管理[M].北京:北京理工大学出版社,2012.

[2]郭绍俊,苏天铎,封利民.叠氮硝化甘油的合成研究[J].含能材料,2013,11(3):12.

[3]姬月萍,李普瑞,汪伟.含能增塑剂的研究现状及发展[J].火炸药学报,2013,28(4):47-51