散装炸药材料分析

散装乳化炸药泛指一类用乳化技术制备的油包水(W/O)乳胶型抗水工业炸药。其生产系统主要由散装炸药车和配套的移动地面站两部分组成［1］。在进行散装乳化炸药流程模拟之前，首先应该了解所选物系的物性和相平衡关系，并对所选体系偏离理想体系的程度和所选体系热力学计算方法有初步认识。本文采用化工模拟软件ASPENPLUS对湖南金能科技股份有限公司BCHR型车制散装乳化炸药水相材料进行了物性分析。通过模拟试验反映出实际生产效果，使得炸药生产工艺调整的参数更为精确，大大提高生产安全系数。通过选择合适的物性分析方法，改善工艺条件，以备有效地保证散装乳化炸药乳化基质的生产质量。

1散装乳化炸药的水相

1．1散装乳化炸药的水相材料BCHR型散装乳化炸药乳化基质是由氧化剂水溶液(水相)和燃料油溶液(油相)按一定配比经高速剪切乳化而得，基质质量的好坏在很大程度上取决于油相和水相的配比是否准确和稳定，因此生产中对水相和油相物性的熟知显得十分重要。BCHR型散装乳化炸药的水相是以硝酸铵和水组成的硝酸盐水溶液，其主要作用为:给炸药提供足够的有效氧;使乳化炸药具有高密度的特征;形成分散相改善爆炸性能［1］。BCHR型散装乳化炸药组成中，水相构成分散相，主氧化剂为硝酸铵，含量一般在78%左右，硝酸铵的作用是在爆炸过程中提供大量的氧，产生大量气体和热量，发挥炸药爆炸威力，但是，硝酸铵的爆炸性能随着其粒度、水分含量、起爆能、约束条件等因素的不同而变化，因此在进行软件对散装乳化炸药水相材料理想的物性分析之前，有必要对硝酸铵实验值物性有个客观了解。

1．2水相材料中的硝酸铵硝酸铵化学式为NH4NO3，分子质量为80．01，含氮量34.98%，含氧量为59.99%，氧平衡为+19.98%，常温常压下，纯净的硝酸铵是白色无结晶水的结晶体，工业硝酸铵由于含有少量铁的氧化物而略呈淡黄色。硝酸铵晶体的密度为1．44～1．79g/cm3，堆积密度取决于颗粒度，一般粉状硝酸铵为0．80～0.95g/cm3，多孔粒状硝酸铵为0．75～0．85g/cm3。硝酸铵极易吸水和易溶于水，吸湿性强，易结块，熔点169℃，在水中的溶解度随温度的增高而增大，表1为硝酸铵在水中不同温度下的溶解度［2］。图1为表1的实验数据图。硝酸铵溶于水时吸收热量，在不同溶度水溶液中硝酸铵的溶解热不同。表2给出了不同水溶液中硝酸铵的溶解热，其不同温度时饱和水溶液的特性如表3所示。

2物性分析

2．1ASPENPLUS物性数据和模型ASPENPLUS是一个大型通用的流程模拟系统软件，广泛应用于物性分析、新工艺开发、装置设计优化与改造。它具有丰富的物性数据库，可处理非理想、极性高的复杂物系，并独具联立方程法和序贯模块法相结合的解算方法，以及一系列拓展的单元模型库。此外还具有灵敏度分析、自动排序、多种收敛方法以及报告等功能。对有机化工、无机化工、电化学、石油化工等各领域的各种单元操作均可模拟。其中自带的各种物质的物性数据库较全，可满足绝大多数工艺过程的模拟要求，包括5000多种纯组分的物性数据，被认为是最适用于工业且最完备的物性系统［3］。物性模型和数据是得到精确可靠的模拟结果的关键。ASPENPLUS性质方法是根据化合物的类别和操作条件定制的，根据考察对象在这个软件中选择不同的属性来进行数据处理，并验证实际现象，能满足大多数工程需要。使用PropertiesSpecifications表页定义在模拟中所使用的物性方法，用于描述纯组分和混合物的行为，主要从热力学性质着手分析物性［4］。

2．2ASPENPLUS物性分析流程物性分析路线:在simulation里选择单位制选择运行类型AspenProperties订制报告内容setup参数设置在component中定义组分在property中设定计算物性的物性方法pure物性分析binary物性分析。选择模拟类型(simulation)为:generalwithmetricunits。选择运行类型(runtype)为:propertyanalysis。property中设定计算物性的物性方法:分别选择PENG-ROB性质方法和RK-SOAVE性质方法对散装乳化炸药水相进行物性分析。

2．3ASPENPLUS物性分析结果与讨论

2．3．1PENG-ROB法对散装乳化炸药水相的物性分析由于硝酸铵的物性随温度变化而变化，所以散装乳化炸药的水相物性与水相融化罐、水相储存罐、乳化基质、炮孔中炸药的温度相关。融化罐的控制温度为80～90℃，并与大气相通，在搅拌过程中保持一个恒压过程;水相储存罐控制温度为85℃左右;基质制备到炸药车料仓罐温度一般保持在80～85℃;在炮孔中散装乳化炸药温度在20～70℃之间变化。基于散装乳化炸药水相物性考察条件，本文pure物性分析中温度控制在0～100℃;binary物性分析中，分别在0、20、40、60、80、100℃下分析硝酸铵饱和水溶液的特性，压力控制在0．1MPa，结果如图2～4所示。由图2可见，硝酸铵的粘度不随温度的变化而变化，λs和Cs随着温度的提高而降低，热焓随温度变化增大，与表3所显示的λs和Cs实验数据相符合。图3反映的是硝酸铵水溶液的气液平衡相图;图4中，纵坐标为dGmix函数值，即硝酸铵溶解吉布斯值ΔsolGm，图3呈现出ΔsolGm随硝酸铵浓度增大先增大再减小的变化，也反映出温度增加Gibbs函数值减小，通过曲线能够找出在不同温度下饱和溶液Gibbs函数值。热效应Q即相当于溶解所有的硝酸铵的溶解热，利用Q除以硝酸铵的物质的量n即可得到KNO3的摩尔积分溶解热ΔsolHm，由ΔsolHm=Q/n，又ΔsolHm=ΔsolGm+TΔS，ΔS在硝酸铵水溶液硝酸铵溶解中值极小不予考虑，即ΔsolGm能反映出硝酸铵溶于水时吸收热量，在不同溶度水溶液中硝酸铵的溶解热不同，与表2给出的实验值相符。

2．3．2RK-SOAVE法对散装乳化炸药水相的物性分析基于散装乳化炸药水相物性条件要求，RK-SOAVE法选择分析条件与PENG-ROB法相同，分析结果如图5～6所示。由图5～6可知，利用RK-SOAVE法得到的硝酸铵纯组分物性及水相物性基本与PENG-ROB法相近，可以很好地反映出散装乳化炸药水相材料实际物性数据基本符合实验值。

3结语

结合散装乳化炸药水相材料实际数据，采用ASPENPLUS软件对水相材料在不同温度下进行了pure和binary物性分析，分析结果均符合实际数据，为利用ASPENPLUS软件对散装乳化炸药工艺流程进行模拟做好了准备。散装乳化炸药工业是国家一个特殊危险的行业，生产表明，每进行一个工艺参数的改变都可能引起安全隐患，如果通过模拟试验能够很好地反映出实际生产效果，那么炸药生产工艺的参数调整将更为精确，生产安全系数将大大提高。