ДонНТУ   Портал магистров

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

Введение

Еще в начале 1990-х годов Украина имела такие развитые отрасли промышленности, как горнорудная, угольная, нерудная, металлургическая. Ежегодно использовалось 240-260 тыс. т промышленных взрывчатых веществ (ПВВ). Однако в связи со значительным, особенно за последние 15 лет, спадом производства в угольной и горнорудной отраслях, объемы взрывных работ резко снизились. В 1998 году было использовано лишь 145 тыс. т взрывчатых веществ (ВВ). Однако данные статистики свидетельствуют, что Украина, как и раньше, занимает второе место в Европе по количеству ВВ, которые используются. При этом практически весь объем взрывных работ в Украине осуществляется с использованием ВВ, содержащих тротил [1]. Для ведения взрывных работ эти ВВ запрещены практически во всем мире из–за токсичности как самого тротила, так и продуктов его детонации (NOx, CO).

По внедрению эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ) Украина отстает от большинства стран СНГ – таких как Россия, Узбекистан, Казахстан, Киргизия [2]. Таким образом, жители горнодобывающих регионов Украины продолжают испытывать дополнительную экологическую нагрузку. Сегодня назрела необходимость создания экологически чистых взрывчатых веществ с малой чувствительностью к механическим воздействиям. Таковыми могут быть ВВ на основе эмульсий.

Преимущества ЭВВ над ВВ, содержащих тротил:

1. Актуальность темы

Изготовление взрывчатых веществ на основе матричных эмульсий непосредственно на горных предприятиях и их применение является приоритетным направлением в области освоения недр с применением взрывных технологий. Поэтому работы, направленные на совершенствование технологий изготовления взрывчатых веществ актуальны.

2. Цель и задачи исследования

Цель научной работы – определение оптимального состава эмульсии для производства эмульсионного взрывчатого вещества.

Для того, чтобы достичь поставленной цели, необходимо выполнить следующие задачи:

3. Объект исследования

Объектом исследования является эмульсия, на основе которой производится взрывчатое вещество.

4 Научная новизна работы

Научная новизна заключается в определении зависимости качества эмульсии и времени ее образования от состава и количества эмульгатора.

5 Практическая значимость результатов

Результатом работы является усовершенствованный состав эмульсии для производства эмульсионного взрывчатого вещества, что позволит снизить себестоимость конечного продукта, усовершенствовать существующую технологию производства.

6 Обзор исследований и разработок по теме

6.1 Обзор на мировом уровне

В 1969 году в США были предложены промышленные BВ нового класса – эмульсионные BB или эмулиты. Принцип построения рецептур таких BВ основан на получении обратных эмульсий с высококонцентрированного раствора окислителя (аммиачная, натриевая, кальциевая селитры) в масле (нефтепродуктах) в присутствии поверхностно-активных веществ (эмульгаторов). Для повышения энергетических показателей в ЭBВ вводят мелкодисперсный алюминиевый порошок. Для повышения детонационной способности их насыщают газовыми пузырьками с помощью микросфер, порофор или иным способом.

Очевидные преимущества ЭВВ привлекли внимание широкого круга исследователей, что выразилось, прежде всего, в большом количестве патентов, выданных на ЭВВ в разных странах мира. Так, за период 1964-1983 гг. в разных странах мира было выдано более 70 патентов. Кроме того, эти BВ очень быстро нашли применение при производстве взрывных работ в промышленности и с каждым годом объем их применения увеличивается.

В 1972 году ЭВВ начинают производить в США, в 1978 г. – в Швеции, а чуть позже во многих странах мира [5].

За рубежом применяют такие ЭВВ, как нобелан, нобелит и др.

Эмульсионные ВВ в разных странах обеспечивают до 80 % потребностей в энергии взрыва. В России этот показатель составляет около 30 %, однако имеет устойчивую тенденцию к увеличению. Все крупнейшие горно-обогатительные комбинаты в России постепенно приобретают собственное оборудование для производства ЭВВ, основанные на отработанных и сертифицированных западных технологиях [6].

6.2 Обзор на национальном уровне

В Украине попытки создания ВВ, не содержащие тротил, продолжаются уже несколько десятков лет. На сегодняшний день запланирована тенденция замены тротилсодержащих ВВ эмульсионными отечественного или иностранного производства.

В нашей стране первым ЭBВ было поремит, разработанный в 1985 году, а с 1988 года началось его промышленное производство.

Также украинскими учеными были разработаны такие ЭВВ, как украинит, анемикс, эмульхим и др. Украинит (украинит-Д, украинит-ИД, украинит-МД, украинит-ВД-М, украинит-ПМ-1) как правило, сенсибилизируют за счет химических реакций. Такая сенсибилизация нестабильна во времени, но ЭВВ долго сохраняют стабильность при введении в их состав полых стеклянных микросфер, что позволяет изменять чувствительность ВВ в широких пределах [4].

Процесс изготовления ЭВВ и заряжания их в скважины происходит на основе известной отечественной производственной базы. В составе эмульсионных ВВ отсутствует дорогой и экологически опасный тротил. Все эти показатели способствуют сокращению затрат на взрывные работы и делают более быстрый переход карьеров на широкое применение экологически чистых, водостойких эмульсионных взрывчатых веществ.

6.3 Обзор на локальном уровне

В Донецком национальном техническом университете на факультете экологии и химической технологии магистры по специальности Химическая технология высокомолекулярных соединений исследовали свойства водонаполненных взрывчатых веществ. Были разработаны простые промышленные взрывчатые вещества. Проведенные исследования процесса патронирования промышленных взрывчатых веществ. Рассмотрено влияние ЭВВ на окружающую среду. Было создано промышленное взрывчатое вещество без использования мощного сенсибилизатора.

Были проведены научно-исследовательские работы по созданию безопасных и экологически чистых патронируемых взрывчатых веществ II-IV классов для ведения открытых и подземных взрывных работ в сухих и обводненных шпурах и скважинах. В результате было разработано ЭВВ, которое по своим взрывчатым характеристикам стало заменой применяемого сейчас взрывчатого вещества аммонит 6ЖВ, содержащий 21 % тротила, который является сильным канцерогенным веществом. [3]. Моя работа посвящена совершенствованию состава полученного ЭВВ.

7. Основные исследования и результаты

7.1 Эксперимент

Для приготовления эмульсии в работе использовались такие приборы и материалы: смеситель типа Блендер, печь электрическая бытовая, термометр, весы технические с набором разновесов, стаканы химические, объемом 150, 200, 300, 1000 мл, секундомер, вода дистиллированная, аммиачная селитра ГОСТ 2-85, масло индустриальное ГОСТ 20799, эмульгатор Лубризол ТУ 7511903-631. Компоненты для приготовления эмульсии изображены на рисунке 1.

Компонеты, входящие в состав эмульсии для изготовления ЭВВ

Рисунок 1 – Компонеты, входящие в состав эмульсии для изготовления ЭВВ

Составы эмульсий приведены в таблице 1 при условии, что масса готовой эмульсии составляет 1 кг.

Таблица 1 − Компонентный состав горючих фаз
Порядковый номер Компонент
Масло индустриальноеЭмульгатор Лубризол
%г%г
13,5352,525
24,0402,020
34,5451,515
45,0501,010
55,5550,55
65,7570,33
75,8580,22

Эксперимент осуществляется три раза.

Растворение селитры в воде происходит следующим образом: в 150 г воды растворяется 790 г аммиачной селитры при постоянном перемешивании и нагревании раствора при 90-95 ºC.

Отдельно происходит смешение индустриального масла с эмульгатором Лубризол согласно таблице 1. Процесс происходит при нагревании до температуры порядка 80-85 °C. Время смешения составляет 5 минут.

Затем оба раствора смешиваются в блендере, и определяется время эмульгирования с помощью секундомера. В зависимости от количества эмульгатора изменяется время эмульгирования (таблица 2).

Таблица 2 − Время эмульгирования при различном количестве эмульгатора
Порядковый номер Содержание эмульгатора Лубризол, %Время эмульгирования, мин
12,56,59
22,07,15
31,57,36
41,08,17
50,59,59
60,310,38
70,2Эмульсия не образовалась

Графическая зависимость времени эмульгирования от содержания эмульгатора представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 − Влияние содержания эмульгатора на время эмульгирования

Рисунок 2 − Влияние содержания эмульгатора на время эмульгирования

Полученные эмульсии исследовались под микроскопом при увеличении в 400 раз с фиксированием размеров частиц эмульсий по измерительной шкале микроскопа. Средний размер частиц эмульсии при различном количестве эмульгатора приведен в таблице 3.

При содержании эмульгатора 2,5 % эмульсия наиболее мелкодисперсная (средний размер частиц эмульсии составляет 1 мкм).

Таблица 3 − Средний размер частиц эмульсии при различном содержании эмульгатора
Содержание эмульгатора Лубризол, %Средний размер частиц эмульсии, мкм
2,51
2,02
1,53-6
1,05-9
0,515
0,318
0,2–

Графическая зависимость средних размеров частиц эмульсии от содержания эмульгатора представлена на рисунке 3.

Влияние содержания эмульгатора на средний размер частиц эмульсии

Рисунок 3 − Влияние содержания эмульгатора на средний размер частиц эмульсии

Вид эмульсии вода в масле под микроскопом при увеличении в 400 раз в зависимости от содержания эмульгатора изображен на рисунке 4.

Вид эмульсии <q>вода в масле</q> в зависимости от содержания эмульгатора: а) 2%; б) 2,5%; в)1,5%; г) 1%; д) 0,5%; е) 0,3%.

Рисунок 4 − Вид эмульсии вода в масле в зависимости от содержания эмульгатора: а) 2 %; б) 2,5 %; в)1,5 %; г) 1 %; д) 0,5 %; е) 0,3 %.

При содержании эмульгатора 2,5 % эмульсия наиболее мелкодисперсная (средний размер частиц эмульсии составляет 1 мкм). При уменьшении его содержания размер частиц увеличивается и достигает 18 мкм.

7.2 Корреляционный анализ

Корреляционный анализ – это статистическое исследование (стохастической) зависимости между случайными величинами. В простейшем случае исследуют две выборки (наборы данных), в общем – многомерные комплексы (группы) параметров или объектов. В работе исследуется три выборки.

Математической мерой корреляции двух случайных величин служит корреляционное соотношение, или коэффициент корреляции.

Некоторые виды коэффициентов корреляции могут быть положительными или отрицательными (также возможна ситуация отсутствия статистической взаимосвязи – например, для независимых случайных величин).

Коэффициенты корреляции изменяются в пределах от –1.00 до +1.00. Значение –1.00 означает, что переменные имеют отрицательную корреляцию. Значение +1.00 означает, что переменные имеют четкую положительную корреляцию. Значение 0.00 означает отсутствие корреляции [9].

С помощью Microsoft Office Excel вводятся полученные данные времени эмульгирования по результатам экспериментов по таблице 2. Каждому значению содержания эмульгатора соответствует 3 значения. Находятся: линия тренда, уравнение линии, коэффициент корреляции (рисунок 5).

Зависимость – логарифмическая.

Коэффициент корреляции R2=0.9816, что свидетельствует о сильной связи.

Зависимость времени эмульгирования от содержания эмульгатора для трех параллельных экспериментов

Рисунок 5 − Зависимость времени эмульгирования от содержания эмульгатора для трех параллельных экспериментов

Выводы

  1. В работе выбран эмульгатор Лубризол и определено влияние его содержания на время эмульгирования и средний размер частиц эмульсии.
  2. Разработана установка для эмульгирования.
  3. Получены эмульсии с разным содержанием эмульгатора и, в зависимости от этого, определено время эмульгирования.
  4. Определен средний размер частиц готовых эмульсий с помощью измерительной шкалы микроскопа. По времени эмульгирования (7,15 и 7,36 минут при содержании эмульгатора 2 и 1,5 % соответственно), а также среднему размеру частиц эмульсии (2 мкм при 2 % эмульгатора) выбрано оптимальное содержание эмульгатора, что составляет 1,8-2,2 %.
  5. Достоверность полученных результатов оценено нахождением коэффициента корреляции, что составляет R2=0.9816. Это свидетельствует о сильной связи между полученными данными параллельных экспериментов.

В дальнейшем будут проведены исследования с другими эмульгаторами. Планируется выявить зависимость качества эмульсии от температуры эмульгирования. Также следует исследовать ее качество с течением времени.

При написании данного реферата магистерская работа еще не завершена. Окончательное завершение: декабрь 2012 г. Полный текст работы материаллов по теме могут быть получены у автора или его руководителя после указанной даты.

Список литературы

1. Вадим Кощий. Новая технология изготовления промышленного взрывчатого вещества позволит удешевить и обезопасить взрывные работы в горнодобывающей отрасли [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.companion.ua/
2. Владимир Коваленко. Взрывная проблема [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.masters.donntu.ru/
3. С.С. Воюцкий Курс коллоидной химии; [Перев. с англ. K.J. Lissant]. – Москва: 1975. – 367 с. ISBN: 5-7245-0244-5.
4. Ф. Шерман. Эмульсии; [пер. с англ. под ред. А.А. Абрамзона]. – Львов: Химия, 1972. – 448 с. – Перев. По изд.: Emulsion sciense. ISBN 978-966-415-020-7.
5. Д. Хопкрофт Введение в теорию автоматов, языков и вычислений / Д. Хопкрофт, Р. Мотвани, Д. Ульман. – М.: Издательский дом Вильямс, 2002. – 528 с.
6. Взрывные и буровзрывные работы в карьерах и рудниках. Гремикс-М [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.resurs.org.ua/
7. Сб. Способы и средства создания безопасных и здоровых условий труда в угольных шахтах, вып. 18, Макеевка – Донбасс, изд. МакНИИ, 2006 г.
8. М.Б. Генералов. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ: Учебное пособие для вузов – M.: ИКЦ Академкнига, 2004. – 397 c.
ISBN 5-94628-130-5
9. Корреляция. Материалл из Википедии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/