ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Ще на початку 1990-х років Україна мала такі розвинені галузі промисловості, як гірничорудна, вугільна, нерудна, металургійна. Щорічно у видобувній промисловості використовувалось 240-260 тис. т промислових вибухових речовин (ПВР). Однак у зв'язку зі значним, особливо за останні 15 років, спадом виробництва у вугільній і гірничорудній галузях, обсяги вибухових робіт різко знизилися. В 1998 році було використано лише 145 тис. т вибухових речовин (ВР). Проте дані статистики свідчать, що Україна, як і раніше, займає друге місце в Європі за кількістю ВР, що використовуються. При цьому практично весь обсяг вибухових робіт в Україні здійснюється з використанням ВР, що містять тротил [1]. Для ведення вибухових робіт ці ВР заборонені практично в усьому світі через токсичність як самого тротилу, так і продуктів детонації таких ВР (NOx, CO).

За впровадженням емульсійних вибухових речовин (ЕВР) Україна відстає від більшості країн СНД – таких як Росія, Узбекистан, Казахстан, Киргизія [2]. Таким чином, мешканці гірничодобувних регіонів України продовжують одержувати додаткове екологічне навантаження. Сьогодні назріла необхідність створення екологічно чистих вибухових речовин з малою чутливістю до механічних впливів. Такими можуть бути ВР на основі емульсій.

Переваги ЕВР над ВР, що містять тротил:

1. Актуальність теми

Виготовлення вибухових речовин на основі матричних емульсій безпосередньо на гірничих підприємствах і їх застосування є пріоритетним напрямом в області освоєння надр із застосуванням вибухових технологій. Тому роботи, спрямовані на вдосконалення технологій виготовлення вибухових речовин актуальні.

2. Мета і задачі дослідження

Мета наукової роботи – визначення оптимального складу емульсії для виробництва емульсійної вибухової речовини.

Для того, щоб досягти поставленої мети, необхідно вирішити наступні задачі:

3. Об'єкт дослідження

Об’єктом дослідження є емульсія, на основі якої виробляється вибухова речовина.

4 Наукова новизна роботи

Наукова новизна полягає в визначенні залежності якості емульсії та час її утворення від складу та кількості емульгатора.

5 Практичне значення результатів

Результатом роботи є удосконалення складу емульсії для виробництва емульсійної вибухової речовини, що дозволить знизити собівартість кінцевого продукта, вдосконалити існуючу технологію виробництва.

6 Огляд досліджень і розробок на тему

6.1 Огляд на світовому рівні

У 1969 році в США були запропоновані промислові BР нового класу – емульсійні BР або емуліти. Принцип побудови рецептур таких BР засновано на отриманні зворотних емульсій з висококонцентрованого розчину окислювача (аміачна, натрієва, кальцієва селітри) в олії (нафтопродукті) у присутності поверхнево-активних речовин (емульгаторів). Для підвищення енергетичних показників у емульсійні BР вводять дрібнодисперсний алюмінієвий порошок. Для підвищення детонаційної здатності емульсійних BР їх насичують газовими бульбашками за допомогою мікросфер, порофор, або іншим способом.

Очевидні переваги ЕВР привернули увагу широкого кола дослідників, що виразилося насамперед у великій кількості патентів, виданих на ЕВР в різних країнах світу. Так, за період 1964-1983 рр. в різних країнах світу було видано понад 70 патентів. Крім того, ці BР дуже швидко знайшли застосування при виробництві вибухових робіт у промисловості і з кожним роком обсяг їх застосування збільшується.

У 1972 році ЕВР починають виробляти в США в 1978 р. – в Швеції, а трохи пізніше в багатьох країнах світу [5].

За кордоном застосовують такі ЕВР, як нобелан, нобелит та ін.

Емульсійні ВР у різних країнах забезпечують до 80 % потреб в енергії вибуху. У Росії цей показник становить близько 30 %, однак має стійку тенденцію до збільшення. Всі найбільші гірничозбагачувальні комбінати в Росії поступово набувають власне обладнання для виробництва ЕВР, що засновані на відпрацьованих і сертифікованих західних технологіях [6].

6.2 Огляд на національному рівні

В Україні спроби створення ВР, що не містять тротил, тривають вже кілька десятків років. На сьогоднішній день запланована тенденція заміни тротилвмісних ВР емульсійними вітчизняного або іноземного виробництва.

У нашій країні першою емульсійною BР була поремит, яку розроблено в 1985 році, а з 1988 року почалося його промислове виробництво.

Також українськими вченими були розроблені такі ЕВР, як україніт, анемікс, эмульхім та ін. Україніти (україніт-Д, україніт-ІД, україніт-МД, україніт-ВД-М, україніт-ПМ-1), як правило, сенсибілізують за рахунок хімічних реакцій. Така сенсибілізація нестабільна у часі, але ЕВР довго зберігають стабільність при введенні в їхній склад порожних скляних мікросфер, що дозволяє змінювати чутливість ВР в широких межах [4].

Процес виготовлення ЕВР і заряджання їх у свердловини відбувається на основі відомої вітчизняної виробничої бази. У складі емульсійних ВР відсутній дорогий і екологічно небезпечний тротил. Всі ці показники сприяють скороченню витрат на вибухові роботи і роблять більш швидкий перехід кар'єрів на широке застосування екологічно чистих, водостійких емульсійних вибухових речовин.

6.3 Огляд на локальному рівні

В Донецькому національному технічному університеті на факультеті екології та хімічної технології магістри за спеціальністю Хімічна технологія високомолекулярних сполук" досліджували властивості водонаповнених вибухових речовин. Було розроблено прості промислові вибухові речовини. Проведені дослідження процесу патронування промислових вибухових речовин. Розглянуто вплив емульсійних ВР на навколишнє середовище. Було створено промислову вибухову речовину без використання потужного сенсибілізатора.

Були проведені науково-дослідницькі роботи щодо створення безпечних і екологічно чистих патронованих вибухових речовин II-IV класів для ведення відкритих і підземних підривних робіт у сухих та обводнених шпурах і свердловинах. В результаті було розроблено ЕВР, яка за своїми вибуховими характеристиками стала заміною застосовуваної зараз вибухової речовини амоніт 6ЖВ, яка містить 21 % тротилу, який є сильною канцерогеною речовиною [3]. Моя робота посвячена вдосконаленню складу отриманої ЕВР.

7. Основні дослідження та результати

7.1 Експеримент

Для приготування емульсії використовуються такі прилади і матеріали: змішувач типу Блендер, піч электрична побутова, термометр, ваги технічні з набором важків, склянки хімічні, об'ємом 150, 200, 300, 1000 мл, секундомір, вода дистильована за ГОСТ 6709-72, аміачна селітра за ГОСТ 2-85, масло індустріальне за ГОСТ 20799-75, емульгатор Лубризол ТУ 7511903-631. Компоненти для приготування емульсії зображено на рисунку 1.

Компонети, що входять до складу емульсії для виготовлення ЕВР

Рисунок 1 – Компонети, що входять до складу емульсії для виготовлення ЕВР

Склади емульсій наведені у таблиці 1 за умови, що маса готової емульсії становить 1 кг.

Таблиця 1 ? Компонентний склад емульсій
Порядковий номер Компонент
Масло індустріальнеЕмульгатор Лубризол
%г%г
13,5352,525
24,0402,020
34,5451,515
45,0501,010
55,5550,55
65,7570,33
75,8580,22

Для проведення експерименту виконується ряд послідовних операцій. Експеримент на кожному з наведених складів проводиться три рази.

Розчинювання селітри з водою здійснюється наступним чином: в 150 г води розчиняється 790 г аміачної селітри при постійному перемішуванні і нагріванні розчину від 20 ?C до 90-95 ?C.

Окремо відбувається змішування індустріального масла з емульгатором Лубризол. Процес відбувається при нагріванні до температури 90-103 °C. Час змішування становить 5 хвилин. Така суміш є горючою фазою.

Потім обидва розчини змішуються у блендері і визначається час емульгування за допомогою секундоміра. Залежно від кількості емульгатора змінюється час емульгування (таблиця 2).

Таблиця 2 - Час емульгування при різній кількості емульгатора
Порядковий номер Вміст эмульгатора Лубризол, %Час емульгування, хв
12,56,59
22,07,15
31,57,36
41,08,17
50,59,59
60,310,38
70,2Емульсія не утворилася

Графічну залежність часу емульгування від вмісту емульгатора наведено на рисунку 2.

Залежність середнього часу емульгування від вмісту емульгатора

Рисунок 2 – Залежність середнього часу емульгування від вмісту емульгатора

Отримані емульсії досліджувались під мікроскопом при збільшенні в 400 разів з фіксуванням розмірів часток емульсій за допомогою вимірювальної шкали. Середній розмір часток емульсії при різній кількості емульгатора наведено в таблиці 3.

При вмісті емульгатора 2,5 % емульсія найбільш мілкодисперсна (середній розмір часток емульсії становить 1 мкм).

Таблиця 3 ? Середній розмір часток емульсії при різній кількості емульгатора
Вміст емульгатора Лубризол, %Середній розмір часток емульсії, мкм
2,51
2,02
1,53-6
1,05-9
0,515
0,318
0,2-

Графічну залежність середніх розмірів часток емульсії від вмісту емульгатора наведено на рисунку 3.

Залежність середніх розмірів часток емульсії від вмісту емульгатора

Рисунок 3 – Залежність середніх розмірів часток емульсії від вмісту емульгатора

Вигляд емульсії вода в маслі під мікроскопом при збільшенні в 400 разів в залежності від вмісту эмульгатора зображено на рисунку 4.

Вигляд емульсії <q> вода в маслі</q> в залежності від вмісту эмульгатора: а) 2%; б) 2,5%; в)1,5%; г) 1%; д) 0,5%; е) 0,3%

Рисунок 4 – Вигляд емульсії вода в маслі» в залежності від вмісту эмульгатора: а) 2 %; б) 2,5 %; в)1,5 %; г)1 %; д) 0,5 %; е) 0,3 %.

При вмісті емульгатора 2,5 % емульсія найбільш дрібнодисперсна (1 мкм). При зменшенні його змісту розмір часток зростає і досягає 18 мкм. При вмісті 2,5 % емульгатора 2 % частки емульсії більші за розміром ? 2 мкм. Емульсія з 1,5 % емульгатора має середній розмір часток 6 мкм. При подальшому зменшенні його вмісту розмір часток зростає і досягає 18 мкм.

7.2 Кореляційний аналіз

Кореляційний аналіз – це статистичне дослідження (стохастичної) залежності між випадковими величинами. У найпростішому випадку досліджують дві вибірки (набори даних), у загальному – багатовимірні комплекси (групи) параметрів або об’єктів. У роботі досліджується три вибірки.

Математичної мірою кореляції двох випадкових величин служить кореляційне співвідношення, або коефіцієнт кореляції.

Деякі види коефіцієнтів кореляції можуть бути позитивними або негативними (також можлива ситуація відсутності статистичної взаємозв'язку - наприклад, для незалежних випадкових величин).

Коефіцієнти кореляції змінюються в межах від -1.00 до +1.00. Значення -1.00 означає, що змінні мають негативну кореляцію. Значення +1.00 означає, що змінні мають чітку позитивну кореляцію. Значення 0.00 означає відсутність кореляції [9].

За допомогою програми Microsoft Office Excel вводяться отримані дані часу емульгування за результатами експериментів згідно з таблицею 2. Кожному значенню вмісту емульгатора відповідає 3 значення. Знаходяться: лінія тренда, рівняння лінії, коефіцієнт кореляції (рисунок 5).

Залежність ? логарифмічна.

Коефіцієнт кореляції R2=0.9816, що свідчить про сильний зв’язок.

Залежність часу емульгування від вмісту емульгатора для трьох паралельних експериментів

Рисунок 5 – Залежність часу емульгування від вмісту емульгатора для трьох паралельних експериментів

Висновки

  1. У роботі обрано емульгатор Лубризол і визначено вплив його вмісту на час емульгування та середній розмір часток емульсії.
  2. Розроблено установу для емульгування.
  3. Отримано емульсії з різним вмістом емульгатора і, у залежності від цього, визначено час емульгування.
  4. Визначено середній розмір часток готових емульсій за допомогою вимірювальної шкали мікроскопа.За часом емульгування (7,15 і 7,36 хвилин при вмісті емульгатора 2 і 1,5 % відповідно), а також середнім розміром часток емульсії (2 мкм при 2 % емульгатора) обрано оптимальний вміст емульгатора, що складає 1,8-2,2 %.
  5. Достовірність отриманих результатів оцінено знаходженням коефіцієнта кореляції, що складає R2=0.9816. Це свідчить про сильний зв’язок між отриманими даними паралельних експериментів.

    У подальшому будуть проведені дослідження з іншими емульгаторами. Планується виявити залежність якості емульсії від температури емульгування. Також слід дослідити її якість з плином часу.

    При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 р. Повний текст роботи, матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

    Перелік посилань

    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/