МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Факультет естествознания, географии и туризма
Кафедра химии и хим. технологии неорганических веществ
ДИПЛОМНАЯ РАБОТА
на тему:
«Химия и технология штатных бризантных взрывчатых веществ»
Санкт-Петербург 2009
Содержание
Введение
1. Штатные бризантные взрывчатые вещества
1.1 Тротил: производство в военное время и сегодня, свойства тротила
1.2 ТЭН (тетранитрат пентаэритрита): химизм получения и области применения, свойства, технология производства
1.3 Гексоген: свойства и технология производства
1.4 Октоген: свойства, способы получения
2. Методическая разработка факультативных занятий по химии
Заключение
Литература
Приложение
Введение
Химические соединения или их смеси, которые содержат в молекулах определенный запас химической энергии, называют энергонасыщенными веществами. Эта энергия под действием внешнего импульса в результате протекания химических реакций освобождается, превращаясь в тепловую, световую, механическую, электрическую и т.д.
Наиболее распространенные типы энергонасыщенных веществ – это взрывчатые вещества, пороха и компоненты твердых ракетных топлив, пиротехнические составы. В данной дипломной работе речь пойдет о штатных бризантных взрывчатых веществах.
Преобразование химической энергии в другие виды энергии во взрывчатых веществах осуществляется в результате чрезвычайно быстро протекающей реакции химического взрыва. Энергия взрыва может быть использована в самых разных целях.
Основная особенность взрывчатых веществ, которая и обусловила появление термина «энергонасыщенные вещества» – это экзотермичность реакций взрыва, сопровождающихся выделением большого количества теплоты, которое разогревает газообразные продукты превращения этих веществ до высокой температуры (3000–5000 К). Чем больше количество теплоты выделяется в результате взрыва единицы массы вещества, тем, как правило, более эффективно действие взрывчатого вещества, т.е. количество теплоты, выделяемое при химической реакции – основной критерий работоспособности.
Взрывчатые вещества обычно делят на бризантные и инициирующие взрывчатые вещества. Бризантные взрывчатые вещества нашли широкое применение в технике и народном хозяйстве в качестве мощных и компактных источников механической энергии. Примером бризантных взрывчатых веществ являются такие производимые промышленностью соединения, как тротил, гексоген, ТЭН, октоген.
Механическая работа, являющаяся основной целью взрыва, совершается за счет той потенциальной энергии, которой обладает заряд взрывчатого вещества.
Ввиду относительно высокой стоимости взрыва важно, чтобы его энергия была использована наиболее эффективно. Говоря о работоспособности зарядов взрывчатых веществ, обычно различают бризантное (дробящее) и фугасное (общее) механическое действие взрыва. Бризантное действие проявляется в непосредственной близости от заряда взрывчатого вещества. На бризантные формы работы затрачивается незначительная часть энергии взрыва.
К недостаткам взрывчатых веществ следует отнести недостаточно высокие взрывчатые характеристики тротила и довольно высокую опасность в обращении с остальными тремя штатными взрывчатыми веществами, а также плохую прессуемость последних.
Взрывчатые вещества как высококонцентрированный и экономичный источник энергии широко применяют в различных отраслях народного хозяйства. Около 90% всего объема руд цветных и черных металлов в нашей стране добывают взрывным способом. Массовые взрывы широко используются при вскрытии рудных тел, угольных пластов и месторождений других полезных ископаемых, в строительстве, при сооружении плотин и насыпей, прокладке авто- и железнодорожных магистралей, водных каналов, спрямлении русел рек, прокладке нефте- и газопроводов, особенно в труднодоступной для техники местности, при проведении тоннелей, прокладке шахтных стволов и других горных выработок.
Взрывчатые вещества также широко применяют при взрывных способах обработки в машиностроении и металлургии – штамповке, сварке, изготовлении биметаллических листов, упрочнении деталей машин, резании металлов; при перфорации нефтяных скважин, при тушении лесных пожаров, уплотнении грунтов, в гидромелиоративном строительстве, расчистке и выравнивании местности и для других технических нужд.
Продолжается поиск и исследование дальнейших путей использования и управления энергией взрыва. В настоящее время применяется взрывной способ производства некоторых особенно ценных минералов и искусственных материалов, ускоряются отдельные химические процессы с использованием сверхвысоких давлений взрыва, проводятся работы по искусственному дождеванию, внедряются методы взрывного бурения.
Целью данной работы является: на основе доступных литературных источников произвести обзор свойств и технологий получения штатных бризантных взрывчатых веществ; разработать факультативное занятие по теме «Бризантные взрывчатые вещества» для учащихся старших классов средней общеобразовательной школы.
1. Штатные бризантные взрывчатые вещества
1.1 Тротил: производство в военное время и сегодня, свойства тротила
Тротил (тринитротолуол) широко используется самостоятельно и как компонент взрывчатых составов в военном деле для снаряжения боеприпасов, в мирных целях как промышленное взрывчатое вещество. Преимущество тротила перед другими индивидуальными ВВ обусловлено благоприятным сочетанием физико-химических, взрывчатых и технологических свойств.
Первые промышленные установки производства тротила в России были созданы в 1909 году на Охтинском, в 1912 году на Самарском (ныне ОАО «Полимер»), в 1922 году на Нижегородском (ныне ГУП «Завод им. Я.М. Свердлова») заводах по технологии фирмы «Карбомит» (Германия). В дальнейшем производство тротила развивалось на базе отечественных разработок и характеризовалось весьма высокими темпами, что позволило увеличить объем его выпуска в послевоенные годы в 11 раз [5, 113].
Широкое применение тротила в промышленности является характерной особенностью России. При этом доля тротила, используемого для снаряжения боеприпасов, в общем объеме производства в послевоенные годы не превышала 10%.
Первые промышленные установки производства тротила в России были весьма несовершенны. Получение тротила осуществлялось нитрованием толуола в три стадии с последующей очисткой тротила-сырца перекристаллизацией из этилового спирта. Периодический способ на всех технологических операциях, отсутствие кислотооборота на стадии нитрования, ручной межфазный транспорт приводили к повышенным трудовым и материальным затратам. В 1932–1933 годах был разработан и внедрен горячий кислотооборот, изменен порядок дозировки компонентов – применена дозировка нитруемого соединения к нитрующей смеси. Несмотря на значительное улучшение технико-экономических показателей периодический процесс не удовлетворял требованиям бурно развивающейся
индустриализации страны, в том числе требованиям промышленности боеприпасов. Поэтому уже в 1936 году на Чапаевском химзаводе был освоен непрерывный четырехфазный противоточно-прямоточный способ нитрации толуола до тротила-сырца с горячим кислотооборотом.
В 1940 году в промышленном масштабе на заводе им. Я.М. Свердлова был освоен другой вариант непрерывного процесса – многофазный противоточный способ нитрации, созданный заводскими инженерами А.Т. Васильевым, Н.П. Кошелевым, Г.М. Васильевым.
Переход на сульфитную очистку вместо кристаллизации из этилового спирта был осуществлен в 1933–1937 годах по предложению А.Т. Васильева, П.И. Канавца, И.А. Мазеля. Главные преимущества использования сульфита натрия – это повышение безопасности за счет исключения применения легковоспламеняющегося растворителя – этилового спирта, увеличение выхода очищенного тротила, то есть снижение расхода сырья и улучшение технико-экономических показателей. Процесс очистки тротила сульфитом натрия длительное время оставался периодическим, хотя к этому времени был осуществлен перевод операций сушки и чешуирования на непрерывный режим.
Новый этап в развитии технологии и производства тротила начался в послевоенный период (1945–1960), когда значительно увеличилась потребность в промышленных взрывчатых веществах для добывающих отраслей промышленности. Наиболее значительными из результатов исследований, решивших выбор технологии в пользу противоточного метода, явились две разработки – безолеумный процесс (П.И. Канавец, Т.Н. Серебрянникова, В.В. Гисин, НИИ-6; А.Т. Васильев, Г.М. Васильев, завод им. Я.М. Свердлова), освоенный в 1948 году и изобретение в 1947 году конического шнек-подъемника и нитраторов с совмещенными или выносными сепараторами, расположенными выше нитраторов (А.И. Борисов, В.М. Елецкий).
В дальнейшем совершенствование технологических линий с одновременным повышением их производительности шло в направлении использования более крепких кислотных смесей вплоть до 100%-ной серной кислоты, а также за счет распределения дозировки серного компонента в конец и в середину системы. Так завершился определенный этап создания высокопроизводительных безопасных технологических линий нитрования толуола до тротила, превосходящих для своего времени по техническому уровню известные западные технологии – периодические в Германии, США, непрерывные, но с низкой производительностью и сложным аппаратурным оформлением в Англии, Испании, Италии.
Производство тротила
Процесс получения тротила складывается из следующих стадий:
1) Нитрование толуола до тротила;
2) водная промывка тротила от кислоты;
3) чистка тротила от примесей;
4) сушка тротила.