Термо-вакуум-импульсная технология приготовления простейших промышленных взрывчатых веществ

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное 
образовательное учреждение высшего образования 
«Казанский национальный исследовательский 
технологический университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕРМО-ВАКУУМ-ИМПУЛЬСНАЯ 
ТЕХНОЛОГИЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ 
ПРОСТЕЙШИХ ПРОМЫШЛЕННЫХ 
ВЗРЫВЧАТЫХ ВЕЩЕСТВ 
 
Методические указания  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2018 

УДК 662.2(07)
ББК 35.63я7

Т35

 

Печатаются по решению методической комиссии  
инженерного химико-технологического института 

 

Рецензенты: 

д-р хим. наук, проф. Р. З. Гильманов 
канд. техн. наук, доц. А. В. Малыгин 

 
 

Составители: 

доц. В. Ф. Мадякин, 

ст. науч. сотр. С. Ю. Игнатьева 

доц. Т. Н. Праздникова 

 
 

Т35

Термо-вакуум-импульсная технология приготовления простейших 
промышленных взрывчатых веществ
: методические указания / 

сост.:
В. Ф. Мадякин, С. Ю. Игнатьева, Т. Н. Праздникова; 

Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : 
Изд-во КНИТУ, 2018. – 76 с.

 

Рассмотрена аммиачная селитра различных марок как объект сушки, ее 

сорбционно-структурные, тепловые и физико-механические характеристики. 
Изложены краткие сведения о различных способах сушки и пропитки жидкими 
горючими с помощью инновационных импульсных технологий, о деформации и 
взрывчатом превращении смесевых простейших ПВВ. 

Предназначены для студентов специалитета 18.05.01 «Химическая 

технология энергонасыщенных материалов и изделий», бакалавриата 22.03.01 
«Материаловедение и технологии материалов» и магистратуры 22.04.01 
«Материаловедение и технологии материалов». 

Подготовлены на кафедре технологии твердых химических веществ. 

 
 

 
 
 
 
 
 

УДК 662.2(07)
ББК 35.63я7

СПИСОК  УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ 

 

ПВВ – промышленное взрывчатое вещество,  
ВВ – взрывчатое вещество,  
ЭНМ – энергонасыщенный материал, 
КЭМ – композиционный энергонасыщенный материал, 
АС – аммиачная селитра; 
ДТ- дизельное топливо; 
АС-ДТ – механическая смесь аммиачной селитры с жидким 

невзрывчатым горючим (дизельное топливо, индустриальное масло); 

ДТА – дифференциально-термический анализ; 
ТВИ – термо – вакуум– импульсный; 
ТВИС – термо-вакуум-импульсная сушка; 
КС – конвективная сушка; 
Ф – обогреваемая форма; 
КС+ТВИС 
– 
режим 
термо-вакуум-импульсной 
сушки, 

состоящий из конвективного нагрева и вакуумирования 

Ф+КС+ТВИС700С(500С) – режим термо-вакуум-импульсной 

сушки, состоящий из конвективного нагрева при Т=700С (500С) со 
скоростью подачи теплоносителя 475 л/мин и вакуумирования при 
давлении 5кПа, в обогреваемой форме Т=700С (500С), 

КС+ТВИС70-Ф – режим термо-вакуум-импульсной сушки, 

состоящий из конвективного нагрева при 700С и вакуумирования при 
давлении 5кПа, без обогрева формы, 

ТВИП +ТВИС (5+5) – режим совмещения термо-вакуум-

импульсного прососа в течение 5минут с термо-вакуум-импульсным 
вакуумированием при давлении 5кПа в течение 5минут, 

ТВИП +ТВИС (5+1) – режим совмещения термо-вакуум-

импульсного прососа в течение 5минут с термо-вакуум-импульсным 
вакуумированием при давлении 5кПа в течение 1минуты, 

ТВИП 
– 
термо-вакуум-импульсный 
просос 
горячим 

теплоносителем в течение 5минут; 

ЭД – электродетонатор; 
ТНТ – тротиловая шашка. 
 
 
 
 
 

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА СУШКИ 
 
Процесс удаления жидкости из твердых или пастообразных 

материалов путем ее испарения в окружающую среду называется 
сушкой. Сушка с использованием сушильного агента (нагретого газа, 
воздуха) называется конвективной. Сушильный агент является тепло- 
и влагоносителем. Свою теплоту он отдает влажному материалу на 
испарение влаги, а испаряющаяся жидкость (пар) поступает в 
сушильный агент. 

В работах П.А. Ребиндера [1] показано, что для оценки форм 

связи влаги с материалом необходимо определение величины энергии 
связи, т.е. работы, совершаемой при отрыве 1 моль воды от вещества 
постоянного состава с данным влагосодержанием. 

По величине и энергии связи различают 4 формы связи воды с 

дисперсными системами: 

1) Химически связанная вода. 
Влага наиболее прочно удерживается в веществе и может быть 

удалена 
из 
него 
путем 
интенсивного 
теплового 
воздействия 

(прокаливания), которое обычно связано с изменением структуры 
материала. Различают ионную связь влаги с материалом и воду 
молекулярных соединений типа кристаллогидратов, причем связь 
последней значительно слабее. 

2) Адсорбционно связанная вода. 
Основное ее количество находится в виде мономолекулярного 

слоя на поверхности капилляров пористого тела. Адсорбция воды 
сопровождается 
выделением 
тепла. 
Мономолекулярный 
слой 

находится под высоким давлением, обусловленный молекулярным 
силовым полем, в результате чего плотность жидкости увеличивается. 
Адсорбционно связанная вода несколько отличается от свободной 
воды (теплоемкость ее меньше 1, она обладает свойствами упругого 
твердого тела, не способна растворять электролиты и т.д.). 

3) Капиллярно связанная вода. 
Вода, заключенная в капиллярах, является свободной водой, за 

исключением тончайшего слоя адсорбционно связанной воды у стенок 
капилляра. 

4) Осмотически связанная вода. 
Этот вид связи наиболее ярко выражен в разбавленных 

растворах. Небольшое понижение давления пара раствора указывает 
на наличие связанной воды. 

Кроме этих форм связи влаги с материалом существует 

свободная 
механически 
захваченная 
влага, 
удерживаемая 
в 

дисперсной системе. Сюда нужно также отнести воду, поглощенную 
материалом при непосредственном соприкосновении с ней. 

Влажные материалы бывают: 
1) капиллярно-пористыми 
Если жидкость связана в материале в основном капиллярными 

силами, то материал называется капиллярно-пористым (песок, 
активированный уголь, обожженная глина и т.д.). Такие вещества 
после удаления влаги часто становятся хрупкими неэластичными, 
впитывают любую смачивающую жидкость. 

2) коллоидными  
При обладании осмотической формы связи влаги с материалом 

его называют коллоидным (желатин, мучное тесто и т.д.). такие тела 
при удалении жидкости значительно изменяют свои размеры. 

3) капиллярно-пористыми коллоидными 
Капиллярно пористые коллоидные тела обладают свойствами 

коллоидных и капиллярных тел (древесина и др.). 

 

1.1. Статика процесса сушки 

 
Определить условия, при которых влажный материал может 

сохнуть или поглощать влагу из окружающей среды, а также 
установить до какой конечной влажности может высохнуть материал 
помогает построение опытным путем кривых равновесной влажности 
материала в зависимости от параметров окружающей среды воздуха, 
показанных на рис. 1. 

 

Рис. 1.  Кривые равновесной влажности в зависимости от изменения 

температуры окружающие среды, где t1< t2< t3< t4 

Если влажность материала выше гигроскопической точки А, т.е. 

он находится во влажном состоянии, когда давление водяного пара 
над поверхностью материала рм и в воздухе насыщены (рм = рн), а 
температура материала равна температуре мокрого термометра  
(θ = t м.т.). В этом случае сушка осуществляется при любых параметрах 
окружающей 
среды. 
Если 
влажность 
материала 
ниже 

гигроскопической точки А, т.е. он находится в гигроскопическом 
состоянии, то водяные пары над его поверхностью ненасыщенны  
(рм < рн), а температура материала выше температуры мокрого 
термометра, но ниже температуры окружающей среды (t м.т. < θ < t в). 
Тогда сушка зависит от параметров окружающей среды и протекает до 
равновесной влажности. При равновесной влажности температура 
материала равна температуре окружающей среды (θ = t в) или 
теплоносителя. Если влажность материала ниже равновесной, то 
сушка невозможна, и наоборот, наблюдается увлажнение материала, 
т.е. сорбция влаги из воздуха [2]. 

 

1.2. Кривая сушки 

 
Если подвергнуть материал воздействию нагретого воздуха 

(газа), то с поверхности материала влага начнет испаряться. Внутри 
материала влага будет продвигаться к поверхности испарения. Общее 
влагосодержание материала начнет уменьшаться пропорционально 
времени 
сушки. 
Графическую 
зависимость 
изменения 

влагосодержания материала во времени сушки принято называть 
кривой сушки (рис. 2). 

 

Рис. 2. Кривые убыли влаги и изменение температуры материала при 

постоянном режиме сушки: 

1 – кривая сушки, 2 – температура поверхности материала,  

3 – температура центральных слоев материала, 4 – температура 

сушки (теплоносителя) 

В начальный период сушки (кривая 1 от точки а до точки б) 

уменьшение влагосодержания идет медленно, кривая сушки на этом 
участке обращена выпуклостью вверх. В этот небольшой промежуток 
времени температура материала увеличивается (кривые 2 и 3). Этот 
период носит название периода прогрева материала. Кривая 2 
отражает температуру поверхности, а кривая 3 – температуру 
центральных слоев материала. После периода прогрева материала 
влагосодержание его начинает уменьшаться по линейному закону до 
точки В (кривая 1). 

Кривая сушки на участке бВ имеет вид прямой, уменьшение 

влагосодержания в единицу времени будет величиной постоянной. 
Температура поверхности материала в этом интервале остается 
постоянной и равна температуре мокрого термометра. Температура в 
центральных слоях материала продолжает повышаться и достигает 
температуры мокрого термометра позже (кривая 3, точка m). С этого 
периода до точки m перепад температур между температурой 
теплоносителя и температурой материала до точки В будет 
постоянным, и все тепло, которое передается от теплоносителя к 
материалу, затрачивается на испарение влаги. Этот период носит 
название периода постоянной скорости сушки. 

Начиная с точки В, прямолинейный участок кривой сушки 

переходит в криволинейный, количество отбираемой влаги в единицу 
времени уменьшается. С этого же момента начинает повышаться 
температура материала, причем температура центральных областей 
материала отстает от температуры поверхности. Внутри материала, 
так же как и в период прогрева, возникает температурный градиент, 
который уменьшается по мере приближения к равновесной влажности 
материала с теплоносителем. Материал в точке t” приобретает 
температуру теплоносителя, и кривые 2 и 3 достигают температуры 
сушки (кривая 4). Этот период носит название периода падающей 
скорости сушки. Влагосодержание материала, которое соответствует 
переходу от периода постоянной скорости сушки к периоду падающей 
скорости сушки, называется критическим Uкр [3]. 

 

1.3. Кривая скорости сушки 

 
Кривые сушки недостаточно полно характеризуют динамику 

сушильного процесса. Поэтому для более качественного анализа 
динамики процесса строят кривые скорости сушки, которые отражают 

графическую 
зависимость 
между 
скоростью 
сушки 
и 

влагосодержанием материала. Кривую скорости сушки получают 
методом графического дифференцирования кривой сушки. Для этого 
кривая сушки разбивается на ряд участков, в точках деления к ней 
проводятся касательные и вычисляется тангенс угла наклона 
касательной к кривой сушки для каждого участка. Такая кривая 
скорости сушки приведена на рис. 3. 

 

Рис. 3. Изменение скорости сушки в зависимости от времени 

 
Чаще кривые скорости сушки изображают в зависимости от 

влагосодержания материала (рис. 4). 

 

Рис. 4. Кривая скорости сушки 

 
В первую очередь из материала удаляется три вида влаги, 

связанной физико-механически: 

а) капиллярная влага в микропорах (радиус капилляров  

d > 10-5см), 

б) стыковая влага, 
в) капиллярная влага в микропорах (радиус капилляров  

d < 10-5см). 

Затем последовательно удаляют два вида физико-химической 

влаги, 
образованные 
полимолекулярной 
адсорбцией 
и 

мономолекулярной адсорбцией. 

Осмотически связанная влага, являющаяся физико-химически 

связанной влагой, но имеющая очень слабую связь с материалом, 
удаляется в начале процесса сушки вместе с капиллярной влагой, 
закрепленной в макропорах материала. 

В первом периоде сушки скорость сушки постоянная, поэтому 

на графике она имеет вид прямой. Кривая скорости сушки во  
2 периоде (рис. 4, от Uкр до Uр) может отличаться от прямой 1. По 
А.В.Лыкову [4] кривая 1 (рис. 4) относится к тонкодисперсным 
материалам. Кривая 2, обращенная выпуклостью к оси ординат, 
получается при сушке коллоидных тел, содержащих адсорбционную и 
осмотически поглощенную влагу. Кривая 3, обращенная выпуклостью 
к оси абсцисс, характерна для пористых керамических тел, 
содержащих капиллярную влагу. Эти три кривые не имеют точек 
перегиба. 

Кривые 4 и 5 имеют точки перегиба, определяющие вторую 

критическую влажность. Перегиб кривой 4 указывает на углубление 
поверхности испарения вглубь материала. Кривая 5 верхней своей 
частью характеризует испарение капиллярной влаги, в нижней части 
после точки перегиба происходит удаление адсорбционно-связанной 
влаги. Наиболее часто встречаются кривые скорости сушки 2, 3, 5. 

 

1.4. Движущие силы процесса сушки 

 
Процесс влагоудаления можно разделить на две составляющие. 

Внешний влагообмен, при котором испаряется влага с поверхности 
материала, и внутренний влагоперенос с перемещением влаги или 
пара внутри материала. Отклонение системы от состояния равновесия 
определяет движущую силу процесса. И чем больше движущая сила, 
тем больше скорость сушки. При приближении системы к состоянию 
равновесия движущая сила и скорость процесса падают, и в итоге 
становятся равны нулю при достижении равновесия системы. 

Согласно [5] движущую силу процесса сушки можно выразить в 

общем виде по уравнению 1: 

ΔП = │П' - П│, 
 
 
 
                   (1) 

П' – параметры агента сушки (давление р1, температура Т1, 

энтальпия I1, концентрация C1) на поверхности высушиваемого 
материала, 

П – параметры сушильного агента (давление р, температура Т, 

энтальпия I, концентрация C) в потоке. 

По Сажину [6] плотность потока j  перемещения пара или влаги 

может быть описана общим уравнением 2 вида: 

j = – λП · gradП = – λП · П, 
 
 
              (2) 

где λП – коэффициент пропорциональности, П – градиент потенциала 
перемещения. 

Знак «минус» указывает на то, что плотность потока пара или 

влаги направлена от большего к меньшему значению параметра, т.е. 
противоположно направлению самого градиента, который показывает 
скорость роста какого-либо параметра. 

Внешний влагообмен совпадает с первым периодом постоянной 

скорости сушки, когда влага испаряется с поверхности материала 
точно так же, как и с открытой поверхности воды. В этом случае 
влажность материала намного больше гигроскопической влажности 
(wм >>wг), давление пара жидкости над материалом равно давлению 
насыщенного пара свободной жидкости (рп = рнп), температура 
материала постоянна и равна температуре мокрого термометра  
(Тм =const, Тм =Тмокр т). В I периоде сушки, когда (wм >> wг), при 
изотермических условиях, когда (Тм=Тмокр т) сушка осуществляется по 
линейному закону 3: 

j п = – λр· Рп  
 
 
                       (3) 

за счет диффузии пара в результате разности давлений 
Рп на 

поверхности АС и давления в сушильной камере. Этот закон легко 
преобразуется в закон Фика по уравнению 4: 

j п = – λс· Сп,  
 
 
                       (4) 

где λс – коэффициент диффузии пара, а поток пара и сам 

процесс влагоудаления обеспечивается разностью концентраций пара

Сп между поверхностью высушиваемого материала и агентом 

сушки. 

При неизотермических условиях уравнение Фика несколько 

измениться и примет вид уравнения 5: 

j п = – λр· Рп – λТ· Т,  
                           (5) 

и сушка и диффузия пара будут зависеть от перепада давления 
Рп и 

температуры Т. 

Внутренний влагоперенос пара или связанной влаги появляется 

во II периоде сушки. Во втором периоде падающей скорости сушки 
наблюдается 
снижение 
влажности 
материала 
wм 
ниже 

гигроскопической wг, т.е. (wм ≤ wг), давление паров жидкости над 
поверхностью снижается, а температура материала Тм повышается и в