CN109283104B - 一种rdx制备过程中结晶液中产品粒径分布在线监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RDX制备过程中结晶液中产品粒径分布在线监测方法，属于炸药工艺集成技术和在线颗粒粒径分析技术领域。该方法采用在线粒径分析仪、计算机和信号采集软件快速测定结晶液中的RDX粒径分布，体系中硝酸含量范围为40％‑60％，固含量在0‑50％，温度40‑70℃，RDX产品的粒径为8类粒径级别。本发明分析速度快，一般可在1分钟内完成结晶液中RDX产品粒径分布分析。在分析过程中，不需要从反应釜中取样，也不需要对样品进行预处理；本方法分析效率高，操作简单；不使用有毒、有害试剂，过程无污染；兼具高效、准确、低成本、过程绿色等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种在线快速测定黑索今(RDX)制备过程中结晶液中产品粒径分布的分析方法，属于炸药工艺集成技术和在线颗粒粒径分析技术领域。
背景技术
粒径分布对于RDX产品性能影响很大，如热分解特性、安全性、机械感度、冲击感度、火花感度、静电感度、燃烧性能、力学性能、药柱的线性膨胀系数等性能均有显著影响。国际RDX产品分为两类八个级别。
采用直接法制备的RDX产品一般通过离线粒径分析，确认RDX产品的粒径D50和粒径分布，如果产品粒径分布不满足使用需求，需要重新采用粒径控制技术对产品进行处理，同时增加制备过程的工序、人员和制备时间。
在线粒径分析技术包括超声波法、激光测量法、电测量法等，离线粒径分析方法包括筛分法、显微镜法、沉降法等。一般在线粒径技术多用在水泥、药物等领域，由于炸药结晶的特殊性，没有在炸药领域应用。在炸药领域，一般采用现场取样，离线分析的方法，取样过程存在危险性，样本不均匀、无法实时监测工艺，分析过程人员较多，采样、送样、分析合计3人，分析效率低。
本发明采用在线粒径监测技术建立结晶液中RDX粒径分布在线监测的分析方法，分析过程无需取样，直接扫描谱图，即可给出粒径分布曲线和D10、D50、D90值，分析过程快速无污染，无危险性，并能及时反馈给工艺。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有RDX制备过程中结晶液中产品粒径分布在线分析的问题，建立一种通过在线粒径分析技术在线测量结晶液中RDX粒径分布的方法。该方法采用在线粒径分析仪、计算机和信号采集软件快速测定结晶液中的RDX粒径分布，体系中硝酸含量范围为40％-60％，固含量在0-50％，温度40-70℃，RDX产品的粒径为8个粒径级别(即1类、2类……8类RDX)。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明的一种通过在线粒径分析技术在线测量结晶液中RDX粒径分布的方法，具体步骤如下：
步骤一、在直接法RDX制备工艺中的结晶部分通过超声波在线监测方法采集RDX的衰减信号值，保持粒径参数不变，通过离线采集方法得到粒径值和粒径分布，同时通过在线采集方法采集到RDX的衰减信号值；随意调节温度、硝酸含量和固含量，继续持续采集RDX的衰减信号值；然后变换粒径参数，重复上述步骤，最终得到粒径值和粒径分布对应的多个RDX的衰减信号值；
所述变量为RDX产品粒径、温度、硝酸含量和固含量。变量的范围分别是：
温度变化范围：40-70℃，
硝酸含量变化范围：40-60％，
RDX产品粒径变化范围：1-8类粒径级别，
RDX固含量变化范围：0-50％。
步骤二、根据步骤一采集的RDX的衰减信号值，以及离线方法采集到的粒径值和粒径分布，通过式(1)能够得出粒径值与RDX的衰减信号值之间的对应关系，根据对应关系，通过神经网络算法建立粒径和粒径分布的模型。
式中：
ΔD(f)—RDX的衰减信号值，
Cpf——投影面积浓度，
Δl——测量区域的宽度，
K(x,f)——相关衰减截面积函数，
x——粒径，
f——超声波频率，
q2(x)——被检测的颗粒或液滴的面积频率分布；
相关衰减截面积函数K(x,f)取决于超声波频率和粒径，这两个确定的因素用一个无因粒径参数σ表示为：
式中：
λ——超声波波长，
c——被检测悬浮液或乳液中的声速。
步骤三、采集验证样本，根据建立的粒径和粒径分布定量分析模型给出粒径D10、D50、D90值和粒径分布图，同时与离线方法采集到的粒径值和粒径分布进行对比分析，调整模型直至满足分析要求。
步骤四、通过探头采集待测样本的RDX的衰减信号值，输入步骤三建立的模型中，即可得出粒径D10、D50、D90值，并给出粒径分布图。
有益效果
1、本发明的一种在线快速测定黑索今(RDX)制备过程中结晶液中产品粒径分布的分析方法，分析速度快，一般可在1分钟内完成结晶液中RDX产品粒径分布分析结果。在分析过程中，不需要从反应釜中取样，也不需要对样品进行预处理；本方法分析效率高，操作简单；不使用有毒、有害试剂，过程无污染；兼具高效、准确、低成本、过程绿色等优点。
2、本发明的一种在线快速测定黑索今(RDX)制备过程中结晶液中产品粒径分布的分析方法，适用于RDX制备过程中结晶液中样品的粒径分布量的快速在线检测，不需要对反应釜中的样品进行收集，可以快速给出检测结果，直接指导生产工艺调整，与传统离线方法相比，可以节省大量的分析时间和降低收集样品时的危险性，是一种方便、快捷的分析技术。
3、本方法适用于不同型号的在线粒径分析仪。
附图说明
图1为衰减信号图；
图2为在线粒径分布图；
图3为在线粒径累计分布图；
图4为在线粒径超声波衰减图；
图5为在线粒径分布测试结果与离线粒径分布测试结果。
具体实施方式
下面结合实施例与附图对本发明做进一步说明。本实施例所用在线粒径分析仪是晶格码(青岛)智能科技有限公司生产的Pharma Vision超声颗粒粒径测量仪。
实施例1
步骤一、在直接法RDX制备工艺中的结晶部分通过超声波在线监测方法采集RDX的衰减信号值，保持粒径参数不变，通过离线采集方法得到粒径值和粒径分布，同时通过在线采集方法采集到RDX的衰减信号值；随意调节温度、硝酸含量和固含量，继续持续采集RDX的衰减信号值；然后变换粒径参数，重复上述步骤，最终得到每个粒径值和粒径分布对应的多个RDX的衰减信号值；
所述变量为RDX产品粒径、温度、硝酸含量和固含量。变量的范围分别是：
温度变化范围：40-70℃，
硝酸含量变化范围：40-60％，
RDX产品粒径变化范围：1-8类粒径级别，即1类、2类……8类RDX，
RDX固含量变化范围：0-50％。
表1固含量为30％时测试的RDX衰减信号
对于固含量为10％、20％、40％、50％的实验按照表1进行设计，采集RDX的衰减信号。
在该过程中充分考虑固含量、硝酸含量、温度、粒径和粒径分布等因素对于衰减信号采集的影响。
同时采集上述样本的离线粒径分布和粒径的D10、D50和D90值。
步骤二、根据步骤一采集的RDX的衰减信号值，以及离线方法采集到的粒径值和粒径分布，通过式(1)能够得出粒径值与RDX的衰减信号值之间的对应关系，根据对应关系，通过神经网络算法建立粒径和粒径分布的模型。
式中：
ΔD(f)—RDX的衰减信号值，
Cpf——投影面积浓度，
Δl——测量区域的宽度，
K(x,f)——相关衰减截面积函数，
x——粒径，
f——超声波频率，
q2(x)——被检测的颗粒或液滴的面积频率分布；
相关衰减截面积函数K(x,f)取决于超声波频率和粒径，这两个确定的因素用一个无因粒径参数σ表示为：
式中：
λ——超声波波长，
c——被检测悬浮液或乳液中的声速。
步骤三、采集验证样本，根据建立的粒径和粒径分布定量分析模型给出粒径D10、D50、D90值和粒径分布图，同时与离线方法采集到的粒径值和粒径分布进行对比分析，调整模型拟合的程度，直至满足分析要求。
步骤四、通过探头采集待测样本的RDX的衰减信号值，输入步骤三建立的模型中，即可得出粒径D10、D50、D90值，并给出粒径分布图。
实施例2
在直接法制备RDX的过程中，有硝化、成熟、氧化结晶、过滤、干燥、包装等工序，其中氧化结晶机根据需求可以设置1-4台，在线粒径监测仪器可以设置在第二个结晶工序，通过在线监测粒径和粒径分布的变化，可以反馈工艺，调整工艺参数，制备满足需求的RDX产品。
根据建立的在线粒径监测模型，采用探头采集结晶过程中RDX的衰减信号，通过模型给出粒径分布和D10、D50、D90的值，并同时在结晶液中现场取样进行离线分析，两者测试结果进行对比，参见表2。
表2给出了在线粒径分布测试结果与离线粒径测试结果的对比和误差。
表2在线粒径分布分析结果与离线粒径分析结果
样本1为在线粒径监测模型建好后进行的在线粒径监测结果，样本2为20天后进行的在线粒径监测结果，样本3为120天后进行的在线粒径监测结果，样本4为124天后进行的在线粒径监测结果。
从上述可以看出，专利建立的在线粒径监测模型分析误差小，其中D50的分析误差小于3.5％，D90的分析误差小于2.1％，D10的分析误差较大，小于8.5％，满足在线粒径监测的需求。从不同时间段采集样本误差分析看，该模型稳定性好，方法准确。通过该方法监测RDX制备过程中粒径和粒径分布，避免现场取样，具有本质安全性，在线粒径检测方法可以实时反馈检测信息，当粒径或者粒径分布存在问题时，可以通过调整工艺参数进行调节，例如调整结晶液体系过饱和度、结晶液温度、结晶速度、搅拌速度等因素，使RDX产品的粒度满足需求。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术特征作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明的技术方案的范围内。
Claims (1)
1.一种通过在线粒径分析技术在线测量结晶液中RDX粒径分布的方法，其特征在于：具体步骤如下：
步骤一、在直接法RDX制备工艺中的结晶部分通过超声波在线监测方法采集RDX的衰减信号值，保持粒径参数不变，通过离线采集方法得到粒径值和粒径分布，同时通过在线采集方法采集到RDX的衰减信号值；随意调节温度、硝酸含量和固含量，继续持续采集RDX的衰减信号值；然后变换粒径参数，重复上述步骤，最终得到每个粒径值和粒径分布对应的多个RDX的衰减信号值；
温度变化范围：40-70℃，
硝酸含量变化范围：40-60％，
RDX产品粒径变化范围：1-8类粒径级别，
RDX固含量变化范围：0-50％；
步骤二、根据步骤一采集的RDX的衰减信号值，以及离线方法采集到的粒径值和粒径分布，通过式(1)能够得出粒径值与RDX的衰减信号值之间的对应关系，根据对应关系，通过神经网络算法建立粒径和粒径分布的模型；
式中：
ΔD(f)—RDX的衰减信号值；
Cpf——投影面积浓度；
Δl——测量区域的宽度；
K(x,f)——相关衰减截面积函数；
x——粒径；
f——超声波频率；
q2(x)——被检测的颗粒或液滴的面积频率分布；
相关衰减截面积函数K(x,f)取决于超声波频率和粒径，这两个确定的因素用一个无因粒径参数σ表示为：
式中：
λ——超声波波长；
c——被检测悬浮液或乳液中的声速；
步骤三、采集验证样本，根据步骤二建立的粒径和粒径分布模型给出粒径D10、D50、D90值和粒径分布图，同时与离线方法采集到的粒径值和粒径分布进行对比分析，调整模型直至满足分析要求；
步骤四、通过探头采集待测样本的RDX的衰减信号值，输入步骤三建立的粒径和粒径分布模型中，即可得出粒径D10、D50、D90值，并给出粒径分布图。
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