DE2332938C3 - Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat definierter Kornform und Korngröße - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat definierter Kornform und Korngröße, durch Umsetzen von Perchlorsäure mit Ammoniak.

Aus der DT-OS 2 IW) 837 ist ein Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat bekannt, bei dem NH₁ und HCLO₄ wasserfrei zur Umsetzung gebracht werden. Im einzelnen ist das Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man eine Mischung aus einem Inertgas und Ammoniakdimpf mit etwa 1 bis K) Volumen% gasformigem Ammoniak bildet, hiermit praktisch reinen wasserfreien Perchlorsäuredampf unter Bildung feinteiligcn, im Gasgemisch suspendierten Ammoniumperchlorats vermischt und die Ammoniumperchloratteilchen aus dem Gasgemisch gewinnt.

Für die Herstellung von Composit-Raketentreibstoffen nachdem Gießverfahren ist es notwendig, die Kornverteilung des Ammoniumperchlorats äußerst genau einzustellen. Darüber hinaus hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Ammoniumperchloratpartikcl eine runde oder zumindest gerundete Form haben.

Um bei dem - zur Erzielung des gewünschten hohen spezifischen Impulses - notwendigen hohen Füllungsgrad des Binders noch die für das Gießverfahren erforderliche Gießfähigkeit zu erreichen, ist es bei gemahlenem Ammoniumperchlorat notwendig, Abmischungen von feinen und groben Kornfraktionen zu verwenden, wobei das Korngrößenverhältnis im allgemeinen zwischen 1:3 und 1:7 liegt.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, daß dann die Chargengleichmäßigkeit der Rukelenfcsttreibstoffe ungleich schlechter ist, als wliiii ein einheitlicher Ammoniumperchlorattyp mit einem engen Kornband eingesetzt werden kann. Dazu ist aber zur Erreichung einer gießbaren Mischung rundes Ammoniumperchlorat erforderlich, wenn nicht Leistungseinbußen in

notwendigerweise höheren Bindergehaltes.

Bei Composit- oder doppelRasigen Treibstoffen dagegen liegen die Verhältnisse anders. Da es in diesem Fall nur darum gehl, die Leistungeines doppelbasigen Treibstoffs durch Zugabe von Ammoniumperchlorat - im folgenden APC' genannt - und gegebenenfalls auch von Aleminiumpulver zu steigern, ist im allgemeinen nur ein im Vergleich zu Compositireibstoffen (bei denen der Binder keinen oder nur einen geringen Anteil von gebundenem disponiblen Sauerstoff enthält, niedrigerer Ammoniumperchloratgehalt erforderlich.

Dabei ist aber zur Erzielung der gewünschten Eigenschaften eine äußerst feine Ammoniumperchlo-

•5 ratkörnung erwünscht.

Zur Herstellung von APC mit rundem oder gerundetem Korn, wie es für Gieß-Komposits benötigt wird, sind bereits zwei grundsätzlich verschiedene Verfahren bekannt.

Beide gehen von kristallinem APC aus, das durch geeignete Maßnahmen gerundet wird. Dazu werden die APC-Kristalle entweder mechanisch gerundet (durch Trommeln oder Schleifen) oder sie werden aufgelöst und aus der Lösung als rundes Korn erneut

^a5 gefällt.

Dies kann sowohl durch Kristallisieren des APC aus der Lösung in zusammenhängender Phas;e geschehen (wobei durch geeignete Maßnahmen wie Steuerung der Abkühlungsgeschwindigkeit und Verwendung besonderer Rührsysteme uie Ausfällung von runden Partikeln erreicht wird), oder aber, die konzentrierte Lösung wird in Tropfen definierter Größe zerlegt (z. B. durch Sprühen), welche dann in einem geeigneten Lösungsmittel oder in einem erwärmten Luftstrom getrocknet werden. Nachteilig wirkt sich dabei aus, daß der Einschluß von Mutterlaugen nicht verhindert werden kann, da die Austrocknung der APC-Lösungströpfchen von außen her erfolgt, wobei naturgemäß üic Kristallisation schon zu eineirj relativ frühen Zeitpunkt zur Fixierung der Größe des Parlikels führt, bevor es vollständig durchgetrocknet ist.

Selbst wenn durch intensives Trocknen versucht

würde, den Gehalt an Mutterlauge zu vermindern und dabei das Zerplatzen der Partikel verhindert werden könnte, las.'.en sich Gefügestörungen im Korn bei dieser Arbeitsweise kaum vermeiden.

Das zur Herstellung von gegossenen Composit- oder doppelbasigen Treibstoffer, erforderliche APC geringer Korngröße wir;! cm allgemeinen durch MaIi-'ung gewonnen, weil in diesem Fall die Korngröße und nicht so sehr die Kornform fur das Herstellungsverfahren und die Eigenschaften des Treibstoffs maßgebend sind.

Dazu eignen sich besonders Luftstrahlmühlen, mit denen sich Korngrößen des APC herab bis ca. 3 /im noch mit einem einigermaßen vertretbaren Aufwand herstellen lassen.

Die Grenzen der Luftstrahlmahlung liegen heute für APC bei Korngrößen von ca. 0.1 μηι, wobei der dazu notwendige Aufwand jedoch unverhältnismäßig groß wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren bereitzustellen, das es geMutu-i, Koniform und kiirngröße in so weilen Grenzen /11 beeinflussen, daß sieh sowohl runde AmmoiiiumpeivhloMtkristalle in den für Coinposittreibstoffe erforderlichen Durchmessern

rat-Parlikel von weniger als 1 um Durchmesser ohne Schwierigkeiten herstellen lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäi.' dadurch gelöst, daß eine wäßrige Perchloisaurelosung in eine ammoniakhaltige Atmosphäre gesprüht wird, wobei 5 die Kornform der gebildeten Ammoniumperchlorat-Partikel durch die Strömungsverhältnis:,e in i-iner Sprühkammer, die Korngröße der Ammoniumperchlorat-Partikel durch die Große der vorgegebenen Tropfdien der Perchlorsaurelosungbest'mmt werden

Die Sprühtropfen, deren Große durch Auswahl des Sprühverfahrens, der Sprühdose und des Spruhdrucks sich sehr genau einstellen läßt, reagieren mit dem gasförmigen Ammoniak und werden dabei durch die Reaktionswärme getrocknet, was durch folgende Glei- ¹S chung zum Ausdruck gebracht wird:

HCLO. + 3 H₁O₁₁ -r NH₁ - NH.

CLO₄ + H_:O_dampl!„_miIl;
(Verdünnungswasser)

Die Reaktionswärme dient also zur Verdampfung *° des Verdünnungs- und Reaktionswassers und damit zur Trocknung des APC.

Die Neutralisation der Perchlorsauretroplchen erfolgt spontan, so (!·>(.( die gebildeten APC-Partikel bei geeigneter Reaktionsanordnung während des freien Fluges getrocknet werden und deshalb bei 'er Abscheidung nicht mehr zum Zusammenbacke!, neigen.

Im folgenden wird die Erfindung durch Jie Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Verwendungeiner vorteilhaften Vorrichtung an Hano der Zeichnung näher erläutert:

Wie in der Zeichnung im Querschnitt dargestellt, wird in einem Spruhturm 1 durch eine Düse 2 die wäßrige Perchiorsäurelosungeingespritzl, wobei die Tropfengröße durch Auswahl der Betriebsbedingungen so eingestellt wird, daß tue gewünschte Korngröße entsteht. Vorzugsweise müssen die Tropfen etwa doppelt so groß sein wie der gewünschte Durchmesser der APC-Kristalle.

In den Spruhturm wird ebenfalls am Kopfende Ammoniak durch Einlaßöffnungen 3 eingeblasen: dabei wird die Menge so eingestellt, daß im gesamten Sprühturm stets ein geringer Ammoniaküberschuß herrscht. Es hat sich nämlich gezeigt, daß durch Anwendung eines Ammoniaküberschusses die Neigung des APC zum Zusammenbacken wesentlich vermindert wird. Um rMe Reaktion des Ammoniaks mit der Perchlorsäure unmittelbar an der Düse zu vermeiden (was /um Vl-ikleben der Düse fuhren konnte,), hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Düse 2 durch einen konzentrisch angeordneten Luftspalt 4 mit Lull gespult wird, weiche vorgewärmt sein kann.

Das gebildete APC fällt mit dem Spülgasstrom >n der Ammoniakatmosphäre im Spruhturm nach unten und kann an der hntnahmeoffnung S entnommen werden. Ein Teil des APC wird mit dem tjebildelen Wasserdampf in den Zyklon 6 mitgerissen Lind dort oder in dem nachgeschalleten Feinstfilter 7 abge schieden.

Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit des Verfahrens empfiehlt es sich, aus dem Gasgemisch, welches neben Luft und Wasserdampf zwangsläufig geringe Mengen Ammoniak enthalt, in einem Kuhler 8 den Wasserdampf zu kondensieren und das bei 9 austretende Ammoniak-Luft-Gemisch in den Sprühturm 1 zurückzuführen, um eine weitgehend quantitative Ausnützung des Ammoniaks zu erreichen.

Folgende Parameter können bei diesem Verfahren variiert werden:

1. Tropfengröße der Perchiorsaurelosung durch Einstellen der folgenden Betriebsbedingungen:

a} Sprühdruck
b; Duseiikonfiguration

c) Spruhverfahren (Sprühen mit oder ohne Lufizerstäubung)

2. Durchsatz L«n Perchlorsaurelosung

3. Konzentration der Perchlorsaureiosung

4. Menge des zugegebenen Ammoniaks

5. Menge der zugegebenen Luft

(■>. Art der Zugabe des Ammoniaks

7. Strömungsführung im Sprühturm

Eis hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der Spruhturm und der Zyklon von außen soweit geheizt werden, daß die Kondensation des gebildeten Wasserdampfs an den Gefäßwänden mit Sicherheit vermieden wird.

Dadurch, daß die Perchlorsäure wahrend des freien Falls aus der Gasphase neutralisiert wird, bilden sich nahezu runde Kristalle aus. die vollständig durchreagiert sind, da die Affinität des Ammoniaks zu der Perchlorsäure außergewöhnlich groß ist.

Dadurch, daß das Wasser nicht durch von außen zugeführte Wärme, sondern durch die im Tropfen bzw. im Kristall entstehende Reaktionswarme verdampft wird, entstehen APC-Partikel, die absolut frei von Mutterlauge und Lunkern sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !. Verfahren zur Herstellung von Ammoniumperchlorat definierter Kornform und Korngröße durch Umsetzen von Perchlorsäure mit Ammoniak, dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige Perchlorsäurelösung in eine ammoniakhaltige Atmosphäre gesprüht wird, wobei die Kornform der gebildeten Ammoniumperchlorat-Partikel durch die Strömungsverhältnisse in einer Sprühkammer, die Korngröße eier Ammoniumperchlorat-Partikel durch die Größe der vorgegebenen Tröpfchen der Perchlorsäurelösung bestimmt werden.
2. 2. Verfahren nach Ansprjch 1, dadur:h gekennzeichnet, daß die eingesprühten Perchlorsäurelösung-Tropfen einen etwa doppelt so großen Durchmesser aufweisen wie der gewünschte Durchmesser der Ammoniumperchlorat-Kristalle.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Sprühkammer stets ein geringer Ammoniaküberschuß herrscht.