本论文立足于工业上现有的AP生产工艺技术及生产设备,主要通过实验研究AP的粒度调控技术。通过实验探究结晶浓度、降温速率、搅拌速率、NaCl添加及养晶时间对AP结晶过程的影响,进而分别确定主要粒度目数为40~60目、60~80目、80~100目、100~140目、140~200目的五类常规颗粒度AP产品的最佳制备工艺条件;其次在得到五类常规颗粒度AP产品的基础之上,研究采取快速降温、加强搅拌以及缩小降温区间等方式制备细小颗粒度AP。
2 高氯酸铵的制备工艺及粒径调配工艺研究
2.1 高氯酸铵的制备工艺
2.1.1 高氯酸钠-氯化铵复分解
工业上采用高氯酸钠与氯化铵复分解反应制得高氯酸铵
NaClO4+NH4Cl NH4ClO4+NaCl
高氯酸铵的溶解度低于高氯酸钠,也低于NaCl,与NH4Cl复分解反应后可分离出高质量的AP。
由于有些用户对产品质量要求非常严格,不能混有杂志,原料NaClO4若直接用电解完成液,必须用BaCl2和Na2CO3处理,除去其中的添加剂和重金属,调节到56%左右再送至复分解反应器。
原料NH4Cl则是往反应器内分别加入35%HCl和NH3气,反应分两步,开始加氨量少些,第二步继续加氨反应。由于NH4Cl生成反应产生中和热,可用结晶后的冷母液来调节反应温度在70-80℃,这样就能不使AP结晶出来。反应液pH值在第一步反应时调节HCl加入量控制,第二步反应时用调节氨通入量来控制。
复分解反应后的母液含有31%AP,16%NaCl,再一次加氨可得近40%AP,送去结晶和重结晶。母液回收NaCl后回复分解反应器循环使用。为控制AP结晶大小和质量,在连续结晶器内以调节循环液体速度、温度和晶体层高度来控制;对间歇生产结晶流程则以改变冷却速度来调节。
产品晶体外形以圆整形状为好,这样的产品适用于火箭燃料。为防结块,结晶时加些芳氨基乙醇的三磺酸酯来改变晶体性质。成品AP一般干燥至水分0.02%以下,有时产品不经干燥,直接提供给用户含水5%的产品,减少加工费用。