硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法
【專利摘要】本發明公開了一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法，采用壓片機將硝化棉制成壓片，掃描壓片得近紅外光譜數據，利用含水硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型與待測樣品的近紅外光譜數據，得出硝化棉硝化度和壓片水分含量，最后計算出硝化棉水分含量。該方法能快速、無損、準確的檢測生產過程含水硝化棉的硝化度和水分，將硝化棉生產過程精洗和混同工藝中每個樣品的等待分析時間由原來的3h～5h縮短到3min～5min，使硝化棉生產精洗和混同過程的時間縮短60%，顯著提高了生產效率。本發明用于硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測。
【專利說明】硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于火炸藥生產過程產品質量控制【技術領域】，涉及化工材料的快速無損檢測，特別是一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法。
【背景技術】
[0002]硝化棉由于易燃易爆，是制造火藥的最基本原材料；硝化棉由于有較好的力學性能、相容性和溶解性，民品上被加工成賽璐珞制品或用于制作油漆。
[0003]硝化棉是將纖維素硝化的產物。硝化棉的生產過程一般包括混酸的配制；纖維素準備(包括纖維素原材料的梳解、切碎和烘干)；安定處理(包括酸煮、堿煮、細斷和精洗)；硝化棉混同及脫水五個階段。
[0004]目前，硝化棉生產過程質量控制是在精洗和混同過程中進行的，質量控制包括:
[0005]一、均勻性檢測，在精洗和混同過程中取若干硝化棉樣品，烘干，測定硝化棉的硝化度，通過硝化度是否一直判斷精洗和混同是否均勻。
[0006]二、精洗小批硝化棉的水分和硝化度檢測，因為混同前要根據硝化棉產品硝化度的技術指標和精洗小批硝化棉的水分和硝化度進行計算，得到混同時不同精洗小批棉的加料量。
[0007]三、硝化棉產品的質量檢測，混同脫水后即得硝化棉產品，產品的質量檢驗包括硝化度、水分、醇醚溶解度、灰分等項目的檢測。
[0008]在硝化棉生產過程檢測項目中，硝化棉的硝化度和水分含量的檢測頻次最多。硝化棉的硝化度的測定方法很多，有五管氮量計法、亞鐵-氯化亞鐵法、狄瓦爾德合金還原法和干涉儀法等等。五管氮量計法和亞鐵-氯化亞鐵法由于污染環境、操作繁瑣、分析時間長(十幾個小時)等原因已淘汰，目前使用較多的是干涉儀法。水分的測定方法普遍采用烘箱法。由于這些分析方法分析時間長，因此造成在硝化棉的生產過程中，取樣分析及等待結果所占的時間很長，如精洗機工藝周轉一次的時間大約是17h，而取樣分析及等待結果的時間為IOh?12h，因此在整個生產過程中分析檢測所需勞動力最多。由此可見，復雜落后的分析方法，造成生產效率低，勞動力消耗高，另外，現有的分析方法都是先將含水的硝化棉烘干，即在不含水硝化棉的基礎上再進行分析。而干燥的硝化棉易燃易爆，所以這些分析方法的分析過程存在一定的安全風險。
[0009]為了解決上述問題，國內外的文獻也報道了硝化棉的多種硝化度的測定方法，如:色譜法、熱量法、水楊酸-亞鈦法、硫酸亞鐵法、元素儀法等，但是這些方法由于操作過程繁瑣或誤差較大等缺陷而沒有推廣。中國專利申請(申請號:201110090396X，名稱為:利用近紅外漫反射光譜在線測量硝化棉硝化度的方法)公開的近紅外光譜法測量不含水的硝化棉硝化度方法，和其它方法相比，在分析速度上有很大的提高，但其適用的對象是干燥的硝化棉，樣品分析的前處理方法依然是烘箱干燥法，耗時長。
【發明內容】
[0010]針對上述硝化棉生產過程中質量控制分析方法落后，生產效率低，勞動力消耗高的問題，本發明的目的在于，提供一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分同時快速無損檢測的方法。
[0011]為了實現上述任務，本發明通過以下技術方案來實現:
[0012]一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法，其特征在于，該方法采用電子天平、壓片機和近紅外光譜儀同時快速測定含水硝化棉硝化度和水分含量，具體的操作步驟如下:
[0013]1)待測含水硝化棉壓片制備:
[0014]取8g~1Og待測硝化棉樣品，稱量，精確到0.2mg,然后倒入壓片機中，調整壓片機壓力為2MPa，壓成直徑為5cm的壓片，將壓出的水分拭擦干凈，得到含水硝化棉壓片；
[0015]2)待測含水硝化棉壓片光譜采集:
[0016]稱量待測含水硝化棉壓片，精確到0.2mg，然后將待測含水硝化棉壓片進行近紅外漫反射光譜掃描，得到硝化棉壓片的近紅外光譜數據；
[0017]近紅外漫反射光譜掃描條件為:波長范圍6100cm-1~5500cm-1，分辨率8cm-1，掃描次數:64次；
[0018]3)待測含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量計算:
[0019]利用待測含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型與待測樣品的近紅外光譜數據，分別得出含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量；
[0020]4)待測樣品的水分含量計算:
[0021]計算待測硝化棉樣品在硝化棉壓片過程損失的水分與含水硝化棉壓片水分含量之和，即為待測硝化棉樣品的水分含量。
[0022]上述含水硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型的建立方法如下:
[0023]1)建模樣品的選擇
[0024]選擇硝化棉精洗和混同工藝中待測硝化棉樣品60~80個，要求硝化度和水分含量不同，在待測樣品硝化度和水分含量的分布范圍內均勻分布，得到建模樣品；
[0025]2 )建模樣品的光譜采集
[0026]取8g~IOg建模樣品,倒入壓片機中,調整壓片機壓力為2MPa,壓制成直徑為5cm的壓片，將壓出的水分拭擦干凈，得到建模樣品壓片；
[0027]用電子天平稱量建模樣品壓片，精確到0.2mg，然后將建模樣品壓片進行近紅外漫反射光譜掃描，得到近紅外光譜數據；
[0028]近紅外光譜掃描的條件為:波長范圍6100cm-1~5500cm-1，分辨率8cm-1，掃描次數:64次；
[0029]3)建模樣品壓片水分含量參比值測定
[0030]將采集光譜后的建模樣品壓片置于110°C ±5°C的烘箱中，烘干至恒重，稱量，精確到0.2mg，計算出建模樣品壓片中的水分含量；
[0031]4)建模樣品的硝化度參比值測定
[0032]按照WJ36-2005《硝化棉試驗方法含氮量(狄瓦爾德合金還原法)》測定建模樣品的硝化度；
[0033]5)硝化棉硝化度和水分含量的近紅外校正模型的建立
[0034]利用近紅外光譜儀的數據處理軟件，將每張建模樣品壓片的近紅外光譜數據進行一階導處理，再進行矢量歸一化處理，將得到的數據分別與對應建模樣品的硝化度和壓片水分含量采用偏最小二乘法進行多元線性回歸，得到硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外校正模型。
[0035]本發明的優點:
[0036]I)本發明硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化棉硝化度和水分的快速無損檢測方法，設備簡單，適用范圍廣，實用性強。采用電子天平、壓片機和近紅外光譜儀設備，快速測定精洗機和混同機中硝化棉的硝化度，進行精洗機和混同機硝化棉均勻性的質量控制，該方法不僅可以應用于硝化棉產品的水分含量和硝化度檢測，而且能用于火藥、推進劑等制造過程硝化棉原材料的水分含量和硝化度快速檢測。
[0037]2)本發明硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化棉硝化度和水分的快速無損檢測方法的分析時間短，每個樣品的分析時間為3min?5min。與原來硝化棉生產過程中精洗和混同工藝中每個樣品的等待分析時間3h?5h相比，使硝化棉生產精洗和混同過程的時間縮短60%，能顯著提高生產效率。
[0038]3)本發明硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化棉硝化度和水分的快速無損檢測方法，測量樣品時只需稱量、壓片、掃描光譜的簡單操作，能同時檢測出生產過程含水硝化棉的硝化度和水分，且快速、無損，準確度、精密度高。
[0039]4 )本發明突破了常規理論思維，直接將含水硝化棉的近紅外圖譜與干硝化棉硝化度的數值進行關聯，建立校正模型，并取得顯著的應用效果。
[0040]5)本發明的方法所建立的含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量近紅外光譜校正模型，不僅可以長期穩定使用，而且可以與同型號近紅外光譜儀進行模型移植。
【具體實施方式】
[0041]以下結合發明人給出的實施例對本發明作進一步的詳細說明。
[0042]本實施例給出一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法，具體按以下步驟進行:
[0043]1、建立含水硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外校正模型，該模型建立步驟如下:
[0044]I)建模樣品的選擇
[0045]選擇硝化棉精洗和混同工藝中待測硝化棉樣品60?80個，要求硝化度和水分含量不同，且其硝化度和水分含量的分布范圍最大，即能包括待測樣品的硝化度和水分含量的范圍，且在其范圍內均勻分布，得到建模樣品；
[0046]2)建模樣品的光譜米集
[0047]取8g?IOg建模樣品,倒入壓片機中,調整壓片機壓力為2MPa,壓制成直徑為5cm的壓片，將壓片時壓出來的水分，用脫脂棉拭擦干凈，得到建模樣品壓片；
[0048]用電子天平稱量建模樣品壓片，精確到0.2mg，然后將建模樣品壓片進行近紅外漫反射光譜的掃描，得到近紅外光譜數據；[0049]近紅外光譜掃描的條件為:波長范圍:6100cm 1?5500cm \分辨率:8cm S掃描次數:64次；
[0050]3)建模樣品壓片水分含量參比值測定
[0051]將采集光譜后的建模樣品壓片置于110°C ±5°C的烘箱中烘干至恒重，稱量，精確到0.2mg，計算出建模樣品壓片中的水分含量；
[0052]4)建模樣品壓片的硝化度參比值測定
[0053]按照WJ36-2005《硝化棉試驗方法含氮量(狄瓦爾德合金還原法)》的測定方法測定建模樣品的硝化度；
[0054]5)硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外校正模型的建立
[0055]利用近紅外光譜儀的數據處理軟件，將每張建模樣品壓片6100CHT1?5500CHT1范圍的近紅外光譜數據進行一階導處理，再進行矢量歸一化處理，將得到的數據分別與對應的硝化棉硝化度和樣品壓片水分含量采用偏最小二乘法進行多元線性回歸，得到硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外校正模型。
[0056]2、硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測步驟如下:
[0057]I)含水硝化棉壓片制備:
[0058]取8g?IOg待測硝化棉樣品于稱量瓶中，稱量，精確到0.2mg(如果只測量硝化度不需稱量)，然后倒入壓片機中，調整壓片機壓力為2MPa，壓成直徑為5cm的壓片，將壓片時壓出來的水分用脫脂棉拭擦干凈，得到含水硝化棉壓片；
[0059]2)含水硝化棉壓片光譜采集:
[0060]稱量硝化棉壓片，精確到0.2mg(如果只測量硝化度不需稱量)，然后立即將含水硝化棉壓片進行近紅外漫反射光譜的掃描，得到硝化棉壓片的近紅外光譜數據；
[0061]近紅外漫反射光譜掃描條件為:波長范圍AlOOcnT1?5500CHT1，分辨率AcnT1，掃描次數:64次；
[0062]3)待測樣品的硝化度和壓片的水分含量測定:
[0063]利用待測含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型與待測樣品的近紅外光譜數據，同時得出含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量；
[0064]4)待測樣品水分含量的計算:
[0065]計算待測硝化棉樣品在硝化棉壓片過程損失的水分與含水硝化棉壓片水分含量之和，即為待測硝化棉樣品中的水分含量。
[0066]上述建立的含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型可以長期使用，當檢測標準樣品結果的誤差大于允差時，需要進行模型的校正。
[0067]上述建立近紅外光譜校正模型和測試樣品時所使用的近紅外光譜儀必須是同一臺儀器或同一型號儀器。使用同一臺儀器時，所建模型測試時直接調用，使用同一型號的不同儀器時，需要進行模型移植。
[0068]上述硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法能同時得到硝化棉的硝化度和水分含量。當只需要檢測硝化棉的硝化度，而不需要水分含量時，上述測試步驟中含水硝化棉樣品不需要稱量，只需要壓片、光譜掃描操作，利用含水硝化棉硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型與待測樣品的近紅外光譜數據得出硝化棉硝化度。[0069]以下是發明人給出的具體實施例，本發明不限于該實施例。
[0070]1、建立含水硝化棉硝化度和水分含量的近紅外校正模型，該模型建立步驟如下:
[0071]1)建模樣品的選擇:選擇精洗和混同工藝中待測含水硝化棉樣品60~80個，其硝化度范圍為188.lmL/g~216.2mL/g，且其硝化度的值在該范圍均勻分布；與其對應的硝化棉壓片的水分含量范圍為5%~20%，且水分含量在該范圍均勻分布，得到含水硝化棉樣品。
[0072]2)建模樣品的光譜采集:取Sg~IOg含水硝化棉樣品于壓片機中，調整壓片機壓力為2MPa，壓制成直徑為5cm的壓片，將壓片時壓出來的水分，用脫脂棉拭擦干凈，得到含水硝化棉樣品壓片。
[0073]用電子天平稱量含水硝化棉樣品壓片，精確到0.2mg，然后立即將含水硝化棉樣品壓片進行近紅外漫反射光譜的掃描，得到含水硝化棉樣品壓片的近紅外光譜數據。
[0074]近紅外光譜儀掃描的條件為:波長范圍包括6100CHT1~5500CHT1，分辨8CHT1，掃描次數64次。
[0075]3)硝化棉樣品壓片水分含量參比值測定:
[0076]稱量瓶恒重:
[0077]將干凈的稱量瓶置于110°C ±5°C的烘箱中干燥Ih,取出稱量瓶后置于干燥器中，在室溫下冷卻30min，稱量，精確到0.2mg ;再置于110°C ±5°C烘箱干燥0.5h，取出后置于干燥器中，在室溫下冷卻30min,稱量,精確到0.2mg。若兩次稱量值的差不大于0.5mg認為恒重，若兩次稱量值的差大于0.5mg，則再烘干，稱量，反復操作，直至恒重。
[0078]裝有含水硝化棉樣品壓片的稱量瓶恒重:
[0079]將采集光譜后的含水硝化棉樣品壓片置于已恒重的稱量瓶中，于110°C ±5°C的烘箱中干燥1.5h，取出稱量瓶后置于干燥器中，在室溫下冷卻30min，稱量，精確到0.2mg ；再置于110°C ±5°C烘箱干燥0.5h，取出后置于干燥器中，在室溫下冷卻30min，稱量，精確到0.2mg。將含水硝化棉樣品壓片和稱量瓶干燥直至恒重。
[0080]含水硝化棉樣品壓片中的水分含量計算按照公式(I)計算:
[0081]
【權利要求】
1.一種硝化棉生產過程精洗和混同工藝中硝化度和水分的快速無損檢測方法，其特征在于，該方法采用電子天平、壓片機和近紅外光譜儀同時快速測定含水硝化棉硝化度和水分含量，具體操作步驟如下: 1)待測含水硝化棉壓片制備: 取8g~1Og待測硝化棉樣品，稱量，精確到0.2mg,然后倒入壓片機中，調整壓片機壓力為2MPa，壓成直徑為5cm的壓片，將壓出的水分拭擦干凈，得到含水硝化棉壓片； 2)待測含水硝化棉壓片光譜采集: 稱量待測含水硝化棉壓片，精確到0.2mg，然后將待測含水硝化棉壓片進行近紅外漫反射光譜掃描，得到硝化棉壓片的近紅外光譜數據； 近紅外漫反射光譜掃描條件為:波長范圍6lOOcm-1~5500cm-1，分辨率8cm-1，掃描次數:64次； 3)待測含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量計算: 利用待測含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型與待測樣品的近紅外光譜數據，分別得出含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量； 4)待測樣品的水分含量計算: 計算待測硝化棉樣品在硝化棉壓片過程損失的水分與含水硝化棉壓片水分含量之和，即為待測硝化棉樣品的水分含量。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述含水硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外光譜校正模型的建立方法如下: 1)建模樣品的選擇 選擇硝化棉精洗和混同工藝中待測硝化棉樣品60~80個，要求硝化度和水分含量不同，在待測樣品硝化度和水分含量的分布范圍內均勻分布，得到建模樣品； 2)建模樣品的光譜采集 取Sg~IOg建模樣品，倒入壓片機中，調整壓片機壓力為2MPa，壓制成直徑為5cm的壓片，將壓出的水分拭擦干凈，得到建模樣品壓片； 用電子天平稱量建模樣品壓片，精確到0.2mg，然后將建模樣品壓片進行近紅外漫反射光譜掃描，得到近紅外光譜數據； 近紅外光譜掃描的條件為:波長范圍6lOOcm-1~5500cm-1，分辨率8cm-1，掃描次數:64次； 3)建模樣品壓片水分含量參比值測定 將采集光譜后的建模樣品壓片置于110°C ±5°C的烘箱中，烘干至恒重，稱量，精確到.0.2mg，計算出建模樣品壓片中的水分含量； 4)建模樣品的硝化度參比值測定 按照WJ36-2005《硝化棉試驗方法含氮量(狄瓦爾德合金還原法)》測定建模樣品的硝化度； 5)硝化棉硝化度和水分含量的近紅外校正模型的建立 利用近紅外光譜儀的數據處理軟件，將每張建模樣品壓片的近紅外光譜數據進行一階導處理，再進行矢量歸一化處理，將得到的數據分別與對應建模樣品的硝化度和壓片水分含量采用偏最小二乘法進行多元線性回歸，得到硝化棉的硝化度和壓片水分含量的近紅外校正模型。
【文檔編號】G01N21/359GK103674890SQ201310656563
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月6日 優先權日:2013年12月6日
【發明者】溫曉燕, 胡嵐, 蘇鵬飛, 鄭朝民, 蔣忠亮, 梁燕軍, 劉紅妮, 陳曼, 劉志偉 申請人:西安近代化學研究所