Как сделать порох из хлопка
Обновлено: 04.07.2024
Речь пойдет не о тех людях, судьба которых оказалась связанной с применением огнестрельного оружия, а о тех, кто создавал порох и искал новые области его применения.
Древнейшее изобретение
Первое упоминание о рецепте приготовления горючей смеси из селитры, серы и угля (полученного из бамбуковых опилок) встречается в древнем китайском трактате I в. н. э., в то время порох применяли для изготовления фейерверков. Широкое использование черного пороха как боевого взрывчатого вещества началось в Европе в конце XIII в. Горючие компоненты пороха уголь и сера были вполне доступны. Однако селитра являлась дефицитным продуктом, поскольку единственным источником нитрата калия KNO3 служила так называемая калиевая или индийская селитра. В Европе природных источников калиевой селитры не было, ее привозили из Индии и использовали только для производства пороха. Поскольку пороха с каждым столетием требовалось все больше, а привозной селитры, к тому же очень дорогой, не хватало, был найден другой ее источник – гуано (от исп. guano). Это разложившиеся естественным образом остатки помета птиц и летучих мышей, представляющие собой смесь кальциевых, натриевых и аммонийных солей фосфорной, азотной и некоторых органических кислот. Основная сложность в производстве пороха из такого сырья состояла в том, что гуано содержит не калиевую, а преимущественно натриевую селитру NaNO3. Ее нельзя использовать для изготовления пороха, поскольку она притягивает влагу, и такой порох быстро отсыревает. Для того чтобы превратить натриевую селитру в калиевую, использовали простую реакцию:
Каждое из этих соединений растворимо в воде и не выпадает из реакционной смеси в осадок, поэтому полученный водный раствор содержит все четыре соединения. Тем не менее провести разделение возможно, если использовать различную растворимость соединений при повышении температуры. Растворимость NaCl в воде невелика и к тому же очень мало меняется с температурой, а растворимость KNO3 в кипящей воде почти в 20 раз выше, чем в холодной. Поэтому смешивают насыщенные горячие водные растворы NaNO3 и KCl, а затем смесь охлаждают, выпавший кристаллический осадок содержит достаточно чистый KNO3.
Потребность в гуано достигла такого размаха, что в начале XX в. его экспорт составлял миллионы тонн, все разведанные запасы стали быстро истощаться. Возникла проблема, подобные которой химия всегда умела решать, был создан принципиально иной порох, для его изготовления селитра вообще не требовалась.
Все начиналось с полимеров
Человечество очень давно научилось использовать природные полимеры (хлопок, шерсть, шелк, шкуры животных). Формы получаемых изделий – волокна для изготовления тканей или пласты кожи – зависят от исходного материала. Чтобы изменить форму принципиально, необходимо было каким-либо способом химически модифицировать исходный материал. Именно целлюлоза открыла путь к подобным превращениям, что в конечном итоге привело к созданию химии полимеров. Из целлюлозы состоит хлопковая вата, древесина, льняные нити, пеньковые волокна и, естественно, бумага, которую изготавливают из древесины.
Полимерная цепь целлюлозы собрана из циклов, соединенных кислородными перемычками, внешне это напоминает бусы (рис. 2).
Рис. 2.
Полимерная цепь целлюлозы
Поскольку в составе целлюлозы находится много гидроксильных НО-групп, именно их стали подвергать различным превращениям. Одна из первых удачных реакций – нитрование, т.е. введение нитрогрупп NO2 действием на целлюлозу азотной кислоты HNO3 (рис. 3).
Рис. 3.
Нитрование целлюлозы
Чтобы связать выделяющуюся воду и тем самым ускорить процесс, в реакционную смесь добавляют концентрированную серную кислоту. Если хлопковую вату обработать указанной смесью, а затем отмыть от следов кислот и высушить, то внешне она будет выглядеть точно так же, как исходная, но в отличие от натурального хлопка такая вата легко растворяется в органических растворителях, например в эфире. Это свойство было сразу же использовано, из нитроцеллюлозы стали изготавливать лаки – они образуют великолепную блестящую поверхность, легко поддающуюся полировке (нитролаки). Долгое время нитролаки применяли для покрытия кузовов автомобилей, сейчас их сменили акриловые лаки. Кстати, лак для ногтей тоже делают из нитроцеллюлозы.
Не менее интересно, что из нитроцеллюлозы была изготовлена первая в истории полимерной химии пластмасса. В 1870-е гг. на основе нитроцеллюлозы, смешанной с пластификатором камфорой, был впервые создан термопластик. Такому пластику придавали определенную форму при повышенной температуре и под давлением, а когда вещество остывало, заданная форма сохранялась. Пластик получил название целлулоид, из него стали делать первые фото- и кинопленки, бильярдные шары (заменив тем самым дорогую слоновую кость), а также различные бытовые предметы (расчески, игрушки, оправы для зеркал, очков и др.). Недостатком целлулоида было то, что он легко воспламенялся и очень быстро сгорал, причем остановить горение было почти невозможно. Поэтому целлулоид был постепенно вытеснен другими, менее пожароопасными полимерами. По этой же причине довольно быстро отказались от искусственного шелка из нитроцеллюлозы.
Существуют изделия, где целлулоид применяют до сих пор, он оказался незаменим при изготовлении шариков для настольного тенниса; по мнению гитаристов, наилучший звук дают медиаторы (плектры) из целлулоида. Иллюзионисты используют небольшие палочки из этого материала, чтобы продемонстрировать яркое, быстро исчезающее пламя.
Огонь без дыма
Рис. 4.
Горение нитроцеллюлозы
Изготовить порох на основе этого горючего материала удалось в 1884 г. французскому инженеру П.Вьелю. Необходимо было создать композицию, легко перерабатываемую, кроме того, требовалось, чтобы она была устойчива при хранении и безопасна в обращении. Растворив нитроцеллюлозу в смеси спирта и эфира, Вьель получил вязкую массу, которая после измельчения и последующего высушивания дала прекрасный порох. По мощности он намного превосходил черный порох, а при горении не давал дыма, поэтому его назвали бездымным. Последнее свойство оказалось очень важным для ведения боевых действий. При использовании бездымного пороха поля сражений не окутывались клубами дыма, что позволяло артиллерии вести прицельный огонь. Отсутствовало также предательское облачко дыма после выстрела, которое прежде выдавало противнику местоположение стрелка. В конце XIX в. все развитые страны начали производить бездымный порох.
Легенды и реальность
Каждый химический продукт проходит сложный путь от лабораторных опытов до промышленного производства. Требовалось создавать различные сорта пороха, одни – пригодные для артиллерии, другие – для винтовочной стрельбы, порох должен быть стабильным по качеству, устойчивым при хранении, а его производство безопасным. Поэтому появилось сразу несколько способов производства пороха.
Д.И.Менделеев
(1834–1907)
В организации порохового производства в России заметную роль сыграл Д.И.Менделеев. В 1890 г. он совершил поездку по Германии и Англии, где знакомился с производством пороха. Существует даже легенда, что до этой поездки Менделеев определил состав бездымного пороха, воспользовавшись сведениями о количестве того сырья, которое еженедельно завозили на завод по производству пороха. Можно полагать, что для химика столь высокого класса не составляло никакого труда на основе полученных сведений понять общую схему процесса.
Вернувшись из поездки в Петербург, он начал детально изучать нитрование целлюлозы. До Менделеева многие полагали, что чем сильнее нитрована целлюлоза, тем выше ее взрывчатая сила. Менделеев доказал, что это не так. Оказалось, существует оптимальная степень нитрования, при которой часть углерода, содержащегося в порохе, окисляется не в углекислый СО2, а в угарный газ СО. В результате на единицу массы пороха образуется наибольший объем газа, т.е. порох обладает максимальным газообразованием.
В процессе производства нитроцеллюлозы ее тщательно отмывают водой от следов серной и азотной кислот, после чего высушивают от следов влаги. Ранее это делали с помощью потока теплого воздуха. Такой процесс высушивания был малоэффективен и к тому же взрывоопасен. Менделеев предложил высушивать влажную массу, промывая ее спиртом, в котором нитроцеллюлоза нерастворима. Вода при этом надежно удалялась. Этот метод впоследствии был принят во всем мире и стал классическим технологическим приемом при изготовлении бездымного пороха.
Вице-адмирал
С.О.Макаров
(1849–1904)
В итоге Менделееву удалось создать химически однородный и совершенно безопасный в обращении бездымный порох. Свой порох он назвал пироколлодием – огненным клеем. В 1893 г. были проведены испытания нового пороха при стрельбе из дальнобойных морских орудий, и Менделеев получил поздравительную телеграмму от известного океанографа и замечательного флотоводца вице-адмирала С.О.Макарова.
К сожалению, производство пироколлодийного пороха, несмотря на его явные преимущества, не наладилось в России. Причиной этого было преклонение руководящих чиновников Артиллерийского управления перед всем иностранным и соответственно недоверие к российским разработкам. В результате на Охтинском заводе все производство пороха шло под контролем приглашенного французского специалиста Мессена. Он не считался даже с мнением Менделеева, заметившего недостатки производства, и вел дело строго по своим инструкциям. Зато пироколлодийный порох Менделеева был принят на вооружение в американской армии и производился в огромных количествах на заводах США в период первой мировой войны. Причем американцы умудрились даже взять патент на производство пироколлодийного пороха спустя пять лет после того, как он был создан Менделеевым, но этот факт никак не взволновал российское военное ведомство, свято верившее в преимущества французского пороха.
К началу ХХ в. во всем мире было налажено производство нескольких видов бездымного пороха. Самыми распространенными среди них были пироколлодийный порох Менделеева, кроме того, близкий к нему по составу, но имеющий иную технологию и более короткие сроки хранения пироксилиновый порох Вьеля (о нем было рассказано ранее), а также пороховая смесь, названная кордитом. С производством кордита связана одна необычная история, о которой речь пойдет далее.
Химик-президент
Х.Вейцман
(1874–1952)
Работая на химическом факультете Манчестерского университета, он опубликовал статью, где описал ферментативное расщепление углеводов. При этом получалась смесь ацетона, этанола и бутанола. Британское военное ведомство пригласило к себе Вейцмана, чтобы выяснить, можно ли с помощью открытого им процесса организовать производство ацетона в количестве, необходимом для военной отрасли промышленности. По мнению Вейцмана, такое производство можно было создать, если решить небольшие технические проблемы. Для отделения ацетона вполне применима простая перегонка благодаря заметной разнице в температурах кипения присутствующих соединений. Однако при организации производства возникла совсем иная сложность. Источником углеводов в процессе Вейцмана было зерно, но собственное производство зерна в Англии полностью потреблялось пищевой отраслью промышленности. Дополнительное зерно приходилось ввозить из США морским путем, в итоге немецкие подводные лодки, угрожавшие импорту ацетона, точно так же угрожали импорту зерна. Казалось, что круг замкнулся, но все же выход из этой ситуации был найден. Хорошим источником углеводов оказались конские каштаны, не имевшие, кстати, никакой пищевой ценности. В результате в Англии была организована массовая кампания по сбору конских каштанов, в ней участвовали все школьники страны.
Ллойд Джордж, бывший премьер-министром Великобритании во времена первой мировой войны, выражая свою признательность Вейцману за его усилия по укреплению военной мощи страны, представил его министру иностранных дел Дэвиду Балфору. Балфор спросил Вейцмана, какую награду он хотел бы получить. Желание Вейцмана оказалось совершенно неожиданным, он предложил создать еврейское государство на территории Палестины – исторической родине евреев, находившейся к тому моменту в течение уже многих лет под контролем Англии. В результате в 1917 г. появилась вошедшая в историю декларация Балфора, в которой Англия выступила с предложением выделить территорию для будущего еврейского государства.
Эта декларация сыграла свою роль, но не сразу, а лишь спустя 31 год. Когда весь мир узнал о зверствах фашистов во время второй мировой войны, необходимость создания такого государства стала очевидной. В итоге в 1948 г. было создано государство Израиль. Хаим Вейцман стал его первым президентом, как человек, впервые предложивший мировому сообществу эту идею. Научно-исследовательский институт в израильском г. Реховоте носит теперь его имя. А начиналось все с производства бездымного пороха.
Долгое время использование пороха в военном деле ограничивалось двумя задачами: первая – привести в движение пулю или снаряд, находящийся в стволе орудия, вторая – боевой заряд, расположенный в головке снаряда, должен был взрываться при попадании в цель и производить разрушительное действие. Бездымный порох позволил возродить на новом уровне еще одну, забытую возможность пороха, для которой, собственно говоря, он и был создан в Древнем Китае – запуск фейерверков. Постепенно военная промышленность пришла к мысли использовать бездымный порох как топливо, позволяющее двигать ракету за счет реактивной тяги, образующейся при выбросе газов из сопла ракеты. Первые такие опыты проводились еще в первой половине XIX в., а появление бездымного пороха вывело эти работы на новый уровень – возникла ракетная техника. Вначале создавали твердотопливные ракеты на основе пороховых зарядов, вскоре появились ракеты на жидком топливе – смеси углеводородов с окислителями.
Состав пороха к этому моменту был несколько изменен: в России взамен легколетучих растворителей стали использовать добавку тротила. Новый пироксилино-тротиловый порох (ПТП) горел абсолютно без дыма, с огромным газообразованием и вполне стабильно. Его стали применять в виде прессованных шашек, несколько напоминающих хоккейную шайбу. Интересно, что первые такие шашки были изготовлены на тех самых прессах, которыми пользовался Менделеев во времена своего увлечения пороховым делом.
Одно из первых необычных применений твердотопливных ракет на основе ПТП было предложено в 1930-е гг. – использовать их в качестве ускорителей самолетов. На земле это позволяло резко сократить длину стартового пробега самолетов, а в воздухе обеспечивало кратковременное резкое приращение скорости полета, когда было необходимо догнать противника или уклониться от встречи с ним. Можно себе представить ощущения первых испытателей, когда сбоку от кабины пилота извергался факел бешеного огня.
Отечественное ракетостроение в 1930-е гг. возглавили выдающиеся деятели в области ракетной техники – И.Т.Клейменов, В.П.Глушко, Г.Э.Лангемак и С.П.Королев (будущий создатель космических ракет), работавшие в специально созданном Реактивном научно-исследовательском институте (РНИИ).
США поставила в СССР с 1942 по 1945 года 50% пороха от произведенного в СССР.
В СССР производился хлопок, необходимый для производства пороха в Узбекистане, Казахстане.
В США хлопок производился в Техасе.
Гитлеровская Германия пороха использовала не менее, чем СССР.
Вопрос.
Кто поставлял Германии порох, или хлопок?
Corban Dallas
Corban
> В СССР производился хлопок, необходимый для производства пороха в Узбекистане, Казахстане.
> В США хлопок производился в Техасе.
> Гитлеровская Германия пороха использовала не менее, чем СССР.
> Вопрос.
> Кто поставлял Германии порох, или хлопок?
quoted1
Много леса в Германии?
Почему СССР не использовал древесину (ведь сам бог велел)? Дешевле было выробатать из леса, нежели везти из США и охрангять караваны.
Corban Dallas
Corban
>
> Много леса в Германии?
> Почему СССР не использовал древесину (ведь сам бог велел)? Дешевле было выробатать из леса, нежели везти из США и охрангять караваны.
quoted1
Сам вспомни ,как после войны из Германии станки в СССР вывозили , я к чему это , к тому , что не было технологической базы просто делать порох
Тролль
trol123
> США поставила в СССР с 1942 по 1945 года 50% пороха от произведенного в СССР.
> В СССР производился хлопок, необходимый для производства пороха в Узбекистане, Казахстане.
> В США хлопок производился в Техасе.
> Гитлеровская Германия пороха использовала не менее, чем СССР.
> Вопрос.
> Кто поставлял Германии порох, или хлопок?
quoted1
Во время войны было много непонятных вещей. Лично мое мнение, что руководства всех стран, в этой афере, было в сговоре.. Верней не само руководство, а те, кто над ними стоял - мировые капиталодержатели .
Corban Dallas
Corban
> Во время войны было много непонятных вещей. Лично мое мнение, что руководства всех стран, в этой афере, было в сговоре.. Верней не само руководство, а те, кто над ними стоял - мировые капиталодержатели .
quoted1
kroser8
kroser8
Германия поимела Британию в Африке. Там разве нет хлопка?
От пользователя Telemine: хлопок не в \"Африке\", а конкретно в Египте.
> Почему СССР не использовал древесину (ведь сам бог велел)? Дешевле было выробатать из леса, нежели везти из США и охрангять караваны.
quoted1
Может мельчить в мелкую пудру, а потом пресовать нам было в лом. Потом же качество пороха сильно зависит от типа дерева. Кому не лень, можно поискать в интенете по словам: технология изготовления бездымного пороха из целюлозы
.
> Сам вспомни ,как после войны из Германии станки в СССР вывозили , я к чему это , к тому , что не было технологической базы просто делать порох
quoted1
Смешной аргумент. Из древесины целюлоза получается путем кипячения с едким натром. Технология известна с 18 го века.
Хлопок- готовая целюлоза. А для производства едкого натра требуется электроэнергия . Во много - много раз дороже получается, вот поэтому и поставки из США были.
Вопрос повторяю. Кто поставлял целюлозу (порох) Германии. США? Но точных доказательств нет.
Еще раз- вопрос. Кто?
ЗЫ. В Европе хлопок не растет. Египет был у англичан. Из древесины - дорого для войны. очень дорого. Дерево+электроэнергия.
Отец Онуфрий
старовер
Corban Dallas
Corban
> Смешной аргумент. Из древесины целюлоза получается путем кипячения с едким натром. Технология известна с 18 го века.
> Хлопок- готовая целюлоза. А для производства едкого натра требуется электроэнергия . Во много - много раз дороже получается, вот поэтому и поставки из США были.
> Вопрос повторяю. Кто поставлял целюлозу (порох) Германии. США? Но точных доказательств нет.
quoted1
Тебе может и смешно , но я уже читал сто лет назад на другом форуме о производстве боеприпасов в Германии в годы войны , так что смейся дальше
kroser8
kroser8
Сирия была производителем хлопка в то время? Ви-шисткая Франция поставляла в Германию много всего, а Сирия была под Францией.
Войти
Авторизуясь в LiveJournal с помощью стороннего сервиса вы принимаете условия Пользовательского соглашения LiveJournal
Порох на основе конопли
Ещё в 2015 году на международной выставке RAE-2015 была представлена разработка специалистов Центрального научно-исследовательского института химии и механики (ЦНИИХМ) - порох, созданный из конопли и льна. Новые материалы позволят решить проблему импортозамещения, так как сейчас РФ приходится закупать зарубежное сырьё.
Это первый лайнер за более чем полвека, заходя в салон которого, вы будете точно знать, что находитесь именно в МС-21, а не в Аэрбас или Боинг.
И это не шутка. Поверить в это действительно сложно, мы же привыкли думать, что в России плохой сервис, климат и вообще всё.
Вступайте в другие наши группы и добавляйте нас в друзья :)
Центральный научно-исследовательский институт химии и механики занялся получением пороха из льна и конопли. Как выяснили ученые, порох из льна обладает более высокими термодинамическими свойствами, чем хлопок. Что касается конопли, то волокна для пороха с засеянного ей гектара получится больше, чем с аналогичного участка льна или хлопка. Разработка была представлена публике в рамках RAE-2015.
Использование новых материалов поможет решить проблему импортозамещения, так как сейчас Россия вынуждена закупать сырье у зарубежных производителей.
— Исследования по заказу Минобороны шли 7 лет. Сначала мы провели научно-исследовательскую работу, затем опытно-конструкторскую работу по возможности и целесообразности получения порохов из льна. Традиционно это всегда был хлопок, и только он. До распада СССР никаких проблем страна не испытывала, но потом мы потеряли Таджикистан и Узбекистан, а США массово скупили хлопок, и могут продавать сырье втридорога. Сейчас найти альтернативу поставляемому сырью — это реальная необходимость, — отметил замначальника центра боевых припасов по спецхимии при ЦНИИХМ Владимир Никишов.
Работы были завершены 5 лет назад. За этот промежуток времени специалисты успели провести полный цикл испытаний — эксплуатационных, стрельбовых, ускоренных, климатических. Цикл показал, что пороха из льна не хуже, а по ряду параметров лучше заморского конкурента. В частности, выяснилось, что для достижения начальной скорости снаряда масса пороха метательного заряда должна быть меньше по сравнению со штатными значениями.
— Что это значит? Для каждого пороха существуют табличные показатели скорости. Чтобы попасть в цель, нужно знать, с какой скоростью снаряд вылетает, к примеру, 900 метров в секунду. Порох из льна имеет энергетику больше, чем у хлопка. Все потому, что у него морфология другая, он хорошо впитывает нитраты глицерина и за счет этого становится мощнее. Из-за этого во время испытаний нам приходилось убирать 5-8 процентов массы из заряда, чтобы приближаться к нужной скорости. А это открыло нам две возможности. Первая — это снижение массы для достижения нужной скорости, это влечет за собой более экономные перевозки и хранение сырья. Вторая — при той же массе мы можем увеличить дальность стрельбы.
По разбросу начальных скоростей пороха из льна и конопли также показали лучшие результаты.
— Если мы за основу возьмем табличную скорость в 900 метров, то в серии выстрелов один снаряд может вылетать со скоростью в 905 метров, а другой — 895 метров. Как правило, разброс штатных порохов составляет 3-5 метров. А если мы готовим о порохе из льна, то разброс — всего 0,5 метра. Если говорить проще, то когда артиллерия стреляет снарядами с порохом из льна, удар выходит точнее. Ведь параметр разброса начальных скоростей тесно связан с кучностью стрельбы — свойством оружия группировать точки падения снарядов на некоторой ограниченной площади — эллипса рассеивания, - читает научную лекцию Владимир Никишов. — Эллипс рассеивания уменьшается. Выходит, что при использовании пороха из льна, чтобы попасть в цель, сделают 80 выстрелов вместо 100. Значит, надо меньше снарядов подвозить, в цель попадут быстрее и точнее, задача выполняется быстрее, сменить позицию тоже будет проще.
Помимо этого, выяснилось, что порох из родных льна и конопли при стрельбе дают меньше задымленности.
Сейчас в институте разработаны баллиститные и пироксиновые пороха из льна. Первые применяются для снарядов к ракетным двигателям, газогенераторам, метательных зарядов к артиллерийским орудиям и метательных зарядов к минометам. Вторые — для различного стрелкового оружия и артиллерии.
Порох из конопли ученые только начинают разрабатывать. Обратили внимание на тот сорняк потому, что выход волокна с него будет в разы больше, чем с хлопка и льна. Химическая обработка волокна в этом случае будет чуть сложнее, но за счет того, что конопля превышает в высоту 2,5 метра, а лен — всего метр, сырья из сорняка будет значительно больше. Институт уже получил разрешение на выращивание и обработку ненаркотических сортов конопли при условии, что для конопляного пороха найдутся заказчики.
В интересе военных к продукции ученые не сомневаются, ведь себестоимость килограмма готовой целлюлозы для пороха из льна стоит всего 33 рубля, что значительно дешевле, чем сырья из хлопка.
Читайте в Дзене
В Объединённой двигателестроительной корпорации Ростеха смотрят в будущее, и поэтому заговорили о создании гибридной силовой установки (ГСУ).
Эту силовую установку планируют использовать в вертолетах Ансат, VRT-500 и Ка-226Т, где сейчас используются импортные двигатели.
Сахалин даже в XXI веке был изрезан "наследием" японкой оккупации словно шрамами на теле. Эти шрамы можно было видеть на любой карте.
Читайте также: