Minimo le pressioni degli esplosivi emulsione acquosa di masterizzazione
31 ottobre 2017
Vi presentiamo un apparecchio basato su filo caldo accensione in un contenitore pressurizzato e una metodologia associata per misurare la pressione minima richiesta per indurre la combustione sostenuta in esplosivi emulsione acquosa. Questo metodo migliora la caratterizzazione di prodotto per consentire uno per utilizzarli in modo più sicuro durante il pompaggio e operazioni di miscelazione.
L'obiettivo generale di questa procedura è misurare la pressione minima richiesta per la combustione autosufficiente in emulsioni esplosive a base d'acqua, chiamata pressione minima di combustione. La pressione minima di combustione è un parametro che può guidare la stima delle pressioni di esercizio sicure per la produzione, la manipolazione e il pompaggio di esplosivi in emulsione. Il vantaggio principale di questa tecnica è che richiede solo 20-30 grammi di esplosivo.
Può quindi essere eseguito in un ambiente di laboratorio. L'installazione di strutture MBP in altri laboratori faciliterebbe i test MBP interlaboratorio, il che potrebbe portare alla creazione di materiale di riferimento standard per la convalida delle prestazioni. Per iniziare a preparare i componenti della cella di prova, tagliare una lunghezza di 85 millimetri di filo di Nicromo.
Usa una pinza ad ago per piegare ciascuna estremità del filo in un piccolo anello. Utilizzare connettori di giunzione di testa non isolati e uno strumento di crimpatura per giuntare le estremità del filo di Nichrome in lunghezze di 50 centimetri di filo di rame nudo a nucleo solido di calibro americano numero 14. Preparare in questo modo da 10 a 15 gruppi di cavi di accensione.
Verificare che la resistenza misurata in ciascun gruppo sia inferiore a 0,5 Ohm. Successivamente, procurati da 10 a 15 piccoli tubi cilindrici in acciaio, ciascuno con una fessura larga tre millimetri lavorata lungo l'asse lungo. Dipingi l'interno di ogni cella con due mani di vernice non conduttiva ad alta temperatura.
Per ogni cella, tagliare le estremità strette di due tappi in neoprene numero zero per ottenere tappi lunghi 16 millimetri. Praticare un foro di sei millimetri di diametro attraverso il centro di ciascun tappo. Verificare che i fori siano sufficientemente larghi da ospitare il filo di rame e i connettori di giunzione.
Quindi, inserire un gruppo di cavi di accensione nella cella verniciata essiccata attraverso la fessura larga tre millimetri. Infilare un tappo in neoprene su ciascun filo di rame. Inserire con cautela i tappi in ciascuna estremità della cella senza comprimere o attorcigliare il cavo di accensione.
Tendere il cavo di accensione. Piegare i fili di rame di circa 90 gradi alle estremità dei tappi per fissare il cavo di accensione in posizione. Ripetere questo processo per assemblare le celle di prova rimanenti.
Per iniziare a preparare la cella per il test, introdurre con cautela l'emulsione in una cella di prova attraverso la fessura larga tre millimetri. Una volta che la cella è piena, rimuovere eventuali sacche d'aria comprimendo il campione con una piccola spatola e picchiettando la cella contro una superficie dura. Continuare a riempire la cella e a depositare il campione in questo modo fino a quando non è più possibile inserire il campione nella cella.
Quindi, posizionare la cella caricata orizzontalmente in un recipiente a pressione azionato a distanza con la fessura rivolta verso l'alto. Collegare i fili di rame agli elettrodi nel recipiente a pressione, assicurandosi che i fili non entrino in contatto con il corpo del recipiente. Utilizzare un multimetro per verificare che non vi sia alcun contatto elettrico tra ciascun elettrodo e il corpo del recipiente a pressione.
Quindi, chiudere e sigillare il recipiente. In una sala strumenti protetta, verificare che la scheda di acquisizione dati sia collegata al trasduttore di pressione e che il segnale di tensione attraversi un resistore di shunt ad alta precisione. Verificare che il resistore di shunt sia collegato in serie con una sorgente di corrente costante e che questa serie sia collegata agli elettrodi del recipiente a pressione.
Quindi, avviare il software di acquisizione dati. Chiudere a distanza la valvola di uscita del recipiente a pressione e iniziare a pressurizzare il recipiente con argon. Una volta che il recipiente ha raggiunto la pressione di prova di avviamento, chiudere la valvola di ingresso.
Monitorare il sistema per cinque-dieci minuti per verificare che non vi siano perdite significative. Una volta che il recipiente ha superato il controllo delle perdite, aprire la valvola di ingresso per regolare la pressione al valore iniziale desiderato, quindi chiudere la valvola. Far scorrere una corrente costante di 10,5 ampere attraverso il cavo di accensione fino a quando il campione non si accende, fondendo il filo di accensione e interrompendo il flusso di corrente.
Spegnere l'alimentazione di corrente una volta avvenuta l'accensione e la pressione inizia ad aumentare. Durante il test, la pressione può raggiungere uno o due minimi o massimi prima di diminuire continuamente. Attendere dieci minuti dopo l'inizio della diminuzione continua della pressione prima di eseguire ulteriori manipolazioni.
Al termine del test, aprire la valvola di scarico per scaricare i gas di combustione allo scarico. Impostare il regolatore di argon a circa 50 psi e aprire la valvola di ingresso. Lasciare circolare un flusso delicato di argon per due o tre minuti per spurgare il recipiente dai gas tossici, quindi lasciare che il recipiente torni alla pressione ambiente.
Bloccare l'alimentazione a corrente costante scollegando l'alimentazione CA o con una chiave di blocco prima di tornare alla stanza del recipiente a pressione. Indossare una maschera facciale con cartucce per uso generale appropriate prima di aprire il recipiente a pressione. Aprire il recipiente e scollegare i fili di rame dagli elettrodi.
Ispezionare visivamente la cella e il recipiente a pressione per determinare l'entità della combustione del campione. Documentare i risultati per iscritto e con fotografie. Se il fronte di combustione ha raggiunto le pareti della cella di prova e rimane poco o nessun campione sui tappi in neoprene, il risultato è considerato positivo e le pressioni devono essere diminuite per il test successivo.
In caso contrario, il risultato è considerato un no-go e la pressione dovrebbe essere aumentata per il test successivo. Dopo l'ispezione visiva, eseguire ulteriori analisi utilizzando i dati di corrente e pressione registrati. Ripetere il test con altri campioni diminuendo gradualmente gli incrementi o i decrementi di pressione per determinare con precisione l'MBP.
Pulire il recipiente a pressione dopo ogni test. A 17,3 secondi dall'inizio del test, la pressione ha iniziato ad aumentare da una media iniziale di 4,924 mega pascal. La corrente di caduta corrispondente alla combustione del filo di accensione si è verificata a 19,1 secondi.
La pressione massima di 6,095 mega pascal si è verificata a 33,7 secondi. Cinque AWE identici con contenuto d'acqua variabile erano tra i campioni testati con questo metodo. È stato osservato che gli MBP per queste emulsioni aumentano con l'aumentare del contenuto di acqua.
Una maggiore varianza è stata osservata nei dati MBP per gli AWE con contenuto d'acqua inferiore. Ciò potrebbe essere stato causato dalla non uniformità dei campioni, poiché le loro temperature di cristallizzazione relativamente più elevate possono rendere questi campioni più inclini alla cristallizzazione quando manipolati. Il test MBP qui descritto è stato aggiunto ai requisiti per l'autorizzazione degli esplosivi ad alto potenziale in Canada dalla Explosive Regulatory Division of Natural Resources Canada.
Una volta padroneggiata, una misurazione completa di MBP composta da dieci a dodici esperimenti può essere completata in due giorni se eseguita correttamente. Durante il tentativo di questa procedura, ricordarsi di rilasciare sempre la pressione del recipiente e di bloccare la fonte di corrente prima di tornare nella stanza del recipiente a pressione. L'elettrocuzione e i proiettili da decompressione improvvisa sono i tuoi maggiori pericoli.
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Panoramica
Questo studio presenta una metodologia per misurare la pressione minima necessaria per il mantenimento della combustione negli esplosivi a emulsione acquosa. La tecnica migliora la sicurezza durante la manipolazione e il mescolamento di questi esplosivi.
Componenti Chiave dello Studio
Area della Scienza
- Sicurezza esplosiva
- Dinamica della combustione
- Caratterizzazione dei materiali
Sfondo
- Comprendere la pressione minima di combustione è fondamentale per operazioni sicure.
- Il metodo richiede solo una piccola quantità di esplosivo (20-30 grammi).
- Può essere eseguito in un ambiente di laboratorio.
- Test interlaboratorio potrebbero standardizzare la validazione delle prestazioni.
Scopo dello studio
- Misurare la pressione minima per la combustione autosostenuta.
- Indirizzare le pressioni operative sicure nella manipolazione di sostanze esplosive.
- Facilitare l'istituzione di materiali di riferimento standard.
Metodi Utilizzati
- Ignizione con filo incandescente in un contenitore pressurizzato.
- Misurazione della pressione minima di combustione.
- Preparazione dei componenti della cella di prova.
- Utilizzo di un filo in Nichrome per l'ignizione.
Risultati principali
- Misurazione riuscita della pressione minima di combustione.
- Dimostrazione di miglioramenti nella sicurezza nella manipolazione degli esplosivi.
- Potenziale per la standardizzazione dei test sugli esplosivi.
- Fattibilità dei test in laboratorio dimostrata.
Conclusioni
- La metodologia migliora la sicurezza nelle operazioni esplosive.
- Permette una caratterizzazione più accurata degli esplosivi emulsionati.
- Test interlaboratorio potrebbero migliorare le pratiche standard.
Domande Frequenti
Rilevanza Industriale del Progetto
Questo protocollo consente ai team di ricerca e sviluppo operanti nel settore biotecnologico di valutare le soglie di sicurezza in caso di combustione per materiali energetici, supportando la riduzione dei rischi nello sviluppo di formulazioni e processi. Quantificando la pressione minima di combustione (MBP), i team possono definire limiti operativi sicuri per la manipolazione di sistemi a base acquosa, riducendo i pericoli durante l'ingrandimento di scala e la produzione. La ridotta quantità di campione richiesta e la fattibilità in laboratorio del metodo facilitano lo screening nelle fasi iniziali e la standardizzazione tra diversi laboratori, migliorando l'affidabilità predittiva del comportamento del materiale sotto pressione.
Applicazioni Strategiche nella Ricerca e Sviluppo in Biopharma
Scoperta Precoce e Validazione del Target
- Valore scientifico: Fornisce dati quantitativi sulla stabilità del materiale sotto pressione, contribuendo all'analisi di ipotesi formulative relative al rischio di combustione.
- Valore operativo: Consente un rapido profilo di sicurezza di nuovi sistemi emulsionati con consumo minimo di materiale, supportando decisioni precoci di tipo sì/no.
Sviluppo di screening e saggi
- Valore scientifico: Genera misurazioni riproducibili di MBP che fungono da parametri di riferimento standardizzati per confrontare formulazioni di emulsioni.
- Valore operativo: Favorisce la prontezza del saggio definendo soglie di pressione che guidano protocolli di manipolazione sicura in ambienti di screening ad alto rendimento.
Ricerca Translazionale e Preclinica
- Valore scientifico: Collega i valori di MBP misurati in laboratorio a condizioni di lavorazione reali, migliorando la rilevanza traslazionale dei dati di sicurezza.
- Valore operativo: Favorisce l' avanzamento basato sulla valutazione del rischio identificando formulazioni con profili di risposta alla pressione favorevoli per ulteriori sviluppi.
Integrazione di Pipeline e Flusso di Lavoro
Il test MBP si inserisce nel percorso dalla scoperta alla fase preclinica fornendo diagnosi di sicurezza precoci che guidano la selezione della formulazione e la progettazione del processo prima di investimenti significativi.
- Biologia della scoperta: Contribuisce a chiarire le relazioni struttura-proprietà nei sistemi emulsionati collegando la composizione alle soglie di combustione sotto pressione.
- Screening: Fornisce output quantitativi e ripetibili che permettono il confronto tra candidati emulsionati in condizioni di pressione standardizzate.
- Analisi: Produce profili pressione-tempo e parametri di accensione che supportano l'analisi statistica della risposta del materiale e della sua variabilità.
- Ricerca traslazionale: Collega i risultati ottenuti su scala di laboratorio alle operazioni pilota stabilendo limiti di pressione rilevanti per la progettazione delle attrezzature e le procedure di manipolazione.
- Riutilizzo aziendale: Stabilisce una capacità di prova portatile e a basso volume che può essere implementata in diverse sedi per una valutazione della sicurezza coerente dei prodotti a base di emulsioni.
Impatto Operativo ed Aziendale
- Valore scientifico: Riduce l'incertezza meccanicistica nel comportamento della combustione delle emulsioni mediante misurazioni dirette dipendenti dalla pressione.
- Valore operativo: Migliora la riproducibilità e la comparabilità tra diversi siti attraverso condizioni di prova standardizzate e ridotto fabbisogno di campioni.
- Valore strategico: Orienta la gestione del rischio in modo efficiente in termini di investimenti, prevenendo un eccessivo dimensionamento dei sistemi di contenimento grazie a limiti di pressione basati su dati sperimentali.
- Impatto sul portafoglio: Permette una priorizzazione oggettiva dei candidati emulsioni in base a soglie di sicurezza verificate, riducendo il rischio di insuccesso in fasi avanzate.
Considerazioni sull'implementazione
- Richiede competenze specifiche nella sicurezza degli esplosivi, nel funzionamento di recipienti a pressione e nei sistemi di accensione elettrica.
- Necessita di una fornitura di argon sotto pressione, hardware per l'acquisizione dati, resistori shunt ad alta precisione e sorgenti di corrente costante.
- Esige una standardizzazione della preparazione del campione, della tecnica di tampaggio e dei criteri di ispezione visiva tra diversi utilizzatori.
- Deve tenere conto di variabili specifiche del materiale, come il contenuto di acqua e la tendenza alla cristallizzazione, quando si confrontano gli AWE.
- Limitato alla valutazione della sensibilità agli stimoli non detonanti; non sostituisce i test di sensibilità all'urto o all'attrito per una caratterizzazione completa del pericolo.
