Масаев Ю.А., Першин В.В. Технология и безопасность взрывных работ в практических задачах

Подождите немного. Документ загружается.

При полном окислении водород окисляется до паров воды,

углерод – до углекислого газа. При этом выделяется молекуляр-

ный азот, а при избытке кислорода – молекулярный кислород.

Количество кислорода, необходимое для полного окисления

горючих элементов, может быть определено из выражения

= 2С + 0,5Н,

где О

– количество атомов кислорода, необходимое для окисле-

ния всех горючих элементов ВВ; С – количество атомов углеро-

да в составе ВВ; Н – количество атомов водорода в составе ВВ.

При О

> О

вв

– кислородный баланс ВВ положительный, при

< О

вв

– кислородный баланс ВВ отрицательный, при О

= О

вв

– кислородный баланс нулевой (О

вв

– количество кислорода в со-

ставе ВВ).

Следовательно, если ВВ имеет состав в виде CHNO, то ки-

слородный баланс









100

160,52









вв

НСО

К ,

где C, H, N, O – количество атомов углерода, водорода, азота и

кислорода; М

вв

– молекулярная масса ВВ; 16 – относительная

масса кислорода.

Для смесевых ВВ при известных величинах кислородного

баланса составных частей









100

2211





 ,

где Р

, Р

– процентное содержание соответствующих компонен-

тов в составе данного ВВ; +К

– кислородный баланс в процентах

компонента с положительным кислородным балансом; –К

– ки-

слородный баланс в процентах компонента с отрицательным ки-

слородным балансом.

Соотношение составных частей с положительным и отрица-

тельным кислородным балансом для получения ВВ с нулевым

кислородным балансом находится по формуле







Процентное содержание компонента с отрицательным ки-

слородным балансом определится по формуле





100

Процентное содержание вещества с положительным кисло-

родным балансом определится по формуле

100 РР





Состав продуктов взрыва. При взрыве ВВ с нулевым ки-

слородным балансом при наличии в его составе алюминия наи-

более вероятным направлением химической реакции является то,

при котором выделяется наибольшее количество тепла, т.е. угле-

род окисляется до двуокиси углерода СО

, водород – до паров

воды Н

О, алюминий – до окиси алюминия А1

. При взрыве

индивидуального ВВ:

222

COOΝΗC N

onhс



При взрыве ВВ, представляющего механическую смесь

компонентов, реакция будет протекать по уравнению

 







вввв

COONHC

ONHC

сс

onhconhc









nnhh



 ,

где В

ВВ

и В'

ВВ

– весовое количество компонентов в 1 кг ВВ; М и

М' – молекулярная масса составных частей.

Тогда масса компонента в 1 кг ВВ определится по формуле

100

1000

ВВ





где Р – процентное содержание компонента в составе ВВ.

При взрыве ВВ с отрицательным кислородным балансом

преобладающей реакцией является реакция с максимальным вы-

делением газов, т.е. углерод окисляется до СО.

В зависимости от запаса кислорода в составе ВВ возможны

следующие направления реакции. При большом недостатке ки-

слорода не полностью будет окислен углерод и водород:

 

CCOONHC N

oco

onhc

 .

При небольшом недостатке кислорода в составе ВВ в пер-

вую очередь окисляется углерод до СО, а его остаток равными

долями расходуется на окисление СО до СО

и на окисление Н

до Н

О.

   

     

       

cohcoocco

cococ

coc

onhc

222

COONHC



































При наличии в составе ВВ алюминия (алюминиевой пудры)

порядок распределения кислорода на окисление горючих элемен-

тов таков, что в первую очередь окисляется углерод до СО и

алюминий до А1

. Оставшийся кислород идет на окисление

водорода до Н

О и лишь после этого кислород используется на

доокисление СО в СО

Реакция химического превращения при условии, что кисло-

рода не хватило для полного окисления водорода, записывается в

следующем общем виде:

aco

aonhc

232

OAl

COAlONHC













































При условии, что кислород остается на доокисление СО в

СО

, реакция примет следующий вид:

nhh

acoc

aco

aonhc

2222

2232

OAl

COAlONHC



























































При взрыве ВВ с положительным кислородным балансом

происходит полное окисление углерода в СО

и водорода до H

с образованием молекулярного азота N

и избытка кислорода

(О

). Окислением азота в реакции обычно пренебрегают.

2222

COONHC

onhc















 .

Таким образом, основными газообразными продуктами

взрыва будут двуокись углерода, пары воды, а также кислород и

азот.

Определение теплоты взрыва. Теплотой взрыва называют

количество тепловой энергии, выделяющейся при взрывчатом

превращении 1 кг ВВ.

Теплоту взрыва рассчитывают на основе закона Гесса, ко-

торый гласит, что тепловой эффект химической реакции зависит

только от начального и конечного ее состояний и не зависит от

промежуточных состояний.

Из химических элементов создано взрывчатое вещество с

теплотой образования Q

1-2

. При взрыве будет выделено Q

2-3

теп-

ла. Если бы продукты взрыва были получены сразу из химиче-

ских элементов, то выделилось бы Q

1-3

тепла (рис. 2.1).

Первому начальному состоянию отвечают свободные хими-

ческие элементы, из которых было создано ВВ. Третьему конеч-

ному состоянию – продукты взрыва.

313221 





QQQ ,

где Q

1-2

– положительный или отрицательный тепловой эффект

при создании ВВ из химических элементов; Q

2-3

– тепловой эф-

фект взрыва; Q

1-3

– теплота образования продуктов взрыва из

химических элементов.

Рис. 2.1. Треугольник Гесса

Теплота продуктов взрыва подсчитывается по количеству

молей газов взрыва и теплоте образования этих газов:

H3CO2

CO131

QXQXQXQ







где Х

, Х

– количество грамм-молекул газообразных про-

дуктов взрыва;

Q ,

ОH

– теплота образования соответ-

ствующих продуктов взрыва (табл. 2.6).

Полученная величина представляет собой теплоту взрыва

при постоянном давлении.

Связь между теплотой взрыва при постоянном давлении Q

и теплотой взрыва при постоянном объеме

Q обеспечивается

соотношением







nQQ

43,2

где



n – суммарное количество молей газообразных продук-

тов взрыва; 2,43 – работа расширения одного моля газа, кДж.

Теплота взрыва 1 кг ВВ определится по формуле

вв

взр

1000

Q  .

Определение температуры взрыва. Температурой взрыва

называют температуру, до которой нагреваются газообразные ПВ

после окончания химической реакции, ее можно определить по

формуле

t  ,

где

Q – теплота взрыва ВВ;

C – средняя теплоемкость всех

продуктов взрыва при постоянном объеме.

Таблица 2.6

Вещество

Химическая

формула

Моляр-

ная мас-

са, г

Кисло-

род-

ный

баланс,

Теплота об-

разования

при постоян-

ном объеме,

кДж/моль

Аммиачная селитра NH

80 +20 355,3

Тротил C

(NO

)

227 –24 73,3

Гексоген C

(N0)

222 21,6 –87,6

ТЭН C

(ONO

)

316 –10,1 540,5

Нитроглицерин C

(ONO

)

227 +3,5 350,7

Нитрогликоль C

(ONO

)

– 0 961,2

Гремучая ртуть Hg(CNO)

284 –11,3 –273,6

Динитрогликоль C

(ONO

)

152 0 233,8

Динитронафталин C

(NO

)

218 –139,4 –39,4

Октоген C

(NO)

296 –21,6 –

Тетрил C

N(NO

)

287 –47,4 –41,5

Углерод С 12 –266,7 –

Вода (парообраз-

ная)

O 18 – 242,2

Окись алюминия A1

102 – 411,1

Окись азота NO 30 – –93,3

Окись углерода CO 28 – 113,9

Углекислота CO

44 – 395,9

Значение теплоемкости газов взрыва в зависимости от тем-

пературы определится по формуле

CtCC





где С – теплота образования газов при 0 ÇС (273 К) (табл. 2.6);

ΔС – приращение газовой теплоемкости при повышении темпе-

ратуры на 1 градус (t = 1 ÈС).

Подставив в исходное уравнение значение

C , получим

температуру взрыва:

 

CQnnCnC









 

10001







332211

CXCXCXnC .

Теплоемкость некоторых газов в зависимости от их темпера-

туры определяется по формулам:

двухатомные газы

C = 20,1 + 18,0 ¸ 10

-4

t, Дж/моль¸град

(С = 20,1; ΔС = 18,0 ¸ 10

-4

);

трехатомные газы

C = 30,2 + 18,8 ¸ 10

-4

t, Дж/моль¸град

(С = 30,2; ΔС = 18,0 ¸ 10

-4

);

пары воды

C = 16,76 + 90 ¸ 10

-4

t, Дж/моль¸град

(С = 16,76; ΔС = 90 ¸ 10

-4

);

углекислый газ

C = 37,7 + 24,3 ¸ 10

-4

t, Дж/моль¸град

(С = 37,7; ΔС = 24,3 ¸ 10

-4