4.2 Температура взрыва

Температурой взрыва называют максимальную температуру,которой достигают при взрыве продукта разложения ВВ.

Определение температуры взрыва может производиться опытным и расчетным путем. Опытное определение затруднительно из-за двух причин: большим значением температуры(до 5000 ℃) и чрезвычайной её кратковременностью. Поэтому основным методом является расчетный.

В настоящее время используется метод расчета предложенный в 1951 г. Льисом и Эльбе. Для расчета используются таблицы, в которых приведены изменения внутренней энергии газов в определенном интервале температур.

Методика расчета: задаемся некоторым значением температуры взрыва, подсчитываем изменения внутренней энергии всех продуктов взрыва при их нагревании от начальной температуры (291 К) до температуры взрыва ( ), которую мы задались. Если полученная сумма совпадает с теплотой взрыва, то заданная температура взрыва соответствует температуре взрыва. Если нет, расчет повторяется.

Пример:

Уравнение взрыва аммонала 80/20 имеет, как указывалось выше, следующий вид:

Задаемся = 3200 К (2927 ℃).

Изменение внутренней энергии ∆E для продуктов взрыва от 291 до 3200 К соответствует:

, кДж/моль.

Поскольку значение ∆E получилось больше, чем теплота взрыва, необходимо задаться меньшей температурой взрыва (3000 К).

Изменение внутренней энергии:

, кДж/моль.

Поскольку значение ∆E с изменен на 200 К:

, кДж/моль.

Разность внутренней энергии ∆E при 3200 К и теплоты взрыва составляет:

, кДж/моль.

Разница ∆E соответствует разница температур:

т.к ∆E при малых значениях пропорциональна температуре, таким образом составит:

.

Значительная часть теплоты реакции образуется в упругую энергию отталкивания молекул сильно сжатых продуктов детонации. В связи с этим температура продуктов детонации оказывается меньше, чем по приведённому расчёту зависит от объёмной плотности ВВ, уменьшаясь с увеличением последней.

4.3 Уравнения реакции разложения вв

4.3.1 Характеристика соотношения между горючим

и кислородом в ВВ

На состав продуктов разложения ВВ сильно влияет относительное содержание в нём кислорода. Для оценки его содержания служит кислородный баланс (КБ). В зависимости от количества кислорода во взрывчатом веществе существуют понятия о ВВ с положительным, нулевым и отрицательным КБ.

Вместо КБ можно также пользоваться кислородным коэффициентом (КК).

КК – называют содержание кислорода в ВВ, выраженное в процентах от количества кислорода, необходимого для окисления содержащихся во ВВ углерода и водорода в CO₂ и H₂O:

где a, b, c и d – соответственно число атомов в ВВ состава .

Кислородный коэффициент определяется:

КБ – показывает сколько граммов кислорода приходится на 100 г ВВ и характеризует содержание в ВВ горючих элементов и кислорода.

КК – характеризует численное соотношение горючих и кислорода, составляющих молекулу, и является характеристикой степени насыщенности молекулы ВВ кислородом.

4.3.2 Уравнение реакции разложения ВВ с положительным или КБ = 0

Возможны различные реакции взаимодействия между углеродом, кислородом, водородом и азотом, содержащимися в ВВ. Например:

При теоретическом расчёте уравнения реакции разложения ВВ допускается, что при высокой температуре достигается термодинамическое равновесие. Для системы с КБ > 0 можно учесть принцип наибольшей работы (Бертло). Экспериментальное определение показало, что отклонения от расчетных уравнений происходит в двух направлениях:

а) азот частично соединен с кислородом;

б) имеет место диссоциация углекислоты и воды на углекислый газ CO, водород H₂ и кислород O₂.

В случае КБ > 0 эти продукты слабо выражены, таким образом для ВВ с КБ ≥ 0 можно принять простое правило, весь углерод окисляется в углекислоту и водород и воду, а азот и избыточный кислород выделяется в свободном виде. Например:

.

4.3.3 КБ < 0 – кислорода достаточно для превращения

всего углерода в газы

Уравнение реакции в общем виде:

Между продуктами разложения идет обратимая реакция (реакция водяного газа):

Выражая концентрации компонентов водяного газа через искомые величины согласно учению о химическом равновесии:

где – константа равновесия реакции водяного газа.

Константы равновесия могут быть выражены через равновесные концентрации реагирующих веществ ( ) или через равновесные парциальные давления ( ). Если считать продукты превращения идеальным газом, то для реакции можно вывести:

где – общее давление аппаратов взрыва;

, , – соответственно общее число молей, объём и температура этих продуктов, а .

Таким образом для того чтобы определить по таблице надо знать T, а чтобы вычислить Т надо знать состав продуктов взрыва. Задаются Т и определяют и решают уравнение. Определив вычисляют Т.

При расчёте мы принимали, что равновесие реакции водяного газа зависит только от температуры. При слишком высоких давлениях вместо парциального давления в подставляются их фугативности.

Отношение фугативности газа к его парциальному давлению называют коэффициентом активности. По определению

, (4.1)

где , , – соответственно коэффициенты активности, фугативности и парциальное давление - го компонента газовой смеси.

Из курса термодинамики известно:

,

где

Можно показать, что:

Заменяя в выражении константы равновесия водяного газа давления на фугативности, с учетом (4.1) имеем:

,

или через G, получим:

,

G – обозначает поправочный множитель.