Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология и безопасность взрывных работ. Учебник
.pdf
4. Кислородный баланс:
3 16 48 а.е.м.m =⋅=
( )
2 14 4 1 3 16 80
а.е.м.
Mr = ⋅ + ⋅+⋅ =
80
Mr
( ) ( )
112 2
ББ
mm
−
K
= ⋅= ⋅=−
Б
тр
Mr
96 264
100 100 74,0 %.
−
227
Задача 12.2. Определить кислородный баланс аммиачной
селитры NH
4NO3
.
Решение
1. Имеющееся количество кислорода:
2. Требуемое количество кислорода:
– для полного окисления водорода до H
O (на один атом
2
водорода требуется 0,5 атома кислорода):
Н
m =⋅ ⋅=
4 0,5 16 32 ;
тр
а.е.м.
– азот в горении участия не принимает, так как при полном окислении должен выделяться в чистом виде – N
.
2
Итого:
Н
тр тр
32 а.е.м.mm= =
3. Молекулярная масса аммиачной селитры:
4. Кислородный баланс:
mm
−
K
= ⋅= ⋅=+
Б
тр
48 32
100 100 20,0 %.
−
Расчет кислородного баланса смесевого ВВ производится
суммированием произведений доли каждого компонента на его
кислородный баланс:
где P1 и P2 – содержание (доля) соответствующих компонен-
тов в составе ВВ, %;
и KБ2 – значение кислородного баланса соответствую-
K
Б1
щего компонента, %.
Задача 12.3. Определить кислородный баланс граммонита
79/21 (79 % – аммиачной селитры; 21 % – тротила).
K+=
PK PK
Б
100
61
,
Решение
( ) ( )
⋅+ + ⋅−
ББ
+
PK PK
11 22
K
Б
ББ
= = = +
100 100
79 20 21 74
0,26 %.
Задача 12.4. Взрывчатое вещество игданит состоит из аммиачной селитры и солярового масла. Определить процентное соотношение компонентов, входящих в ВВ, чтобы иметь нулевой
кислородный баланс. Кислородный баланс солярки: –316 %.
Решение
Составим систему уравнений:
PK PK
+
11 22
100
PP
12
100.
+=
0;
=
Кислородный баланс аммиачной селитры: KБ1 = +20 %.
Кислородный баланс солярки: K
Решив систему, получим P
= –316 %.
Б2
= 94,05 %, P2 = 5,95 %.
1
62
13. СОСТАВЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ
ВЗРЫВЧАТОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ
Состав газообразных продуктов взрыва зависит не только
от химического состава ВВ и его кислородного баланса, но и от
условий взрывания, влияющих на протекание вторичных химических реакций взрыва:
– влияние оболочки патронов ВВ – бумажная парафиновая
оболочка патронов участвует в реакции взрыва, понижая кислородный баланс, поэтому установлено, что масса бумажной
оболочки должна быть не более 2 г, а парафина – не более 3 г
на 100 г ВВ;
– влияние степени ограничения пространства, в котором
расположен заряд, – плохая забойка зарядов, наличие воздушных промежутков между патронами увеличивают выделение
ядовитых газов;
– влияние свойств взрываемых горных пород – при взрывании угля CO
щих руд приводят к образованию сернистых газов и сероводородов.
Калийные руды (KCl, K
и др.) и апатитонефелиновые (Ca
связывают окислы азота, молибденовые (MoS
CuFeS
и др.) связывают окись углерода.
2
Чем выше коэффициент крепости взрываемых пород, тем
больше образуется оксида углерода и меньше – оксидов азота.
Истинные реакции взрывчатого превращения ВВ составить
практически невозможно из-за многообразия факторов, влияющих на их протекание. Поэтому принят упрощенный прием
составления реакций взрыва, согласно которому все ВВ делятся на три группы.
1-я группа. ВВ с количеством кислорода, достаточным (или
избыточным) для полного окисления всех горючих элементов.
В этом случае весь водород превращается в воду, углерод – в
углекислый газ.
может переходить в CO, взрывы серосодержа-
2
Mg(SO4)4⋅2H2O, KMg(SO4)Cl⋅3H2O
2Ca2
[PO4]3⋅(F, Cl, OH)2, KNa3[AlSiO4]4)
5
) и медные (Cu5FeS4,
2
Задача 13.1. Составить реакцию взрыва нитрогликоля
(ONO2)2.
C
2H4
63
Решение
Составляем упрощенный кислородный баланс ВВ:
Н → Н
С → СО
О: 4 ⋅ 0,5 = 2 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
: 2 ⋅ 2 = 4 (на 1 атом C требуется 2 атома O)
2
– – – – – – – – – – –
= 6
m
тр
Имеющееся количество кислорода m = 6 равно его требуемому количеству, следовательно, кислородный баланс нитрогликоля нулевой. Продуктами взрыва будут Н
О, СО2, N2.
2
Составляем реакцию взрывчатого превращения нитрогликоля:
(ONO2)2(ж) = 2H2O(г) + 2CO2(г) + N2(г).
C
2H4
Задача 13.2. Составить реакцию взрыва нитроглицерина
C
(ONO2)3.
3H5
Решение
Составляем упрощенный кислородный баланс ВВ:
Н → Н
С → СО
О: 5 ⋅ 0,5 = 2,5 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
: 3 ⋅ 2 = 6 (на 1 атом C требуется 2 атома O)
2
– – – – – – – – – – –
= 8,5
m
тр
Имеющееся количество кислорода m = 9. Следовательно,
< m, кислородный баланс положительный. Продуктами
m
тр
взрыва будут Н
О, СО2, N2, О2.
2
Составляем реакцию взрывчатого превращения нитрогликоля:
(ONO2)3(ж) = 2,5H2O(г) + 3CO2(г) +1,5N2(г) +0,25O2(г).
C
3H5
2-я группа. ВВ с количеством кислорода, достаточным для
полного газообразования. При этом принимается, что кислород
сначала окисляет весь водород в воду, углерод – в оксид углерода, а затем оставшийся кислород образует с частью оксида углерода углекислый газ.
Задача 13.3. Составить реакцию взрыва динитрогликоля
(ОNO2)2.
С
2Н6
Решение
Составляем упрощенный кислородный баланс ВВ:
64
Н → Н2О: 6 ⋅ 0,5 = 3 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
С → СО
: 2 ⋅ 2 = 4 (на 1 атом C требуется 2 атома O)
2
– – – – – – – – – – –
= 7
m
тр
Имеющееся количество кислорода m = 6. Следовательно,
> m, кислородный баланс отрицательный.
m
тр
Проверяем на полноту газообразования:
Н → Н
О: 6 ⋅ 0,5 = 3 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
С → СО: 2 ⋅ 1 = 2 (на 1 атом C требуется 1 атом O)
– – – – – – – – – – –
= 5 < 7
m
тр
Произойдет полное газообразование. Продуктами взрыва будут Н
О, СО2, СО, N2.
2
Составляем уравнение реакции:
(ONO2)2(тв) = 3H2O(г) + CO2(г) + CO(г) +N2(г).
C
2H6
3-я группа. ВВ с количеством кислорода, недостаточным для
полного газообразования. В этом случае водород полностью окисляется в воду, оставшимся кислородом окисляется часть углерода в оксид углерода и выделяется свободный углерод.
Задача 13.4. Составить реакцию взрыва пикриновой кислоты C
(NO2)3OH.
6H2
Решение
Составляем упрощенный кислородный баланс ВВ:
Н → Н
С → СО
О: 3 ⋅ 0,5 = 1,5 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
: 6 ⋅ 2 = 12 (на 1 атом C требуется 2 атома O)
2
– – – – – – – – – – –
= 13,5
m
тр
Имеющееся количество кислорода m = 7. Следовательно,
> m, кислородный баланс отрицательный.
m
тр
Проверяем на полноту газообразования:
Н → Н
О: 3 ⋅ 0,5 = 1,5 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
С → СО: 6 ⋅ 1 = 6 (на 1 атом C требуется 1 атома O)
– – – – – – – – – – –
= 7,5 > 7
m
тр
Полного газообразования не произойдет. Продуктами взрыва будут Н
О, СО, С, N2.
2
65
Составляем уравнение реакции:
C
(NO2)3OH(тв) =
6H2
= 3/2H2O(г) + 11/2CO(г) + 1/2C(тв) + 3/2N2(г).
Для составления уравнений реакций взрывчатого превращения
смесевых ВВ необходимо найти элементарный состав 1 кг смеси.
Задача 13.5. Составить уравнение реакции взрыва ВВ, состоящего из 80 % аммиачной селитры – NH
(NO2)3 и 5 % алюминиевой пудры – Al.
C
7H5
, 15 % тротила –
4NO3
Решение
Определяем элементарный состав 1 кг смесевого ВВ
(табл. 13.1).
Таблица 13.1
Определение элементарного состава ВВ
(80 % NH
Вещество Доля, %
NH
4NO3
(NO2)
C
7H5
Al 5 50 27 1,85
Итого 100 1000 – –
80 800 80 10
15 150 227 0,66
3
, 15 % C7H5(NO2)3 и 5 % Al)
4NO3
Масса
в смеси, г
Молярная масса,
г/моль
Количество вещества,
моль
10NH4NO3 + 0,66C7H5(NO2)3 + 1,85Al =
= C
4,62H43,30N21,98O33,96Al1,85
.
Составляем упрощенный кислородный баланс ВВ.
При полном окислении всех горючих элементов в составе ВВ:
Н → Н
С → СО
Al → Al
О: 43,30 ⋅ 0,5 = 21,65 (на 1 атом H требуется 0,5 атома O)
2
: 4,62 ⋅ 2 = 9,24 (на 1 атом C требуется 2 атома O)
2
: 1,85 ⋅ 1,5 = 2,78 (на 1 атом Аl требуется 1,5 атома О)
2O3
– – – – – – – – – – –
= 33,67
m
тр
Имеющееся количество кислорода m = 33,96. Следовательно, m
ми взрыва будут Н
< m, кислородный баланс положительный. Продукта-
тр
О, Al2O3, СО2, О2, N2.
2
Составляем уравнение химической реакции:
C
4,62H43,30N21,98O33,96Al1,85
(тв) =
= 21,62H2O(г) + 4,62CO2(г) + 21,98N2(г) + 0,925Al2O3(тв) + 0,145O2(г).
66
14. ГАЗООБРАЗОВАНИЕ
( )
mM
( )
++ + ⋅
ПРИ ВЗРЫВЕ
Химическая реакция взрывчатого превращения всегда сопровождается выделением большого количества газообразных
продуктов, находящихся в момент взрыва в чрезвычайно сжатом состоянии. Эти продукты являются теми физическими агентами, в процессе расширения которых осуществляется очень
быстрый переход потенциальной энергии ВВ в механическую
работу, или кинетическую энергию движущихся газов.
Газы наносят удар по окружающей место взрыва среде, вызывая разрушение объектов, находящихся в непосредственной
близости от заряда ВВ.
Например, для нитроглицерина реакция взрывчатого превращения имеет вид
(ONO2)3(ж) = 2,5H2O(г) + 3CO2(г) + 1,5N2(г) + 0,25O2(г).
C
3H5
Объем газообразных продуктов:
где m
H2O
, m
CO
m m mm
+ ++
HOCONO
V
, m
2
г
2 2 22
=
, m
N
– число молей паров воды, двуокиси
O
2
2
22, 4
,
углерода, азота и кислорода в уравнении реакции;
m – число молей ВВ в уравнении реакции;
M – молярная масса ВВ, г/моль.
Отсюда
2,5 3 1,5 0, 25 22, 4
V
= =
г
1 3 12 5 1 3 14 9 16
⋅ ⋅ +⋅+⋅ +⋅
( )
0,715 / .
3
м кг
При температуре 20 °С плотность нитроглицерина r0 =
= 1,591 кг/л, таким образом, на 1 л нитроглицерина образуется 1,591 ⋅ 715 = 1138 л газообразных продуктов.
Объем газообразных продуктов взрыва (приведенный к
нормальным физическим условиям) некоторых ВВ приведен
в табл. 14.1.
67
Объем продуктов взрыва
Таблица 14.1
Плот-
Название ВВ
Пикриновая
ность, r0,
3
г/см
1,74 С
кислота
Тротил 1,62 С
Нитрогликоль 1,496 С
Нитроглицерин 1,591 С
Тэн 1,780 C
Тетрил 1,730 C
Гексоген 1,806 C
Октоген 1,905 C
Уравнение реакции
(NO2)3OH =
6H2
= 1,5H
+ 1,5N
= 2,5H
+ 1,5N
= 2H
= 2,5H
+ 1,5N
= 4Н
+ 2N
= 2,5Н
+ 2,5N
= 3H
= 4H
O + 5,5CO +
2
+ 0,5С(тв)
2
(NO2)3 =
7H5
O + 3,5CO +
2
+ 3,5С(тв)
2
(ONO2)2 =
2H4
O + 2CO2 + N
2
(ONO2)3 =
3H5
O + 3CO2 +
2
+ 0,25O
2
(ONO2)4 =
5H8
О + 3СO2 + 2CO +
2
2
7H5N5O8
3H6N6O6
4H8N8O8
=
О + 5,5CO +
2
+ 1,5С(тв)
2
=
O + 3CO + 3N
2
=
O + 4CO + 4N
2
Объем газообразных
продуктов взрыва, V
, л
г
на 1 кг ВВ на 1 л ВВ
831 1446
740 1199
737 1103
2
715 1138
2
780 1388
820 1419
908 1640
2
908 1730
2
Таким образом, на 1 л обычных ВВ образуется около 1000 л
газообразных продуктов, которые находятся в момент взрыва
под очень большим давлением.
68
15. ОЦЕНКА ЭНЕРГИИ,
[ ] [ ] [ ] [ ]
( )
=+ −−
[ ] [ ] [ ] [ ]
( )
[ ]
( )
QW
=⋅ +⋅ −
ВЫДЕЛЯЮЩЕЙСЯ ПРИ ВЗРЫВЕ
И ГОРЕНИИ
Сравним количество энергии, выделяющейся при сгорании
горючих веществ и при взрыве различных ВВ.
Различают высшую и низшую теплоту сгорания.
Высшей теплотой сгорания Q
ла, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 м
вещества при условии, что содержащийся в нем водород сгорает с образованием жидкой воды.
Низшей теплотой сгорания Q
ла, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 м
вещества при условии сгорания водорода до образования водяного пара и испарения влаги горючего вещества.
Высшую и низшую теплоту сгорания твердых и жидких горючих веществ в килокалориях на килограмм (ккал/кг) можно
оценить по формулам Д.И. Менделеева:
81 C 300 H 26 O S ;Q
в
называют количество теп-
в
называют количество теп-
н
3
горючего
3
горючего
где [C], [H], [O], [S], W – содержание в горючем веществе соот-
ветственно углерода, водорода, кислорода, серы и влаги, %.
Например, низшая теплота сгорания сернистого мазута,
содержащего [C] = 82,5 % углерода; [H] = 10,65 % водорода;
[O] = 0,5 % кислорода; [S] = 3,1 % горючей серы; A = 0,25 %
золы и W = 3 % воды составит
Низшая теплота сгорания некоторых горючих материалов, рассчитанная по их элементарному составу, представлена
в табл. 15.1.
Для приближенной оценки теплоты взрыва в килокалориях на моль (ккал/моль) широкого круга органических веществ, имеющих химическую формулу C
предложил следующую зависимость:
81 C 300 H 26 O S 6 9 H ,
= + − −− +
н
81 82,5 300 10,65
Q
н
− − − ⋅ +=
26 0,5 3,1 6 9 10,65 3 9352 .
( ) ( )
69
ккал/кг
aHbNcOd
, г. А. Авакян
( )
kf
( )
kf
2
22
Q a bH= a + +D ° при ak ≥ 100 %;
взр ВВ
Q d bH= a + +D °
взр ВВ
– кислородный коэффициент, %;
где a
k
DH°
fВВ
0,24
0,32 94 28,75 ,
0,24
0,32 47 5,25 ,
при ak < 100 %,
– теплота образования ВВ, ккал/моль.
Энергия, выделяющаяся при сгорании различных горючих
веществ, рассчитанная по формуле Д.И. Менделеева
Таблица 15.1
Горючее
вещество
Керосин 86 13,7 – – 0,3 – – 10 344 43 310
Сернистый
мазут
Каменный уголь
Древесина (дуб)
Древесина (сосна)
Торф 40 4 13 20 – 13 10 3808 15 944
Содержание в горючем веществе, % Q
[C] [H] [O] [N] [S] W A ккал/кг кДж/кг
82,5 10,65 0,5 – 3,1 3 0,25 9352 39 157
75,8 3,8 2,8 1,1 2,5 3 11 7049 29 513
46,08 5,50 38,18 1,14 – 7,00 2,10 4051 16 961
46,00 5,50 39,2 0,90 – 7,00 1,40 4018 16 823
,
н
Кислородным коэффициентом ak называют отношение количества атомов кислорода в молекуле ВВ к тому количеству, которое необходимо для полного окисления содержащегося в ВВ
углерода до углекислого газа (CO
a=
k
) и водорода до воды (H2O):
2
d
,
b
2
a
+
где a, b, c, d – количество атомов соответственно углерода,
водорода, азота и кислорода в молекуле ВВ.
Например, оценим теплоту взрыва тротила С
1) кислородный коэффициент:
a= = = =
d
k
b
2 27
a
+ ⋅+
6
0,3636 36,36 %.
5
70
7H5
(NO2)3:
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]