-library-method-pdf-calcpyromixes (1)
.pdf
= 6 22 261.39 =
%Ba(NO3)2 11.7% . 10 296
На состав Mg + Ba(NO3 )2 остается: 100% −30.4% −6% −11.7% = 51.9% .
5Mg + Ba(NO3 )2 →5MgO + BaO + N2 ,
%Mg = |
24.32 |
5 |
|
|
|
|||
|
|
51.9% |
=16.5% , |
|
||||
24.32 5 + |
261.38 |
|
||||||
%Ba(NO3 )2 = |
|
261.38 |
|
51.9% |
=35.4% . |
|||
24.32 5 + 261.38 |
||||||||
|
|
|
|
|||||
Конечная рецептура:
%Ba(NO3 )2 =11.7% +35.4% = 47.1% , %Mg = 30.4% +16.5% = 46.9% ,
%шеллак = 6% .
Ответ:
Вещество |
Содержание, % |
Mg |
46.9 |
Ba(NO3)2 |
47.1 |
Шеллак |
6 |
Пример 8. Рассчитать состав, состоящий из порошка Zn, Fe2O3 и
C2Cl6 с кислородным и хлорным балансом = 0 до продуктов: ZnCl2, FeCl3 и
CO.
Молекулярные массы веществ: |
|
Вещество |
Молекулярная масса |
Zn |
65.38 |
Fe2O3 |
159.7 |
C2Cl6 |
237.02 |
Приведенными выше способами рецептуру состава из заданных компонентов и с заданными балансами не рассчитать.
Рекомендуется следующий способ расчета.
21
Расчет ведется как для двухкомпонентной смеси, но окислитель (по
кислороду) и горючее (по кислороду) − составные (сложные).
Составной окислитель: |
Fe2O3 +C2Cl6 . |
|||
Составное горючее: |
Zn +C2Cl6 +O2 . |
|||
2Fe2O3 + 2C2Cl6 |
→ 4FeCl3 + 4CO +O2 |
|
|
×1 |
|
||||
3Zn +C2Cl6 +O2 |
= 3ZnCl2 + 2CO |
|
|
×1 |
Суммарная реакция: |
|
|
|
|
|
|
|
||
2Fe2O3 + 2C2Cl6 +3Zn → 4FeCl3 +6CO +3ZnCl2 .
Рецептура состава: |
|
|
|
|||
Zn = |
|
|
3 65.38 |
100% =16% , |
||
|
|
|||||
3 65.38 + 2 159.7 +3 237.02 |
||||||
C2Cl6 = |
|
3 237.02 |
|
|
100% = 58% , |
|
3 65.38 + 2 159.7 +3 237.02 |
||||||
Fe2O3 = |
|
2 159.7 |
|
|
100% = 26% . |
|
|
3 65.38 + 2 159.7 +3 237.02 |
|||||
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вещество |
|
|
Содержание, % |
|
|
|
Zn |
|
|
16 |
|
|
|
Fe2O3 |
|
|
26 |
|
|
|
C2Cl6 |
|
|
58 |
3.3Расчет рецептур через систему уравнений
Воснове метода лежит составление системы уравнений.
Вобщем виде уравнение для расчета кислородного баланса выглядит
следующим образом
КБ = |
x |
− |
y |
, |
(3.3) |
|
КЭгор |
||||
|
КЭок |
|
|
||
где x, y — содержание окислителя и горючего в смеси соответственно. Суммарное содержание компонентов в смеси равно 100%
x + y =100 . |
(3.4) |
22
Уравнения 3.3 и 3.4 образуют систему двух уравнений с двумя
неизвестными
|
x |
− |
y |
= КБ |
|
|
|
|
|
|
|||
КЭок |
КЭгор |
(3.5) |
||||
|
|
. |
||||
|
|
=100 |
|
|
||
x + y |
|
|
||||
Способ расчета является формализованным. Поэтому решении системы уравнений вида 3.5 может использоваться компьютер (программы
Eureka, MathCAD, Microsoft Excel, Star Office Calc).
Пример 9. Рассчитать рецептуру стехиометрической смеси Fe2O3, Al2О3, Al, причем массовое содержание Al2О3 равно 10% сверх 100%
Al2О3 является продуктом реакции горения исходной смеси и используется как инертное вещество для снижения температуры горения.
Вещество |
КЭ |
Содержание,% |
Fe2O3 |
3.32 |
x |
Al |
1.12 |
y |
Al2O3 |
– |
z |
Система уравнения будет выглядеть следующим образом
|
|
|
|
|
|
x + y + z =110 |
баланспо массе |
||||
|
|
|
|
|
содержаниеAl2O3 |
z =10 |
|||||
|
x |
|
y |
|
|
|
|
|
|
|
кислородныйбаланс |
|
−1.12 = 0 |
||||
3.32 |
|||||
Решение системы: x = 74.8, y = 25.2, z = 10.
Так как ответ должен быть дан в процентах, приводим решение к
100%:
|
74.8 100 |
|
||||
x = |
|
|
|
|
= 68% |
|
110 |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
25.2 100 |
|
||||
|
|
|
||||
y = |
|
|
|
|
= 22.9% |
|
110 |
|
|
||||
|
|
|
|
|||
|
10 100 |
|
|
|
||
z = |
|
|
= |
|
9.1% |
|
110 |
||||||
|
|
|
|
|||
23
Ответ: |
|
Вещество |
Содержание, % |
Fe2O3 |
68 |
Al |
22.9 |
Al2O3 |
9.1 |
Пример 10. Рассчитать состав, состоящий из Sr(NO3)2, Mg, Al и стеарата кальция с КБ равным – 15 при содержании 4% стеарата кальция и
соотношении Mg: Al = 3:1. |
|
|
Вещество |
КЭ |
Содержание,% |
Sr(NO3)2 |
2.2 |
x |
Mg |
1.52 |
y |
Al |
1.12 |
z |
(C17H35COO)2Ca |
1.15 |
f |
Система уравнения будет выглядеть следующим образом
x + y + z + f |
=100 |
|
|
|
|
баланспо массе |
||||||||||
|
= 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
содержание стеарата кальция |
||||
f |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
y |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соотношениеMg : Al |
|
= 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
z |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
x |
|
− |
|
y |
− |
|
z |
− |
|
f |
= −15 |
кислородныйбаланс |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
1.52 |
1.12 |
1.15 |
|
|||||||||||
2.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Решение системы x = 49.3%, y = 35.2%, z = 11.5%, f = 4% |
||||||||||||||||
Ответ: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вещество |
|
Содержание, % |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Sr(NO3)2 |
|
49.3 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mg |
|
35.2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Al |
|
11.5 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
(C17H35COO)2Ca |
4 |
|||||||
24
3.4 Рецептуры с лаковой составляющей
Пример 11. Рассчитать рецептуру состава и лаковой составляющей Pb(CNS)2, KClO4, коллоксилинс кислородным балансом КБ = 0. В состав входит 3% коллоксилина. Коллоксилин вводится в виде 5% раствора в ацетоне.
Последовательность расчета выглядит следующим образом.
1.Расчет приготавливаемого лака.
2.Расчет сухой смеси Pb(CNS)2 + KClO4.
3.Расчет количества лака, которое необходимо добавить к смеси. Расчет лака будем вести на 100 г готового раствора.
Тогда количество коллоксилина будет mколлоксилин = 5 г, ацетона —
mацетон = 95 г.
Для приготовления лакового раствора необходимо рассчитать объем ацетона
Vацетон |
= |
mацетон |
= |
|
95 |
=120мл. |
|
|||
|
ρацетон |
0,791 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Вещество |
|
|
|
КЭ |
Содержание,% |
||||
|
Pb(CNS)2 |
|
|
|
1.444 |
x |
||||
|
|
KClO4 |
|
|
|
|
2.164 |
y |
||
Система уравнения для двойной смеси роданид свинца — перхлорат |
||||||||||
калия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
y |
− |
|
x |
= КБ |
|
|
|
||
|
|
|
|
. |
|
|
||||
2.164 |
1.444 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
=100 |
|
|
|
|
|
|
||
x + y |
|
|
|
|
|
|
||||
Содержание Pb(CNS)2 x = 40%, KClO4 — y = 60%.
Далее рассчитаем количество лака, которое необходимо добавить к 10 г сухой смеси Pb(CNS)2 + KClO4.
Масса коллоксилина необходимая для 10 г состава
mколлоксилин =101003 = 0.3 г.
25
Для расчета количества ацетона, содержащегося в лаке с 0.3
граммами коллоксилина составим пропорцию |
|
|
|||||||||||||||
|
Вещество |
|
|
|
|
|
|
Масса, г |
Содержание % |
||||||||
Коллоксилин |
|
|
|
|
0.3 |
|
|
5 |
|
||||||||
Ацетон |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
x |
|
95 |
|||||||
mацетон = x = |
0.3 95 |
=5.7 г. |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рассчитаем объем лака, который необходимо добавить к 10 г состава. |
|||||||||||||||||
Vколлоксилин = |
mколлоксилин |
= |
|
0.3 |
= 0.188 мл. |
|
|
||||||||||
|
|
|
1.600 |
|
|
||||||||||||
|
|
ρколлоксилин |
|
|
|
|
|
||||||||||
Vацетон = |
mацетон |
|
= |
|
5.7 |
|
= 7.206мл. |
|
|
||||||||
ρацетон |
|
0.791 |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Vлак =Vколлоксилин |
|
+Vацетон = 0.188 + 7.206 = 7.394 мл. |
|||||||||||||||
3.5 Обеспеченность пиротехнической смеси кислородом
Многие ПС, кроме кислородного баланса, характеризуют еще обеспеченностью кислородом. Обеспеченность ПС кислородом вычисляют по соотношению
α = |
mok |
(3.6) |
|
mгор |
|||
|
|
где mок − количество активного кислорода, содержащееся в окислителях в 100 г пиротехнического состава; mгор − количество кислорода, необходимого для окисления горючих, содержащихся в 100 г пиротехнического состава.
Пример 12. Вычислить кислородный баланс (КБ) и обеспеченность кислородом (α) у смесей, указанных в таблице 3.
26
Таблица 3 – Теплоты образования оксидов, ккал/г-атом О2
Компонент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Содержание, % |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№1 |
|
|
|
№2 |
|
№3 |
|
№4 |
КЭ |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
KClO4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
50.0 |
|
|
|
27 |
|
63 |
|
35 |
2.16 |
||||||||
KNO3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8.6 |
|
|
|
|
8 |
|
7 |
|
5 |
2.11 |
|||||||
Mg |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
41.4 |
|
|
|
65 |
|
30 |
|
45 |
1.52 |
|||||
Al |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
|
|
|
|
|
|
– |
|
– |
|
15 |
1.12 |
|
Смесь 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
КБ = |
|
|
|
50 |
+ |
8.6 |
|
|
− |
41.4 |
|
= 0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
2.16 |
2.11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
1.52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
50 |
|
|
+ |
|
8 .6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
α = |
|
|
|
2 .16 |
|
2 .11 |
|
= 1 . |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
44 .4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
1 .52 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Смесь 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
КБ = |
|
27 |
|
+ |
|
|
|
8 |
|
− |
|
65 |
|
= −26 |
, |
|
|
|
|
|||||||||
2.16 |
|
|
2.11 |
|
1.52 |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
27+ 8
α= 2.16 2.11 = 0.382 . 65
1.52
Смесь 3
КБ = 263.16 + 2.711 −130.52 =12.7 ,
63+ 7
α= 2.16 2.11 =1.65. 30
1.52
Смесь 4
КБ = 235.16 + 2.511 −145.52 −115.12 = −24.4 ,
35 + 5 α = 245.16 + 215.11 = 0.43.
1.52 1.12
27
Ответ:
Состав |
КБ |
α |
№1 |
0 |
1 |
№2 |
-26 |
0.38 |
№3 |
12.7 |
1.65 |
№4 |
-24.4 |
0.43 |
28
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (СПРАВОЧНОЕ). СРОДСТВО ЭЛЕМЕНТОВ К КИСЛОРОДУ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ И ТЕПЛОТЫ ОБРАЗОВАНИЯ ОКИСЛОВ
Реакция |
Сродство элементов при температуре (ºС), |
Теплота |
||||||||
образования, |
||||||||||
образования |
|
|
ккал/моль |
|
|
ккал/моль |
||||
окислов |
|
|
|
|
|
|
|
|||
27 |
427 |
1027 |
1500 |
2027 |
2227 |
Газ. |
Тв. |
Газ. |
||
|
||||||||||
2Ca+O2=2CaO |
288.8 |
274.0 |
138.9 |
221.0 |
166.0 |
143.0 |
– |
303.8 |
+58.0/ |
|
62.0 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2Be+O2=2BeO |
278.0 |
– |
– |
– |
– |
– |
–11.4 |
292.0 |
-23.6 |
|
2Mg+O2=2MgO |
272.0 |
259.0 |
226.0 |
189.0 |
126.0 |
105.0 |
– |
286.0 |
+52.0/ |
|
+16.6 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2SrO+O2=2SrO2 |
268.0 |
– |
– |
– |
– |
– |
– |
282.0 |
+12.4 |
|
2Ba+O2=2BaO |
253.0 |
230.0 |
205.0 |
185.0 |
– |
– |
– |
266.8 |
14.5 |
|
(1400°) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+173.2/ |
|
4/3Al+O2=2/3Al2O3 |
251.0 |
226.0 |
200.0 |
186.0 |
156.0 |
140.0 |
|
266.0 |
+118.66 |
|
|
(Al2O3) - |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90.6 |
|
Zr+O2=ZrO2 |
244.0 |
230.0 |
205.0 |
190.0 |
180.0 |
|
|
258.2 |
-27.2 |
|
(1800°) |
|
|
(ZrO) |
|||||||
Ti+O2=TiO2 |
204.0 |
183.0 |
164.0 |
143.0 |
122.0 |
– |
– |
218.0 |
-53.2 |
|
(TiO) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Si+O2=SiO2 |
196.0 |
178.0 |
152.0 |
148.0 |
115.0 |
108.0 |
+65.5 |
205.4 |
+53.2 |
|
(SiO) |
(SiO) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+10.6 |
|
4/3B+O2=2/3B2 O3 |
188.0 |
185.0 |
176.0 |
167.0 |
147.0 |
– |
+23.2 |
201.4 |
(BO) |
|
(1680°) |
(BO) |
+144.0 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(B2O3) |
|
4Na+O2=2Na2O |
180.0 |
150.0 |
110.0 |
– |
– |
– |
– |
198.8 |
– |
|
2Mn+O2=2MnO |
174.0 |
160.0 |
138.0 |
136.0 |
104.0 |
– |
– |
184.0 |
-69.2 |
|
(677°) |
||||||||||
4/3Cr+O2=2/3 |
167.0 |
150.0 |
124.0 |
105.0 |
85.4 |
– |
– |
179.8 |
-130.0 |
|
Cr2O3 |
(CrO) |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2Zn+O2=2ZnO |
152.0 |
130.0 |
100.0 |
50.0 |
– |
– |
– |
166.34 |
– |
|
2Fe+O2=2FeO |
119.0 |
106.0 |
84.0 |
74.0 |
60.0 |
– |
– |
127.14 |
-126.6 |
|
2Pb+O2=2PbO |
91.0 |
70.0 |
38.0 |
8.0 |
– |
– |
– |
104.14 |
-57.8 |
|
2C+O2=2CO |
63.0 |
83.0 |
109.0 |
124.0 |
152.0 |
160.0 |
– |
– |
+52.8 |
|
4Cu+O2=2Cu2O |
61.0 |
55.0 |
34.0 |
24.0 |
8.0 |
– |
– |
79.0 |
-70.0 |
|
29
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 (СПРАВОЧНОЕ). КИСЛОРОДНЫЕ ЭКВИВАЛЕНТЫ ОКИСЛИТЕЛЕЙ
|
|
|
|
Полное |
|
|
Неполное |
|
||
Окислитель |
Формула |
ММ |
восстановление |
восстановление |
||||||
|
Экви- |
Про- |
|
|
Экви- |
|
Про- |
|||
|
|
|
%O2 |
ва- |
дук- |
%O2 |
|
ва- |
|
дук- |
|
|
|
|
лент |
ты |
|
|
лент |
|
ты |
|
|
|
Нитраты |
|
|
|
|
|
|
|
Нитрат аммония |
NH4NO3 |
80.05 |
20.0 |
5.0 |
N2, |
– |
|
– |
|
– |
H2O |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нитрат бария |
Ba(NO3)2 |
261.39 |
30.7 |
2.72 |
Ва |
30.6 |
|
3.27 |
|
ВаО |
Нитрат калия |
KNO3 |
101.10 |
47.5 |
2.11 |
К |
39.6 |
|
2.53 |
|
K2O |
Нитрат лития |
LiNO3 |
68.95 |
69.7 |
1.44 |
Li |
58.0 |
|
1.72 |
|
Li2O |
Нитрат натрия |
NaNO3 |
85.0 |
56.4 |
1.77 |
Na |
47.0 |
|
2.13 |
Na2O |
|
Нитрат свинца |
Pb(NO3)2 |
331.23 |
29.0 |
3.45 |
Pb |
24.18 |
|
4.14 |
|
PbO |
Нитрат стронция |
Sr(NO3)2 |
211.65 |
45.5 |
2.2 |
Sr |
37.9 |
|
2.64 |
|
SrO |
|
|
|
Хлораты |
|
|
|
|
|
|
|
Хлорат бария |
Ba(ClO3)2 |
304.3 |
|
3.17 |
BaCl2 |
|
|
|
|
|
Хлорат |
Ba(ClO3)2· |
322.28 |
29.7 |
2.35 |
BaCl2, |
|
|
|
|
|
бария(вод) |
H2O |
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
|
Хлорат калия |
KClO3 |
122.55 |
39.2 |
2.55 |
KCl |
– |
|
- |
|
– |
Хлорат натрия |
NaClO3 |
106.44 |
|
2.22 |
NaCl |
|
|
|
|
|
|
|
|
Перхлораты |
|
|
|
|
|
|
|
Перхлорат |
NH4ClO4 |
|
|
|
N2, |
|
|
|
|
H2O, |
117.5 |
68.3 |
2.94 |
HCl, |
27.2 |
|
7.35 |
|
NO, |
||
аммония |
|
|
||||||||
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
Cl2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Перхлорат |
|
|
|
|
N2, |
|
|
|
|
|
NH4ClO4 |
117.5 |
54.5 |
3.68 |
Cl2, |
– |
|
– |
|
– |
|
аммония |
|
|
||||||||
|
|
|
|
H2O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перхлорат калия |
КСlO4 |
138.55 |
46.3 |
2.16 |
KCl |
– |
|
– |
|
– |
Перхлорат лития |
LiСlO4 |
106.4 |
60.1 |
1.66 |
LiCl |
– |
|
– |
|
– |
Перхлорат |
NaClO4 |
122.45 |
52.27 |
1.91 |
NaCl |
– |
|
– |
|
– |
натрия |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Оксиды, пероксиды |
|
|
|
|
|
|
||
Перекись бария |
BaO2 |
169.36 |
18.9 |
5.3 |
Ва |
9.45 |
|
10.58 |
|
ВаО |
100% |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перекись бария |
BaO2 |
169.36 |
17.7 |
5.95 |
Ва |
8.05 |
|
12.4 |
|
ВаО |
85% |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Перекись бария |
BaO2 |
169.36 |
46.14 |
6.16 |
Ва |
7.55 |
|
13.15 |
|
– |
80% |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
30