Краткие теоретические сведения. Задача 1. Определить кислородный баланс акватола 65/35

Задача 1. Определить кислородный баланс акватола 65/35.

3 а д а ч а 2. Определить кислородный баланс динитронафталина С10H6(NO2)2, имеющего относительную молекулярную массу 218.

Задача 3. Определить кислородный баланс тэна C(CH2O∙NO2)2, относительная молекулярная масса которого равна 316.

Задача 4. Определить кислородный баланс ифзанита, состоящего из 40 % аммиачной селитры, 16 % алюминиевой пудры и 44 % тротила.

Задача 5. Определить кислородный баланс алюмотола, пред­ставляющего собой сплав гранулированного тротила с 15 % алюминие­вой пудры.

Задача 6. Определить кислородный баланс предохранительно­го аммонита ПЖВ-20, содержащего 64 % аммиачной селитры, 16 % тро­тила и 20 % хлористого натрия.

Задача 7. Определить кислородный баланс предохранительно­го ВВ, имеющего 56 % аммиачной селитры, 9 % тротила, 3 % древесной муки и 32 % хлористого натрия.

Задача 8. Определить кислородный баланс угленита, представ­ляющего смесь следующего состава: 14,2 % нитрогликоля C2H4N206; 2,5 % древесной муки C15H22O10; 7% хлористого калия КС1; 46,3 % натриевой селитры NaNO3; 29 % хлористого аммония NH4C1; 1 % стеарата кальция С36Н70O4Са.

Задача 9. Определить кислородный баланс предохранительно­го аммонита АП-5ЖВ, имеющего в составе 70 % аммиачной селитры, 18 % тротила и 12 % хлористого натрия.

Задача 10. Определить кислородный баланс аммонита скально­го № 1, имеющего в составе 66 % аммиачной селитры NH4NO3; 5 % тро­тила C7H5(NO2)3 (относительная молекулярная масса равна 227); 24 % гексогена С3Н6O6N6 (относительная молекулярная масса равна 222); 5 % алю­миния А1 (относительная молекулярная масса равна 27).

Задача 11. Определить кислородный баланс коллоидного хлопка C22,5H28,8O36N8,7 (относительная молекулярная масса составляет 1000).

3 а д а ч а 12. Определить кислородный баланс пироксилина C24H2909(ON02)9 (относительная молекулярная масса равна 1243).

Задача 13. Составить молекулярное уравнение граммонита 50/50.

Задача 14. Определить химическую формулу предохранитель­ного аммонита ПЖВ-20, имеющего в составе 64% аммиачной селитры, 16 % тротила и 20 % поваренной соли..

Задача 15. Составить молекулярную формулу граммонита 30/70.

Задача 16. Определить процентное соотношение компонентов динамона с нулевым кислородным балансом на основе аммиачной се­литры и древесной муки.

Задача 17. Определить молекулярную формулу ифзанита (со­став приведен в задаче 4).

Задача 18. Определить химическую формулу алюмотола (со­став приведен в задаче 5).

Задача 19. Определить химическую формулу предохранитель­ного аммонита АП-5ЖВ (состав приведен в задаче 9).

Задача 20. Определить химическую формулу гранулита АС-4, имеющего в составе 92,8 % аммиачной селитры, 4 % алюминиевой пуд­ры и 4,2 % солярового масла.

Задача 21. Составить молекулярную формулу угленита Э-6 (состав приведен в задаче 8).

Задача 22. Определить химическую формулу аммонита скаль­ного №1 (состав приведен в задаче 10).

Задача 23. Определить процентное содержание алюминия и ам­миачной селитры для получения ВВ с нулевым кислородным балансом.

Задача 24. Определить химическую формулу гранулита С-2, имеющего в составе 92,8 % аммиачной селитры, 4% алюминиевой пудры и 3 % солярового масла.

Цель работы:закрепление теоретических знаний и получение практических навыков по определению основных термодинамических характеристик взрыва заряда ВВ расчетным способом.

Теплота, объем, температура и давление газов при взрыве ВВ за­висят от состава образующихся продуктов взрыва и их количества.

Состав продуктов взрыва и реакции превращения промышленных ВВ в значительной степени определяются их кислородным балансом.

С точки зрения построения реакций взрывчатого превращения, ВВ делятся на три группы.

К первой относятся ВВ с количеством кислорода, достаточным для полного окисления горючих элементов. ВВ этой группы имеют ну­левой или положительный кислородный баланс. Например, реакция раз­ложения нитроглицерина имеет вид

Ко второй группе относятся ВВ с количеством кислорода, доста­точным для полного газообразования. Часть кислорода, входящего в со­став ВВ, сначала окисляет водород в воду, углерод в окись углерода, а затем оставшаяся часть кислорода образует с окисью углерода углекис­лый газ. Примером может служить реакция разложения тэна:

К третьей относятся ВВ с количеством кислорода, недостаточным для полного газообразования. В этом случае водород окисляется в воду, а часть углерода - в окись углерода, выделяя свободный углерод. На­пример, приведем реакцию разложения тротила:

Определение теплоты взрыва.Теплотой взрыва называется ко­личество тепла, которое выделяется при взрывчатом разложении одного моля, или 1 кг ВВ.

Теплота взрывчатого превращения может быть вычислена и оп­ределена экспериментально. В качестве стандартных условий принима­ют температуру 18 °С (иногда 25 °С) и давление 1,01-10 5 Па.

Вычисление теплоты взрыва основано на законе Гесса, согласно кото­рому тепловой эффект зависит не от направления протекания реакции, а только от начального и конечного состояний химической системы. В этом случае те­плота взрыва равна алгебраической сумме теплоты образования ВВ и тепло­ты продуктов взрыва. Рассмотрим три состояния, графически описываемых треугольником Гесса (рис. 2.1).

Первоначальному состоянию отвечают свободные

Рис. 2.1. Треугольник Гесса: 1 – элементы, из которых состоит ВВ, второму - собственно

свободные химические элемен- ВВ, а третьему, конечному состоя­нию, - продукты

ты; 2 – взрывчатое вещество; взрыва. Реакция может идти по двум направлениям:

3 – продукты взрыва

1.Из свободных элементов образуется ВВ. Эта реакция характе­ризуется положительным или отрицательным тепловым эффектом Q1-3. Далее при взрыве ВВ образуются продукты взрыва с выделением тепло­ты Q2-3.

1. Из свободных элементов получаются продукты взрыва ВВ и выделяется теплота их образования Q1-3.

В соответствии с законом Гесса

и теплота взрыва

Величина Q2-3 характеризует теплоту взрыва при постоянном дав­лении Qp.

При охлаждении продуктов взрыва до температуры окружающей среды 15 °С (288 К) теплота взрыва при постоянном объеме Qv связана с Qp выражением

Если температура продуктов взрыва снижается до 25 °С (298 К), то

где n - число молей газообразных продуктов взрыва. Выделившаяся теплота при расчете на 1 кг ВВ

где Мвв - молекулярная масса ВВ.

Из вышеуказанного следует, что для расчета теплоты взрыва не­обходимо знать уравнение взрывчатого превращения ВВ.

Характеристики ВВ, их компонентов и продуктов взрыва приведены в табл. 2.1.

Пример 1.Определить теплоту взрыва нитроглицерина, взрыв­чатое превращение которого протекает по уравнению

Решение. Теплота образования нитроглицерина Q1-2=351 кДж/моль (табл. 2.1).

Теплота образования продуктов взрыва

где qco2 = 396 кДж/моль и qH2O = 241 кДж/моль - теплота образования углекислого газа и паров воды соответственно. Теплота взрыва

Приняв температуру среды, равной в 15 °С, по формуле (2.2) вы­числяем теплоту взрыва при постоянном объеме:

Выделившаяся теплота при молекулярной массе нитроглицерина МВB = 227 в расчете на 1 кг ВВ (2.4)

Температура газов взрыва.Температуру газов взрыва (°С) вы­числяют по формуле

где Qv - теплота взрыва ВВ, Дж/моль; cv - средняя теплоемкость всех продуктов взрыва при постоянном объеме в интервале от 0 до Т °С, Дж/(моль∙°С).

Вещество Химическая формула Относи- тельная молекулярная масса Теплота образования при постоянном объёме, кДж/моль Кислородный баланс, % Вода (жидкая) H2O Вода(газ) H2O Углекислота (газ) CO2 Окись углерода (газ) CO -57 Метан (газ) CH3 -200 Окись азота (газ) NO 90,5 +52,2 Окись алюминия Al2O3 Окись кальция CaO 631,8 Углекислый калий K2CO3 Аммиачная селитра NH4NO3 +20 Азотнокислый калий KNO3 +39,6 Азотнокислый натрий NaNO3 - +42,4 Тротил C7H5(NO2)3 56,5 -74 Динитронафталин C10H6O4N2 35,2 -139,4 Тетрил C7H5O8N5 41,8 -47,2 Гексоген C3H6O6N6 87,4 -21,6 Тэн C5H8O12N4 512,9 -10,1 Нитроглицерин C3H5(ONO2)3 350,7 +3,5 Нитрогликоль C2H4(ONO2)2 233,6 Коллойдный хлопок (12,2 %) C22,5H28,8O36N8,7 2722,2 -33,5 Гремучая ртуть Hg(CNO)2 284,5 273,6 -11,3 Стеарат кальция C36H70O4Ca -274,1 Бумага (целлюлоза) C10H6O5 946,9 -180 Древесная мука C15H22O10 - -137 Парафин C24H5O 338,5 - -346 Алюминий Al - -89 Хлористый натрий NaCl 58,5 - Хлористый калий KCl 74,5 - Сернокислый калий K2SO4 1442,2 Аммиак NH3 -141 Хлористый аммоний NH4Cl 53,5 - -59,8 Тринитрофенолят аммония C6H2(NO2)3ONH4 113,2 -52

Теплоемкость в зависимости от температуры определяют по формуле

где a, b - коэффициенты, найденные опытным путем.

Решив совместно уравнения (2.5) и (2.6), получим

Теплоемкость следующих газов в зависимости от температуры находят по формулам:

Дж/(моль∙°С) - двухатомные; (2.8)

Дж/(моль∙°С) - четырехатомные; (2.9)

Дж/(моль∙°С) - пары воды; (2.10)

Дж/(моль∙°С) - углекислый газ; (2.11)

Дж/(моль∙°С) - твердые продукты; (2.12)

Теплоемкость смеси газов рассчитывают по формулам (2.8)-(2.12), учитывая долевое участие каждого из составляющих и выполняя их почленное сложение, чтобы найти суммарные величины ∑а и ∑Ь. При этом расчетная формула принимает вид

Рассмотрим порядок расчета температуры взрыва ВВ на примере.

Пример 2.Вычислить температуру взрыва нитроглицерина, если теплота взрыва нитроглицерина равна 1443 кДж/моль.

Решение. Теплоемкость всех продуктов взрыва (см. пример 1) определяем на основе вышеприведенных формул.