Файл: Миндели, Э. О. Разрушение горных пород учебное пособие.pdf

Задавшись температурой взрыва (о способе приближенной оценки температуры взрыва будет сказано ниже), находим значение кон­ станты равновесия K v. Таким образом, для определения четырех неизвестных величин х, у, z и и имеем систему из четырех уравнений, которые могут быть приведены к квадратному уравнению относи­ тельно у. Вычислив у, легко определяем значения х, и, z.

Зная конечный состав продуктов реакции, можно рассчитать теплоту взрывчатого превращения и температуру. Если прп этом мы получим ту температуру, которой задались при расчете, то расчет уравнения выполнен правильно. В противном случае расчет следует повторить, задавшись другой температурой.

В качестве примера произведем расчет уравнения взрывчатого превращения гексогена. В соответствии с вышеизложенным напишем

исистему трех уравнений

х= 3— у;

u = Q— 3 — y = 3 — y; z = 3—6 -|- г/+ 3 = у.

Предположим, что температура взрыва гексогена равна 3500 К. В этом случае имеем

K D= — =7,84

рZXJ

или, решая это уравнение относительно у, получим

Решпв это квадратное уравнение, получим:

y = z = 0,775 0,8;

х = и = 3— у = 2,2.

Таким образом, уравнение взрывчатого превращения гексогена будет иметь вид:

C3HeNe0 6 = 2,2СО + 0,8СО2 + 0,8Н2 + 2,2Н,0 + 3N,.

ВВ третьей группы. К ним относятся ВВ с отрицательным кисло­ родным балансом (например, тротил), в продуктах взрыва которых находится твердый углерод.

Приближенно реакцию взрывчатого превращения взрывчатых веществ этой группы можно составить при допущении, что кислород, имеющийся в составе ВВ, окисляет сначала весь водород до воды, а затем оставшаяся часть кислорода реагирует с углеродом, обра­ зуя окись углерода. Избыток углерода выделяется в элементарном виде.

133

Для уточнения реакции взрывчатого превращения ВВ этой группы следует принимать во внимание равновесную реакцию, называемую р е а к ц и е й д о м е н н о г о г а з а

2СО +± С + С02 + </.

Предположим, что в продуктах взрыва свободного углерода будет содержаться» грамм-атомов. Тогда часть ВВ, превращающихся в газы, можно написать в виде формулы

СсчхНаО Л ..

Для этой формулы производим расчет по равновесию реакции водяного газа (как для ВВ второй группы). По результатам расчета вычисляем процентное содержание СО и С 02 в составе продуктов взрыва. Подставляем эти величины в выражение для константы равновесия доменного газа

где pz — общее давление [% СО] и [%С02] — объемный процент газа в составе смеси.

Температуру взрыва получаем при расчете реакции по равновесию водяного газа, а задавшись давлением взрыва рх, по данным, приве­ денным на стр. 133, можно определить константу равновесия К$. Подставляя эти значения в выражение (Х.З), вычисляем правую п левую части выражения. Если левая часть уравнения будет больше правой, то задаемся большим значением а и повторяем расчет. После­ довательные приближения продолжаем до тех пор, пока левая часть не станет равна правой.

Таким образом, пользуясь этой методикой, можно определить уравнение взрывчатого превращения любого ВВ. По закону Авогадро, рассчитаем объем продуктов взрыва F„, образующихся при взрыве 1 кг аммонита № 6ЖВ. Воду при этом рассматривают как газ; твердые продукты не учитывают, так как их объем мал по сравнению с объемом продуктов взрыва. Для расчета воспользуемся уравнением (Х.1) взрывчатого превращения аммонита № 6 Ж В . В этом случае удель­

молей газообразных продуктов, образующихся при взрыве 1 кг ВВ.

Теплоту взрыва рассчитывают на основе закона Гесса, который гла­ сит, что тепловой эффект химической реакции зависит только от на­ чального и конечного ее состояния и не зависит от промежуточных.

134

Обозначим индексами 1, 2 и 3 соответственно три состояния — начальное, промежуточное и конечное. Тогда — теплота, выде­ ляющаяся при переходе из начального состояния в промежуточное; (2„_3 — теплота перехода из промежуточного состояния в конечное и (?!_ з — теплота перехода нз начального состояния непосредственно в конечное тогда закон Гесса можно записать в следующем виде:

( ? 1 - 3 = ( ? 1 - 2 “ Ь Q z - 3 -

Для расчета теплоты взрыва ВВ состояние 1 (начальное) соответ­ ствует состоянию элементов в стандартных условиях (давление — 1 кгс/см2, температура — 291 К). Теплоту образованияэлементов в стандартных условиях принимают равной нулю.

Состояние 2 — взрывчатое вещество при стандартных условиях.

Теплота образования при 18° С и постоянном давлении наиболее распространенных компонентов взрывчатых смесей и теплота обра­ зования продуктов взрыва имеют следующие значения, ккал/моль:

В качестве примера рассчитаем теплоту взрыва аммонита № 6 ЖВ. Подставив в уравнение (Х.4) значения теплот образования про­

дуктов взрыва и исходных компонентов, получим

Qn-з = (6,48 ■94,51 + 22,07 • 57,78) - (9,88 • 87,36 + 0,925 • 17,5) = = 1888 — 879 = 1009 ккал/кг.

Полученная величина представляет собой теплоту взрыва при постоянном давлении. Практически же при детонации реакция взрыв­ чатого превращения успевает завершиться до того, как продукты ее существенно расширятся. Поэтому считают, что реакция происходит без изменения объема, т. е. продукты взрыва занимают объем, кото­ рый имело исходное ВВ.

Связь между теплотой взрыва при постоянном давлении Qp п теплотой взрыва при постоянном объеме Qv дается выражением

@v= @p +0,581V,

где N — число молей газообразных продуктов взрыва; 0,58 — работа расширения при давлении 1 кгс/см2 одного моля газа от первоначаль­

135

ного объема (принимаемого равным нулю) до объема, занимаемого газом прп стандартных условиях, ккал.

Тогда Qv — 1009 + 0,58 • 39,83 = 1032 ккал/кг.

Помимо расчетного метода теплоту взрыва можно определить экспериментальным путем. Параллельно с определением теплоты взрыва устанавливают объем и состав продуктов взрыва. При этом

метастатических термометров Бекмана, помещенных в медные клеммы, расположенные на внешней стенке бомбы.

Бомбу калибруют как калориметр путем сжигания в ней навески бензойной кислоты в атмосфере кислорода.

Значения объема газов и теплоты взрыва некоторых ВВ, получен­ ные А. Н. Апиным и А. Ф. Беляевым при взрывании зарядов массой 50 г в оболочке из свинца, приведены в табл. 31.

После определения теплоты и объема газообразных продуктов взрыва можно с помощью газового анализа установить химический состав продуктов взрыва. При проведении анализа большое внимание уделяют ядовитым газам взрыва — окиси углерода и окислам азота.

136

* Амматол 80/20 по составу близок к аммопиту Ml 6ЖВ.

Т а б л и ц а 32

После определения объема и состава продуктов взрыва и теплоты взрывчатого превращения можно рассчитать температуру взрыва.

Температурой взрыва обычно называют максимальную темпера­ туру, До которой могут нагреться при взрыве продукты взрывча­ того превращения. Она зависит от состава ВВ и продуктов его пре­ вращения г. Опытное определение температуры взрыва связано с большими трудностями, и в частности с высокими абсолютными значениями (до 5000° С) этого параметра, а также чрезвычайной кратковременностью его существования. В связи с этим основным методом определения температуры взрыва является пока расчетный, который производится следующим образом.

На основании того, что у различных ВВ температура взрыва связана с теплотой взрыва приблизительно линейным соотношением,

1 Следует всегда помнить, что теплота, температура и давление взрыва являются постоянными характеристиками данного ВВ и не зависят от массы взрываемого вещества.