Определение удельной энергии сплава ВВ с флегматизатором

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 6Следующая ⇒

При добавлении флегматизатора (горючее вещество) в сплав бризантных ВВ получаем сложное ВВ типа С_aН_bО_cN_d, где с - число атомов кислорода, а - углерода, b - водорода, d - азота.

Если имеется уравнение взрывчатого разложения, то согласно уравнению Гесса [3, 5], можно вычислить удельную энергию смеси ВВ:

, (3.2)

где Q_опв_i - теплота образования i-го продукта взрыва из исходных элементов

(C, H, O, N);

n_i - число молей i-го продукта взрыва;

`k - количество компонентов продуктов взрыва (i= 1, 2, 3,..., `k);

Q_{овв j}-теплота образования j-го компонента смеси ВВ из исходных элементов (C, H, O, N);

n_j - число молей j-го компонента смеси ВВ;

k - количество компонентов смеси ВВ (j=1, 2, 3,..., k);

M_{вв j} - молекулярная масса компонента смеси ВВ;

Обычно теплоты образования Q_{опв i} и Q_{овв j} рассматриваются применительно к одному молю ВВ ( размерность Дж/моль ) в изохорном Q_o_w или изобарном Q_O_p процессах. Их значения приводятся в соответствующих термохимических справочниках (таблицах ) [1, 5]. В данном пособии (см. Приложение, табл.3 ) приведен необходимый фрагмент таблицы, в котором содержатся данные по молекулярной массе М и теплоте образования веществ в изохорном процессе Q_O_w. Теплота образования некоторых простых веществ (H₂, N₂, O₂, кристаллического алюминия Al, углерода (сажи) С и т.д.) принимается равным нулю и поэтому в таблице не указанa.

Существует несколько приближенных методов определения состава газообразных продуктов при взрыве, которые позволяют определять теплоты образования Q_{опв i}[5]. Это принцип Бертло, метод Маляра и Ле Шателье, метод Бринкли-Вильсона и т.д. Мы воспользуемся наиболее простым расчетным методом предложенным Г.А. Авакяном.

Согласно методу, удельная энергия Q_w ВВ полностью определяется значением кислородного коэффициента

. (3.3)

Метод основан на следующих допущениях:

1. При взрыве реакция идет с максимальным тепловым эффектом. Это значит, что при взрыве кислород идет на образование молекул СО₂ и Н₂О. Из табл. 3, Приложения, находим Q_осо₂=393.86 кДж/моль; Q_Oн₂о = 240.93 кДж/моль. При этом допущении

2. В реальных условиях выделяется только часть энергии Q_о _max, так как при разложении образуются продукты типа C, CO, H₂, H и т.д. Следовательно уравнение (3.2) можно переписать:

, (3.6)

где К_A - коэффициент реализации, зависящий от кислородного коэффициента А, выраженный в % и апроксимируется следующей зависимостью:

. (3.7)

Метод Г.А. Авакяна дает хорошие результаты для большого класса ВВ, у которых А=12... 115%. Ошибка в определении Q_w по методу Авакяна не превышает 3.5%. Если кислородный коэффициент находится вне указанного диапазона (А< 12% или А> 115% ), метод применять нельзя. Следует воспользоваться вышеперечисленными методами [5].

Сплавы ВВ представляют сложные смеси, состоящие из нескольких компонентов. Компоненты входят в состав смеси ВВ в процентном отношении. При определении удельной энергии рассматривают 1 кг смеси ВВ. Поэтому знаменатель в выражениях (3.2) и (3.6) представляет брутто-формулу. Молекулярная масса брутто-формулы равна 1000 а.е.м. Сокращая числитель и знаменатель на 1000 получаем в выражении (3.6) следующую формулу:

_.(3.8)

При вычислении Q_w _см_., знаменатель записывать не будем.

Определим удельную энергию Q_w сплава ВВ с добавлением флегматизатора типа ТГФ ( ТГ-50 с 3% церезина ).

1. Перепишем состав смеси следующим образом. Умножим процентное содержание тротила и гексогена на относительную массу компонента

тогда ТГФ ( тротил - 50·0.97=48.5%, гексоген - 48.5%, церезин - 3% ).

2. Из табл. 3, Приложения, выписываем химическую формулу, представленную в виде C_aH_bO_cN_d, и молекулярную массу веществ M_ввj

тротил C₇H₅O₆N₃, M_Т = 227 а.е.м.;

гексоген C₃H₆O₆N₆, M_Г= 222 а.е.м.;

церезин C₄₅H₄₇, M_Ц= 587 а.е.м..

Молекулярная масса каждого компонента сплава ВВ определяется по химической формуле, как сумма произведений количества атомов соответствующих элементов на их атомную массу (табл. 3.2). Например молекулярная масса церезина равна: М_ц = 45·12 + 47·1 = 587 а.е.м..

Таблица 3.2

Химический знак	Элемент	Атомная масса а.е.м.
Al	Алюминий
H	Водород
O	Кислород
N	Азот
C	Углерод

3. Найдем число молей n_j каждого компонента в сплаве ТГФ массой 1 кг:

, (3.9)

где w_j - масса j -го компонента в граммах в 1 кг продукта ВВ. Тогда:

n_т = 485/227 = 2.137 моля тротила;

n_г = 485/222 = 2.185 моля гексогена;

n_ц = 30/587 = 0.051 моля церезина.

4. Химическая формула 1 кг сплава ТГФ записывается

2.137C₇H₅O₆N₃ + 2.185C₃H₆O₆N₆ + 0.051C₄₅H₄₇.

По этой формуле находим количество атомов каждого элемента ВВ:

a = 2.137·7 + 2.185·3 + 0.051·45 = 23.809 атомов С;

b = 2.137·5 + 2.185·6 + 0.051·47 = 26.192 атомов Н;

с = 2.137·6 + 2.185·6 = 25.932 атомов О;

d = 2.137·3 + 2.185·6 = 19.521 атомов N.

Брутто-формула 1 кг смеси ВВ имеет вид:

C_23.809 H_26.192 O_25.932 N_19.521.

Ее молекулярная масса М_ТГФ = 1000 а.е.м.

5. По формуле (3.3) находим значение кислородного коэффициента А в процентах

6. По формуле (3.7) определяем коэффициент реализации

7. По формуле (3.5) для А< 100% находим максимальную теплоту взрыва ТГФ:

8. Из таблицы 3, Приложения, находим Q_от= 42.32 кДж/моль; Q_ог =-93.44 кДж/моль; Q_оц = -185.7 кДж/моль. Подставляя полученные данные в формулу (3.8) и учитывая число молей n_j каждого компонента будем иметь:

Сравнивая с предыдущим параграфом видно, что зафлегматизированный 3% церезина сплав ТГ-50 дает снижение удельной энергии на 7.65%.

Определение удельной энергии сплава ВВ с порошкообразным

алюминием.

При добавлении в сплав бризантных ВВ порошкообразного алюминия (горючего вещества) получаем сложное вещество типа C_aH_bO_cN_dAl_f, где с - число атомов кислорода, b - водорода, а - углерода, d - азота, f - алюминия. Такое ВВ с алюминием обладает повышенной фугасностью действия. Порошкообразный алюминий, после детонации заряда, вступает в реакцию с продуктами взрыва (пары воды, углекислота и окись углерода) и сгорает за счет содержащегося в них кислорода. Эти реакции сопровождаются выделением большого количества тепла, которое не только компенсирует, но и превышает потери энергии вследствии введения в сплав ВВ алюминия, играющего на первой стадии взрыва роль инертной примеси. Поскольку реакция окисления алюминия протекает за пределами зоны детонации, то и выделенное избыточное тепло преобразуется в механическую работу при разлете продуктов взрыва, т.е. в период фугасного действия взрыва. При окислении алюминия образуются раскаленные твердые шлаки Al₂O₃, которые повышают пламенность взрыва и его зажигательное действие.

Определим кислородный баланс сплава ВВ с алюминиевой пудрой.

Для образования полных оксидов углерода (СО₂ ), водорода (Н₂О) и алюминия (Al₂O₃) необходимо, чтобы выполнялось условие:

Тогда кислородный коэффициент будет равен:

. (3.10)

Для определения удельной энергии Q_w изменим метод Г.А. Авакяна следующим образом:

1. При взрыве полностью происходит окисление алюминия Al₂O₃. Оставшийся кислород разделяется поровну между молекул СО₂ и Н₂О. Из табл.3, Приложения, дополнительно находим Q_o Al₂O₃ = 1637.32 кДж/моль. При этом допущении максимальная теплота образования:

при А³ 1; (3.11)

при А< 1. (3.12)

2. В реальных условиях выделяется только часть энергии Q_{о max}, так как при разложении образуются продукты типа: нитриды AlN, карбиды Al₄C₃ алюминия, С, СО, H₂, H, и т.д. Теплота образования этих веществ ниже, чем теплота образования Al₂O₃.

Следовательно максимальную сумму теплот образования можно представить следующим образом К_AQ_{о max}. Коэффициент реализации К_A вычисляется через кислородный коэффициент А (3.10), представленный в процентах, по формуле (3.7).

Удельную энергию вычисляем по формуле (3.8).

В сплав ВВ может добавляться не только алюминий, но и флегматизатор. Методика решения задачи аналогична.

Определим удельную энергию Q_w сплава ВВ с порошкообразным алюминием типа ТГАФ [(тротил - 48.5%, гексоген - 48.5%, церезин - 3%) - 80%, алюминий - 20%].

1. Перепишем состав ВВ следующим образом, умножив проценты составляющих сплава на относительную массу компонента 0.8. Тогда сплав примет вид: ТГАФ (тротил - 38.8%, гексоген - 38.8%, церезин - 2.4%, алюминий - 20%).

2. Выписываем из табл. 3, Приложения, и табл. 3.2 химические формулы и молекулярные массы:

тротил C₇ H₅ O₆ N₃, M_Т = 227 а.е.м.;

гексоген C₃ H₆ O₆ N₆, М_Г = 222 а.е.м.;

церезин C₄₅ H₄₇, М_Ц = 587 а.е.м.;

алюминий Al, М_А = 27 а.е.м..

3. Найдем число молей n_j каждого компонента в сплаве ТГАФ массой

1 кг по формуле (3.9)

n_т = 388/227 = 1.709 моля тротила;

n_г = 388/222 = 1.748 моля гексогена;

n_ц = 24/587 = 0.041 моля церезина;

n_А = 200/27 = 7.407 моля алюминия.

4. Запишем химическую формулу 1 кг сплава ТГАФ:

1.709 C₇H₅O₆N₃ + 1.748C₃H₆O₆N₆ + 1.041C₄₅H₄₇ + 7.407Al. (3.13)

5. Найдем число атомов каждого элемента ВВ в брутто-формуле С_aH_bO_cN_dAl_f из выражения (3.13):

а = 1.709·7 + 1.748·3 + 0.041·45 = 19.052 атомов С;

b = 1.709·5 + 1.748·6 + 0.041·47 = 20.960 атомов Н;

c = 1.709·6 + 1.748·6 = 20.742 атомов О;

d = 1.709·3 + 1.748·6 = 15.615 атомов N;

f = 7.407·1 = 7.407 атомов Al.

Молекулярная масса брутто-формулы равна М_ТГАФ = 1000 а.е.м..

6. Из выражения (3.10) находим значение кислородного коэффициента А в %

7. По формуле (3.7) определим коэффициент реализации

8. По формуле (3.12) для А< 100% находим максимальную теплоту взрыва ТГАФ

9. Определяем удельную энергию сплава ТГАФ.

Из табл. 3, Приложения, находим Q_от=42.32 кДж/моль; Q_ог=-93.44 кДж/моль; Q_оц = -185.7 кДж/моль; Q_оА = 0 кДж/моль.

Подставляя эти данные в формулу (3.8) и учитывая число молей n_j каждого компонента будем иметь:

Сравнивая с предыдущим параграфом видно, что добавка 20% алюминия, в зафлегматизированный 3% церезина сплав ТГ-50, приводит к увеличению удельной энергии на 39.6%.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 Следующая ⇒