Таблица 3

Таблица 3

Взрывчатое вещество или взрывчатая смесь	При постоянном давлении	При постоянном объеме
	кДж/моль	кДж/моль	кДж/кг
Аммония нитрат NH₄NO₃	365,7	354,3	4433,0
Аммиак NH₃	81,01	71,18	4186,8
Вода (жидкая) H₂O	286,2	282,5	15717,6
Вода (пар) H₂O	241,9	240,6	13354,6
Гексоген C₃H₆O₆N₆	-71,6	-93,3	-420,3
Двуокись углерода CO₂	395,6	395,6	8987,3
Динитронафталин C₁₀H₆O₄N₂	-15,2	-20,8	-138,0
Древесная мука C₁₅H₂₂O₁₀	-	479,0	1323,2
Коллоидный хлопок (12,2% N)	2762,8	2700,0	10310,1
Метан CH₄	76,62	74,11	4631,64
Нитрогликоль C₂H₄O₆N₂	244,0	228,4	1508,6
Нитроглицерин C₃H₅O₉N₃	365,0	344,5	1516,6
Нитрид алюминия NAl	334,94	330,76	8067,25
Окись азота NO	-90,4	-90,4	-3014,0
Окись алюминия Al₂O₃	1670,2	1666,4	16346,3
Окись углерода CO	112,5	113,7	4060,4
Стеарат кальция C₃₆H₇₀O₄Ca	2774,17	2684,16	4422,0
Тетрил C₇H₅O₆N₅	-33,49	-55,68	-193,43
Тротил C₇H₅O₆N₃	59,4	42,3	186,7
Тэн C₅H₆O₁₂N₄	531,6	407,3	1588,6
Хлористый калий KCl	438,8	435,6	5843,6
Хлористый натрий NaCl	411,6	410,4	7019,9

Теплота взрыва может быть вычислена и теоретически, если известен состав продуктов взрыва, который определяется не только свойствами ВВ, но и характеристиками заряда и условиями опыта.

В химическом отношении взрыв ВВ представляет собой необратимую реакцию превращения исходного вещества или смеси веществ в конечные, преимущественно газообразные продукты. Направление этой реакции и состав продуктов взрыва определяют основные параметры взрыва: тепловую энергию, температуру, давление, скорость детонации и др.

Направление реакции взрывчатого превращения подчиняется основным законам химической термодинамики. Поскольку взрыв ВВ можно рассматривать как адиабатическое необратимое превращение, для него справедливо правило, отвечающее второму началу термодинамики: изолированная система стремится к максимальному значению энтропии. В идеальном случае это должно привести к образованию термодинамически наиболее устойчивых соединений, сопровождающихся максимальным выделением тепла, что зависит от обеспеченности состава ВВ кислородом и теплотворной способности горючих элементов, содержащихся в ВВ.

Рассмотрим кислородный баланс ВВ. Взрывчатые вещества преимущественно представляют собой органические соединения, состоящие из углерода водорода, кислорода и азота. В качестве горючего в ВВ используются водород и углерод, в качестве окислителя – кислород, азот выступает в роли связующего кислорода. Основными продуктами взрыва являются CO₂, H₂O, CO, N₂, H₂, O₂, CH₄, NH₃, C₂N₂, HCN , NO, NO₂, С.

Если в состав ВВ входит сера или хлор, то в продуктах взрыва могут быть SO₂, H₂S, HCl, и Cl₂. Когда ВВ содержат металлы (например, Al) или их соли, в продуктах взрыва встречаются окислы, карбонаты, сульфаты, хлориды и другие соединения этих металлов.

Наличие и соотношение перечисленных продуктов взрыва зависит от количества в ВВ кислорода и горючих элементов С и Н, могущих окисляться за счет кислорода. С этой точки зрения все взрывчатые вещества принято делить на три группы:

1) взрывчатые вещества с количеством кислорода, достаточным для полного сгорания горючих элементов (углерод окисляется до CO₂ , а водород - до H₂O);

2) взрывчатые вещества с недостатком кислорода для полного сгорания горючих элементов или вещества с отрицательным кислородным балансом;

3) бескислородные взрывчатые вещества.

Кислородный баланс – это избыток или недостаток кислорода во взрывчатом веществе, необходимый для полного окисления всех элементов, входящих в это вещество, которые способны окисляться (считается, что N₂ не окисляется).

Кислородный баланс обычно выражают в % или в граммах на грамм вещества.

Взрывчатые вещества (или смеси), в которых содержится кислорода больше, чем требуется для полного сгорания горючих элементов, принято называть веществами (или смесями) с положительным кислородным балансом. Если кислорода содержится столько, сколько требуется для полного окисления горючих элементов, то такие ВВ называют веществами (или смесями) с нулевым кислородным балансом.

Математическое выражение кислородного баланса может быть различным. В одном случае кислородный баланс в % может быть положительным и отрицательным, тогда он выражается следующим образом:

(11)

где а, b, и с число атомов соответственно С, Н и О в ВВ общей формулы C_aH_bO_cN_d.

16 – атомная масса кислорода, М_ВВ – молекулярная масса ВВ

Взрывчатое вещество или взрывчатая смесь	Молекулярная масса	Кислородный баланс, %
Алюминий		-89,0
Аммония нитрат NH₄NO₃		+20,0
Бумага (целлюлоза) (C₆H₁₀O₅)_Х	-	-120,0
Гексоген C₃H₆O₆N₆		-21,6
Гремучая ртуть Hg(CNO)₂		-11,3
Динитронафталин C₁₀H₆O₄N₂		-139,4
Древесная мука C₁₅H₂₂O₁₀		-137,0
Камфора C₁₀H₁₆О		-284,2
Керосин	-	-343,0
Клетчатка C₆H₁₀О		-118,5
Коллоидный хлопок (12,2% N)	-	-36,9
Крахмал C₆H₁₀О₅		-118,5
Масло растительное C₂₃H₃₆О₇		-215,0
Натрийкарбоксиметилцеллюлоза	-	-99,3
Нафталин C₁₀H₈		-300,0
Нитроглицерин C₃H₅O₉N₃		+3,5
Нитроклетчатка (пироксилин) C₂₄H₂₉N₁₁О₄₂		-28,6
Октоген C₄H₈O₈N₈		-21,6
Парафин C₂₄H₅₀		-346,0
Полиакриламид (CH₂- CH-СО-NH₂)_n	-	-169,0
Стеарат кальция C₃₆H₇₀O₄Ca		-274,0
Тетрил C₇H₅O₈N₅		-47,4
Тринитротолуол C₆H₂(NO₂)₃CH₃		-74,0
Тэн C₅H₈O₁₂N₄		-10,1
Уголь С		-266,7

При содержании в ВВ алюминия, высший окисел которого Al₂O₃ выражение (20) приобретает вид:

(12)

где е- число грамм-атомов алюминия в ВВ.

При количественной оценке содержания кислорода кислородный баланс выражается кислородным коэффициентом А который является отношением имеющегося в молекуле ВВ кислорода к потребному для образования продуктов полного сгорания. Отношение также удобно выражать в процентах:

(13)

где А имеет только положительное значение.

Для того, чтобы рассчитать Q_взр, необходимо знать теплоту образования данного ВВ и состав продуктов взрыва (табл.3).

Теоретический расчет состава продуктов взрыва (ПВ) весьма сложен, поэтому для инженерной оценки теплоты взрыва реакцию взрывчатого превращения часто записывают тем или иным приближенным способом.

Для составления приближенного уравнения реакции взрывчатого превращения запишем формулу ВВ в виде C_aH_bO_cN_d.

Тогда в зависимости от соотношения между a, b и с все ВВ можно условно разделить на 3 группы:

1) Если , то в составе продуктов взрыва в основном содержится: H₂O, CO₂, N₂и продукты их диссоциации.

2) Если , то, как правило образуются следующие газообразные продукты взрыва: CO₂, CO, H₂0, H₂, N₂.

3) Если , то в составе ПВ может присутствовать свободный углерод в виде сажи; при с < aобразование углерода неизбежно.

При таком написании уравнения взрывчатого разложения принято считать, что N₂не окисляется.

Для ВВ Iгруппы обычно применяют правило наибольшего выделения тепла (принцип Бертло), в соответствии с которым при взрыве образуются только продукты полного окисления CO₂, H₂O, N₂и учитывается их частичная диссоциация, а также возможность образования NO. Реакция взрывчатого превращения в этом случае имеет вид:

Для ВВ IIгруппы чаще всего довольно успешно применяют метод Малера и Ле-Шаталье, в соответствии с которым кислород, содержащиеся в молекуле ВВ сначала окисляет С до СО, и затем остаток его делится поровну между Н₂ и СО, окисляя их до Н₂О, и СО₂. Схема написания реакции по этому методу:

Для ВВ IIIгруппы обычно используют метод Бринкли-Вильсона. Суть этого метода состоит в том, что при двухстадийном написании уравнения реакции нужно сначала весь водород окислить до Н₂О, а затем остаток кислорода израсходовать на окисление углерода до CO.

Здесь необходимо отметить, что метод Бринкли-Вильсона можно с успехом использовать и при написании реакции взрывчатого разложения ВВ IIгруппы.

Несмотря на то, что методы последовательного окисления Малера-Ле-Шаталье и Бринкли-Вильсона не отражают физико-химическую сущность процессов, происходящих при взрыве, расчетные значений Q_взр, полученных с помощью этих методов согласуются между собой и с опытными данными. Это объясняется близостью тепловых эффектов конкурирующих реакций:

Поэтому рассматриваемые методы можно использовать для оценки Q_взр, но не для расчета состава ПВ и других характеристик ВВ.

Заключение

Преимущество взрывной технологии дробления горной массы в процессе ее отделения от массива оказалось настолько очевидным, что она широко применяется во всех горнодобывающих странах мира. Непрерывно растет и область применения энергии взрыва для получения полезной работы в других отраслях промышленности, науки и техники.

Это стимулирует развитие фундаментальных и прикладных исследований по изучению свойств самих ВВ с учетом свойств среды и технологии ведения взрывных работ. Учет физико-механических свойств разрушаемого объекта и метода ведения взрывных работ требуют конкретных взрывчатых веществ.

Поэтому так важно при создании новых взрывчатых веществ или подборе ВВ из существующего ассортимента прогнозировать их взрывчатые характеристики. В одном случае, в качестве такого прогноза для вновь синтезируемых ВВ будет достаточно использовать приближенный метод расчета теплоты взрыва, в других – необходимо использовать точные методы написания реакций взрывчатого разложения с последующим расчетом всех основных взрывчатых и детонационных характеристик этих ВВ.

Именно эти методы и изложены в настоящем учебном пособии, знание которых позволит решить вышеуказанные проблемы при подборе взрывчатых веществ.

Список использованных источников

· https://mylektsii.ru/13-63446.html

⇐ Предыдущая 12