Определение состава продуктов взрыва по методу Г.А. Авакяна

Состав конечных продуктов взрыва (реакция взрывчатого превращения) конденсированных ВВ типа C _a H _b O _c N _{d .} по методу Г.А. Авакяна может быть записана в виде

C _a H _b O _c N _d = x CO₂+ y CO+ u C+ z H₂O+ h H₂+ m O₂+ N₂. (20)

 

В основе расчета принято допущение, что коэффициент реализации К характеризует степень окисления водорода до воды. Другими словами, предполагается, что из максимально возможного числа b /2 в условиях взрыва реализуется К × b /2 молей воды, а (1- К)× b /2 остается в виде свободного водорода Н₂.

Откуда

, . (21)

 

Для расчета x, y, u, m необходимо учитывать, в каких соотношениях кислород, углерод и водород представлены в молекуле ВВ. В зависимости от этого можно выделить три случая, для каждого из которых предложены соответствующие расчетные формулы.

1. ВВ первой группы - А >100%:

 

 (22)

 

2. ВВ второй группы - А <100%:

Решается уравнение:

. (23)

 

Если  > (c > a + ), тогда  рассчитывается по формуле

 

 (24)

 

Остальные ПВ рассчитываются по формулам:

 

 

3. ВВ третьей группы - А< 100%:

Если <   (c < a + ), в составе ПВ отсутствует кислород (О₂) и рассчитывается по формуле

 

. (25)

 

Остальные ПВ рассчитываются по формулам:

 

 

Очевидно, что если   < a, в ПВ выделяется свободный углерод (С). При с < а образование углерода неизбежно.

Определяя по этим формулам состав ПВ и рассчитывая их суммарную теплоту образования, по закону Гесса может быть определена теплота взрыва. Этот расчет должен дать тот же результат, что и прямое вычисление Q _взр по формулам (15) и (16).

Пример 1. Составить уравнения взрывчатого превращения ВВ для трех различных групп по Г.А. Авакяну.

I. ВВ первой группы: нитроглицерин С₃Н₅О₉N₃, молекулярная масса 227.

 

1. С₃Н₅О₉N₃ ® x CO₂+ y CO+ z H₂O+ h H₂+ u C+ m O₂+1,5N₂.

 

Расчет по формуле (10) дает А = 106,5.

Расчет по формуле (14) дает К = 0,98.

 

.

 

Так как А >100, расчет  ведем по формуле (22)

 

.

= 3 - 2,92 = 0,08.

 

=3 - (2,92 + 0,08) = 0.

=0,5×(9 - 2,45 - 5,84 - 0,08) = 0,325.

Таким образом, уравнение реакции взрывчатого превращения будет

С₃Н₅О₉N₃®2,92СО₂+0,08СО+2,45Н₂О+0,05Н₂+1,5N₂+0,325O₂+334 ккал.

Определим теплоту взрыва по методу Г.А. Авакяна. Так как А 100%, определим теплоту взрыва по (15):

Q _взр = 0,32×106,5^0,24 (94×3+28,75×5) - 83,71 = 417,7 - 83,71=334 ккал / моль.

Примечание: здесь теплота образования нитроглицерина в ккал / моль.

Определим теплоту взрыва  по составу продуктов взрыва:

Q _взр =2,92×94+0,08×26,7+2,45×57,5-83,71=417,49-83,71= 333,78 ккал / моль.

Сравнивая , рассчитанные по составу ПВ и прямым путем, видим, что они равны.

По методу Г.А. Авакяна можно написать реакцию взрывчатого превращения с учетом образования NO, но в этом случае необходимо пренебречь диссоциацией СО₂ и Н₂О и полагать, что неполнота реализации  является следствием образования эндотермической окиси азота.

Тогда определим по (21):

Q _{п мах} = 57,5 b /2 + 94× а = 425,75 ккал.

Откуда

w _NO =  (26)

 

и уравнение реакции взрывчатого превращения будет

 

С₃Н₅О₉N₃ ® 3CO₂ + 2H₂O + 0,4NO + 1,3N₂ + 0,05O₂.

 

По Касту на основании анализа ПВ взрыва нитроглицерина реакция взрывчатого превращения имеет вид

 

С₃Н₅О₉N₃ ® 3CO₂ + 2,5H₂O + 0,19NO + 1,4H₂ + 0,13O₂ + 340 ккал.

 

. ВВ второй группы: ТЭН С₅Н₈О₁₂N₄, молекулярная масса 316.

 

1. С₅Н₈О₁₂N₄ ® x CO₂ + y CO + z H₂O + h H₂ + 2N₂ + u C + m O₂.

 

По формуле (13) А = 85,7%.

По уравнению (14) К = 0,93.

Расчет = 4×0,93 = 3,72.

Расчет  = 4×0,07 = 0,28.

Расчет :

решая уравнение (23)

 

 

видим, что

 

> : 12 - 3,72 = 8,28 > 5 + 3,168» 8,17,

 

тогда для расчета применяем уравнение (24):

 

3,22.

 

Расчет .

Расчет .

Расчет .

уравнение реакции взрывчатого превращения будет

 

С₅Н₈О₁₂N₄ ® 3,22СО₂ + 1,78СО + 3,72Н₂О + 0,28Н₂ + 2N₂ + 0,03O₂ + 444,5 ккал.

III. ВВ третьей группы: тротил С₇Н₅О₆N₃, молекулярная масса 227.

 

. С₇Н₅О₆N₃® x CO₂ + y CO + z H₂O + h H₂ + 1,5N₂ + u C + m O₂.

 

. Расчет по формуле (10) дает А = 36,36%.

. По формуле (14) К = 0,758.

4. Расчет = 2,5×0,758 = 1,9.

. Расчет  = 2,5×0,242 = 0,6.

. Расчет  по уравнению (23):

0,37.

. Расчет

. Расчет .

9. Расчет .

уравнение реакции взрывчатого превращения будет

 

С₇Н₅О₆N₃® 0,37СО₂ + 3,36СО + 1,9Н₂О + 0,6Н₂ + 2,27С + 1,5N₂ + 223,4 ккал.

 

Пример 2.

Рассчитать состав продуктов взрыва смеси АС-ДТ (гранулита игданита). Состав смеси АС-ДТ приведен в табл. 1.

 

Таблица 1

Компоненты	Содержание, %
Аммиачная селитра (АС)	94,5
Дизельное топливо (ДТ)	5,5

 

Брутто-формула смеси АС-ДТ приведена в табл. 2.

 

Таблица 2

Составляющая	Доля	C	H	O	N
АС (NH4NO3)	0,945	-	47,25	35,46	23,64
ДТ (C13H20)	0,055	4,06	6,28	-	-
Итого:	1,0	4,06	53,53	35,46	23,64

 

Откуда получают условную (брутто) формулу смеси АС-ДТ:

Проверяется масса условной (брутто) формулы ВВ

М _ас-дт =12×4,06+53,53+16×35,46+14×23,64=48,72 +53,53+ 567,36 + 330,96 =1000 г.

Определяется кислородный баланс и кислородный коэффициент:

 

;

А = .

 

Значению кислородного коэффициента А = 101,63% соответствует коэффициент реализации:

K =0,32× А ^0,24 = 0,32×101,63^0,24 = 0,97.

Так как А >100%, то рассматриваемая смесь АС-ДТ относится к ВВ первой группы.

Откуда получаем:

= = 25,97;

= = 0,8;

Реакция взрывчатого превращения смеси АС-ДТ по методике Г.А. Авакяна:

C_4,06H_53,53O_35,46N_23,64 = 3,89CO₂ + 0,17CO + 25,97H₂O + 0,8H₂ + 0,77О₂ + 11,82N₂.

Проверка суммарной массы ПВ: å М _пв = 1000,58 г.

Количественное определение объема продуктов взрыва на основании уравнения взрывчатого превращения смеси осуществляется по формуле: V _пв = 22,42× n_i (л/кг). Здесь n_i - число грамм-молей газа.

В табл. 3 приведено количество продуктов взрыва в единицах объема на 1 кг ВВ (л/кг ВВ).

 

Таблица 3

CO2	CO	H2 О	H2	O2	N2	Общее количество ПВ в л/кг.
87,21	3,81	582,25	17,94	17,26	265	973,47

 

В табл. 4 приведено количество ПВ в единицах массы на 1 кг ВВ (кг/кг ВВ). Данный расчет является проверкой суммарной массы ПВ. Очевидно, что по закону сохранения массы (материальный баланс)

 

å М _вв = å М _пв

 

Таблица 4

CO2 М =44	CO М =28	С М =12	H2O М =18	H2 М =2	O2 М =32	N2 М =28	Итого
0,1712	0,00476	0	0,46684	0,0016	0,02464	0,33096	1,0

Пример 3.

Расчет по Г.А. Авакяну теплового эффекта взрывчатого превращения гранулита игданита (смесь АС-ДТ).