Промышленные взрывчатые вещества
жүктеу/скачать 2,31 Mb.
|
treatise36887
- Бұл бет үшін навигация:
- Работа 4. Определение теплоты взрывчатого превращения Цель работы
| Содержание отчета
1. Краткое описание методики испытаний чувствительности ВВ к трению. 2. Таблица результатов испытаний. 3. График зависимости частости взрывов от давления нормального прижатия. Работа 4. Определение теплоты взрывчатого превращения Цель работы - экспериментальное определение теплоты взрывчатого превращения. Механическую работу взрыва производят расширявшиеся газообразные продукты взрывчатого превращения, нагретые до высокой температуры за счет теплоты, выделившейся при этом превращении. Величина теплоты взрыва позволяет оценить возможную работоспособность взрыва (фугасное действие). Зная плотность ВВ, теплоту взрыва и скорость детонации, можно судить также о разрушающем действии взрыва на среду в непосредственной близости от заряда. Одним из условий взрывчатого превращения химических соединений является экзотермичность процесса. Под теплотой взрывчатого превращения понимают теплоту, которая выделяется при взрыве 1 моль ВВ. Для целей практического сравнения различных ВВ и тем более взрывчатых смесей эту величину обычно относят не к 1 моль, а к 1 кг ВВ. В термохимии взрывчатых веществ приходится иметь дело со следующими тепловыми эффектами: теплотой сгорания, теплотой образования и теплотой взрыва. Теплота образования Qобр - количество тепла, которое выделяется или поглощается при образовании 1моль взрывчатого вещества из свободных химических элементов. Теплота сгорания Qсг вещества - количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 моль вещества в среде чистого кислорода при условии, что горючие молекулы образуют высшие окислы. Теплота взрывчатого превращения - количество тепла, выделяемое при взрывчатом превращении 1 моль вещества. Расчет теплоты образования ВВ и теплоты взрыва, исходя из теплот соответственно их образования и сгорания, производят по закону Гесса, который формулируется следующим образом: тепловой эффект процесса не зависит от пути, по которому он протекал, а зависит только от начального и конечного состояний системы. В общем виде закон Гесса может быть сформулирован следующим образом: тепловой эффект кругового процесса равен нулю. В применении к термохимии ВВ можно записать закон Гесса в виде соотношения Q1-2+Q2-3=Q1-3 (12.3) где индексы 1, 2 и 3 обозначают соответственно начальное, промежуточное и конечное состояния системы, а их сочетания - переход системы из одного состояния в другое. В зависимости от того, какие термохимические характеристики ВВ (теплота сгорания, теплота образования, теплота взрывчатого превращения, тепловой эффект реакции получения ВВ и др.) известны, возможны три варианта расчетов. Примем следующие обозначения в уравнении (12.3): состояния 1; 2 и 3 соответственно элементы ВВ; ВВ и продукт взрыва. Тогда Q1-2 – теплота образования ВВ из исходных элементов; Q2-3- теплота взрыва; Q1-3- теплота образования продуктов взрыва. Из уравнения (12.3) следует Q2-3=Q1-3 – Q1-2 При расчетах значения теплоты образования продуктов взрыва и сгорания, а также теплоты образования ВВ обычно берут из соответствующих термохимических таблиц. Необходимо указать, что в этих таблицах обычно приведены значения теплоты для реакций, протекающих при постоянном давлении Qр. Так как за теплоту взрыва обычно принимается теплота, выделившаяся при постоянном объеме, Qv, то нужно производить пересчеты по формуле Qv=Qp+(n2-n1) RT, (12.4) где R- газовая постоянная; Т - абсолютная температура; n1 и n2 масса соответственно исходных газообразных веществ и газообразных продуктов реакции, моль. В случае конденсированных ВВ n1 = 0 и формула упрощается Qv=Qр+nRТ, (12.5) где n - масса газообразных продуктов взрыва, моль. Если относить тепловые эффекты к 15 °С или 288 К, то формулы (12.4) и (12.5) примут вид соответственно Qv=Qр +0,137(n2-n1), и Qv=Qр +0,137n Часто калориметрическим методом определяют теплоту сгорания ВВ и по этим данным рассчитывают теплоту образования ВВ, что позволяет вычислить теплоту взрыва ВВ. Расчет теплот образования ВВ производится следующим образом. При сжигании ВВ процесс идет по уравнению CaHbOcNd+(α+ - )O2= αСO2+ H2O+ N2+QVсг , (12.6) следовательно, в уравнении (10.4) n1 = α+ - ) и n2 =α+ + , и можно записать Qv=Qр +0,137( + + ). (12.7) Так как
Qр обр СО2 = 895,6 кДж/моль; Qр обр H2O = 241,9 кДж/моль; теплота образования ВВ QV обр ВВ = 395,6 α+241,9 -QVсг + 0,137( + + ). (12.8) Для экспериментального определения теплот взрывчатого превращения и сгорания ВВ чаще всего применяется калориметрическая установка, основными частями которой являются калориметрическая бомба и калориметр. Калориметрическая бомба (рис.12.5) представляет собой прочный стальной стакан емкостью 300 мл, который плотно запирается навинчивающейся крышкой. Рисунок 12.5 – Калориметрическая бомба Для достижения герметичности на верхнем срезе стального стакана имеется острый кольцевой выступ, который при навинчивании крышки врезается в свинцовое кольцо, находящееся в кольцевом срезе крышки бомбы. Бомба имеет четыре отверстия, запирающиеся вентилями, одно из них заканчивается внутри бомбы трубочкой и служит для впуска газа, другое располагается непосредственно на нижней поверхности бомбы служит для выпуска газов из бомбы. В одном из отверстии бомбы установлены два электрода, служащие для подвода тока внутрь бомбы. Одним из электродов служат вентиль и трубка. Вторым электродом является изолированный от тела крышки медный стержень, оканчивающийся внутри бомбы электродом. Бомба изготовляется из легированной нержавеющей стали. Сжигание образцов ВВ производится в стальной из нержавеющей стали чашечке, устанавливаемой в кольце и закрепленной на трубочке. Калориметр (рис.12.6) состоит из калориметрического бачка с мешалкой и защитного калориметрического сосуда. Калориметрический бачок емкостью около 3 л представляет собой латунный никелированный цилиндрический сосуд. Форма, размеры, материал и поверхность бачка подбираются, чтобы свести к минимуму потери тепла через лучеиспускание и испарение калориметрической жидкости. Калориметрический бачок помещен в защитный сосуд -двухстенную цилиндрическую полированную с внутренней стороны емкость, заполненную водой и снабженную герметичной крышкой из эбонита. Большая масса воды в защитном сосуде гарантирует постоянство температуры среды, окружающей калориметр. В верхней части защитный сосуд снабжен патрубком для наливания воды и стойками для крепления мешалки и термометра, которые через отверстия в крышке вводят в калориметрический бачок. Для измерения изменения температуры калориметрической жидкости применяется специальный метастатический термометр. Для расширения диапазона измерения температуры термометр настраивается так, чтобы при рабочей температуре термостата мениск столбика ртути находился на нижних делениях шкалы (от 1 до 2 °С). Установка имеет электрический щит с органами управления и индикации работ двигателя мешалки, нагревания и пережигания электровоспламенительной проволочки и разъемами для подводящих проводов. Рисунок 12.6 - Калориметрическая установка Для определены теплоты взрывчатого превращения, необходимо знать водяной эквивалент калориметрической установки. Водяным эквивалентом калориметра называют массу воды, имеющую теплоемкость, равную теплоемкости системы, состоящей из калориметрического сосуда, калориметрической бомбы с ее содержимым и погруженных в воду частей мешалки и термометра. Так как для повышения температуры 1 г воды на 1 °С требуется 4,186 Дж, а количество тепла, необходимое для нагревания тела, пропорционально массе этого тела, то водяной эквивалент численно равен количеству тепла, необходимому для повышения температуры калориметрической системы на 1 °С. В качестве стандартного метода определения водяного эквивалента принят метод сжигания в бомбе калориметра навески эталонной бензойной кислоты в атмосфере кислорода. Теплота горения бензойной кислоты Q15 0C = 26460,58 Дж/г, Q20 0C 26456,39 Дк/г. Калориметрические измерения начинают, измеряя с помощью обычного термометра температуру воздуха в помещении и температуру воды в калориметрическом сосуде. Температура воды в сосуде должна быть примерно на 2 °С ниже температуры воздуха (для уменьшения величины поправки на теплообмен). Для предотвращения испарения воды, образовавшейся при сгорании вещества, и для поглощения окислов азота предварительно в бомбу наливают точно измеренное количество воды (10 мл). Таблетку из испытуемого вещества с впрессованной в нее железной проволокой помещают в чашечку бомбы, а к трубочке и электроду (см. рис.12.5) присоединяют концы воспламенительной проволочки. Затем завинчивают крышку бомбы и заполняют ее кислородом. Снаряженную бомбу ставят в калориметрический сосуд с дистиллированной водой (ее масса должна быть известна). Вода должна покрывать бомбу вместе с головками вентилей, а контакты электродов должны оставаться сухими. Контакты с помощью проводов соединяют через выключатель и реостат с источником тока. Установив в калориметре термометр и мешалку, запускают мешалку на 15-20 мин для выравнивания температур всех частей калориметра, бомбы и калориметрической жидкости. После этого можно приступать к наблюдению за температурой. Калориметрические измерения, проводимые на установке, разделяются на три периода: 1. Начальный, до момента воспламенения вещества. Его характеризует равномерное изменение температуры. В этот период в течение 5 мин через каждые 30 с необходимо регистрировать температуру воды в калориметрическом сосуде. Последний отсчет этого периода является нулевым для второго периода. В момент 11-го наблюдения подают ток на электровоспламенительную проволочку, следя одновременно за продолжительностью вспышки контрольной лампы индикатора. 2. Главный, между моментами времени, когда температура меняется равномерно. В этот период температура растет, и ее необходимо регистрировать каждые 30 с. 3. Заключительный, с постоянной или равномерно изменяющейся температурой. Его началом считают последний отсчет температуры главного периода. На этом этапе измерений производят 10 отсчетов температуры через каждые 30 с на самописце. Постоянную калориметра определяют после трех сжиганий навески бензойной кислоты по формуле , (12.9) где Q и Q1 - теплота сгорания бензойной кислоты (по паспорту) и медной проволоки соответственно, Дж/г; G и G1- масса соответственно навески бензойной кислоты и сгоревшей части медной проволочки, г; Н - цена деления шкалы термометра Бекмана (по паспорту термометра), °С; t0 и tK- начальный и конечный отсчеты главного периода, °Q; h0 и hK - поправки на калибр термометра (по паспорту) для начального и заключительного периодов, °С; Δt - поправка на теплообмен между калориметром и окружающей средой, °С. Если бы теплообмен между калориметром и окружающей средой отсутствовал, то по начальной температуре и максимальному ее значению можно было бы вычислить тепловой эффект процесса. Однако из-за радиации тепла приходится вычислять поправку температуры на радиацию , (12.10) где n - число полуминутных промежутков главного периода; v0 и vk - среднее изменение температуры в начальном и заключительном периодах по 10 отсчетам, °С; τ0 и τк - средняя температура начального и заключительного периодов, °С; t0 и - конечная температура начального и главного периодов, °С; - сумма температур в главном периоде без конечного отсчета, °С. жүктеу/скачать 2,31 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|