Ведение в пиротехнику (Ю.О. Ладягин) / 08 / pir-8
.htmТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ ТЕПЛОТА ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ
Вычисление теплоты горения составов производят на основании закона Гесса, который может быть сформулирован так: количество тепла, выделяющееся при химической реакции, зависит от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути протекания реакции.
Из закона Гесса следует, что теплота образования из элементов продуктов горения пиротехнического состава, равна сумме теплот образования компонентов состава, к которой следует добавить количество тепла, выделяющегося при горении состава. Следовательно, теплота реакции горения определяется как разность между теплотой образования продуктов горения и теплотой образования компонентов состава.
QГ.С. = QП.Г. – QК.С.
где QГ.С. — теплота горения состава
QП.Г. — теплота образования продуктов горения состава
QК.С. — теплота образования компонентов состава
Величины теплот образования продуктов реакции находят в термохимических таблицах справочников Брицке Э.В., Капустинского А.Ф. Карапетьянц М.Х. и Карапетьянц М.Л. и других.
Пример: рассчитать теплоту горения смеси:
3Ba(NO3)2 + 10Al = 3BaO + 3N2 + 5Al2O3
Теплота образования продуктов горения:
Теплота образования компонентов QК.С.= Ba(NO3)2 =237 ккал:
QК.С. ОБЩЕЕ = 237ккал • 3 = 711ккал
Теплота горения состава:
QГ.С. = 2399ккал – 711ккал = 1688ккал
Сумма по массе Ba(NO3)2 и алюминия, вычисленная по молекулярному весу:
М = 261,4 • 3 + 27 • 10 = 1054г
Теплота горения состава:
q = 1688 / 1054 = 1,601ккал/г
Приведенный метод расчета не дает представления о расходе части тепла на разложение окислителя внутри горящего состава.
Существует иной метод расчета теплоты горения, дающий представление о расходе тепла внутри горящего состава. Рассмотрим этот метод на примере смеси Ba(NO3)2 + Mg. Стехиометрический расчет дает соотношение компонентов смеси 68% Ba(NO3) и 32% Mg. Пользуясь таблицей 3, находим, что 0,32г. магния выделяют при горении 0,32 • 5,9 = 1,88ккал тепла. Из таблицы теплоты образования окислов находим, что на разложение 261г Ba(NO3)2 требуется 104ккал. Вычисляем, что на разложение 0,68 Ba(NO3)2 необходимо затратить 0,27ккал. Сопоставляя данные, получаем теплоту горения смеси q = 1,88 – 0,27 = 1,61ккал/г
В приведенном случае на разложение окислителя затрачивается 0,27 • 100 / 1,88 = 14% от теплоты горения магния. Используя такой метод расчета теплоты горения железоалюминиевого термита состава 75% Fe2O3 и 25% Al, находим, что тепловой баланс его q = 1,82 – 0,86 = 0,96ккал/г, то есть в данном случае на разложение окислителя расходуется уже 47% теплоты горения алюминия. Отсюда можно сделать вывод, подтверждающийся опытными данными, что теплота горения такого состава сравнительно мала, так как около половины тепла горения горючего расходуется на разложение окислителя.
В ниже приведенной таблице 8 приведены данные о теплоте горения некоторых пиротехнических составов составленных в стехиометрических отношениях.
Таблица 8 Рецепт
Теплота горения [ккал/г]
Назначение состава
Компонент
%
1
2
3
4
КСIO4
83
3,19
Перспективный
Be
17
КСIO4
66
2,45
Зажигательный Фотосмесь
АI
34
КСIOз
63
2,29
Фотосмесь
Mg
37
КСIO4
60
2,24
Фотосмесь
Mg
40
NaNO3
60
2,00
Осветительный (без цементатора)
Al
40
Ba(NO3)2
68
1,65
Фотосмесь
Mg
32
Pb(NO3)2
75
1,48
На практике не применяется
Al
25
Sr(NO3)2
69
1,48
Трассирующий
Mg
25
Резинат кальция
6
KMnO4
72
1,42
На практике не применяется
Mg
28
Ba(NO3)2
63
1,4
Осветительный
AI
27
Сера
10
CaSO4
65,5
1,36
Зажигательный
AI
34.5
BaSO4
76,5
1,31
Зажигательный
AI
23,5
NH4CIO4
90
1,26
Ракетное топливо
Эпоксидная смола
10
Нитроглицериновый коллоидный порох
1,23
Ракетное топливо Метательный
КСIO3
87
1,11
Взрывчатый
Уголь
13,0
Mno2
71
1,05
Термит
AI
29
Fe2O3
75
0,96
Термит
AI
25
KNO3
75
0,66
Порох дымный Метательный
Уголь
15
Сера
10
BaO2
82
0,61
Трассирующий
AI
18
C2CI6
17
0,52
Дымовой