Основы пиротехники

Q_{К.С. ОБЩЕЕ} = 237ккал • 3 = 711ккал

Теплота горения состава:

Q_Г.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

КСIO₃

22

Zn

61

КСIO₃

35

0,38

Дымовой красного дыма

Молочный сахар

25

Краситель родамин

40

БЕСКИСЛОРОДНЫЕСОСТАВЫ

CCI₄

7

1,38

Дымовой

Mg

24

CuF₂

81

0,98

Термитный

Mg

19

C₂CI₆

81

0,96

Дымовой

AI

19

Mg

90

6,1

Сплав «Электрон», горение за счет кислорода воздуха

AI

10

Составы с отрицательным кислородным балансом, в процессе горения которых участвует кислород воздуха, дают значительно большие количества тепла, чем составы из тех же компонентов, но взятых в стехиометрических соотношениях.

В качестве примера можно привести состав, состоящий из 44% KClO₃ и 56% Mg с кислородным балансом n = – 20г O₂, уравнение реакции горения которого:

KClO₃ + 6,5Mg + 1,75O₂ = KCl + 6,5MgO

Теплота горения состава .

По сравнению с приведенными в таблице теплотами горения состава из тех же компонентов, взятых в стехиометрических соотношениях получается увеличение теплоты горения на 47%.

Таблица 9. Теплоты образования(-H₂₉₈) некоторых компонентов пиротехнических составов и некоторых продуктов их горения

Соединение

Теплота образования [ккал/г-моль]

Соединение

Теплота образования [ккал/г-моль]

LiO₂

143

ZnO

83

ВеО

142

ZnS

48

MgO

144

К₂СО_з

282

MgF₂

264

АI₂O₃

393

Нафталин

С₁₀Н₈

- 16

AIF₃

329

AI₂S₃

140

Антрацен

С₁₄Н₁₀

- 32

CaO

152

ТiO₂

224

Крахмал

 CgH₁₀O₅

227

TiF₄

392

ZrO₂

260

Молочный сахар

C₁₂H₂₄O₁₁

651

ZrF₄

445

H₂O*

68,4

Шеллак

C₁₆H₂₄O₅

227

CO₂

94

B₂O₃

302

Идитол

C₁₃H₁₂O₂

149

SiO₂

208

P₂O₅

367

Уротропин

 C₆H₁₂N₄

- 30

Na₂O

99

NaCI

98

Гексахлорэтан

C₂CI ₆

54

Na₂CO₃

271

Теплоты образования основных пиротехнических окислителей даны в таблице 1.

ГАЗООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ ГОРЕНИЯ ПИРОТЕХНИЧЕСКИХ СОСТАВОВ

Реакция горения пиротехнических составов почти всех видов сопровождается выделением определенного количества газообразных продуктов, которые могут быть как газами (CO, СО₂, N₂), так и парами воды, а также и парами веществ, находящихся при температуре горения в парообразном состоянии.

Примером может служить смесь хлората калия и алюминия, горение которой протекает по реакции:

KClO₃ + 2Al = KCl + Al₂O₃

Температура реакции горения такой смеси составляет около 3000^°С, а так как хлористый калий кипит уже при 1415^°С, то при температуре реакции он будет находится в парообразном состоянии. Этим и объясняется тот факт, что горение подобных смесей, не выделяющих нормальных газов, может протекать взрывным образом с проявлением некоторого фугасного эффекта.