Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Вычисление теплоты горения
|
|
Расчеты проводят яа основании закона Гесса, который формулируется так: количество тепла, выделяющееся при химической реакции, зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависят от пути, по которому реакция протекает.
Следовательно, если система один раз переходит из состояния 1 в состояние 3 непосредственно, а в другом случае — через ряд промежуточных состояний, то теплота непосредственного превращения равна сумме теплот промежуточных реакций.
Иначе говоря:
Ql, 3=Ql, 2+Q2, 3,
где Q1, 3— количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при переходе системы из состояния 1 в состояние 3; Q1, 2 и О1, 3—количества теплоты, выделяемые или поглощаемые при соответствующих переходах системы из состояния 1 в состояние 2 и из состояния 2 в состояние 3.
Из закона Гесоа следует, что теплота реакции горения может быть вычислена во формуле
Q2, 3 = Ql, 3 + Ql, 2
Q2, 3 - теплота горения пиротехнического состава
Ql, 3 - теплота образования продуктов горения
Ql, 2 - теплота образования компонентов состава
Горение пиросоставов протекает обычно с небольшой скоростью и большей частью в открытом пространстве, т. е. при постоянном давлении. Так как в термохимических таблицах [l42] приводится теплота образования соединений при постоянном давлении, то и по приведенной выше формуле вычисляется Q2, 3 при постоянном давлении, т. е. Qp.
Этим расчет теплоты горения пиросоставов отличается от расчета теплоты взрыва ВВ, при котором вычисляют теплоту реакции при постоянном объеме Qv- Переход от Qp к Qv осуществляется по формуле
Qv=Qp + 0, 57n,
где п — число молей газов, образующихся при реакции.
Стандартные теплоты образования веществ из элементов (—H298).
Стандартная теплота образования окислителей, продуктов их разложения и продуктов окисления горючих приведена в гл. II и III.
В табл. 6.1 приведена стандартная теплота образования некоторых солей и органических веществ.
Таблица 6.1
Стандартная теплота образования (— H298) некоторых компонентов составов и продуктов их горения.
| Соединение | Теплота образования, ккал/моль | Соединение | Теплота образования. ккал/моль | Соединение | Теплота образования. ккал/моль | |||||
| NaF | SrO3 | Крахмал | ||||||||
| Na3AIF6 | Sr3N2 | 1/n (СбН10O5)n | ||||||||
| Na2SiF6 | SrS04 | Молочный сахар | ||||||||
| NaHCO3 | SrCl2 | Cl2H24Ol3 | ||||||||
| Na2CO3 | ВаСОз | Этиловый спирт | ||||||||
| Na2C2C4 | Ва2К2 | С2Н6О ж | ||||||||
| NaNO3 | A1N | Идитол C13H12O2 | ||||||||
| Na2S04 | Рb(NОз)2 | Тротил С7Н5N2О6 | ||||||||
| КгСОз | FeCI3 | Гексоген | -21 | |||||||
| K2S04 | NH3 гaз | СзН6N6О6 | ||||||||
| Cu(OH)2 | NH4C1 | Уротропин | -30 | |||||||
| СuСОз | HCl гaз | C6H12N4 | ||||||||
| CuCNS | (-10) | CCl4 | Сероуглерод | —21 | ||||||
| CuCl | C2Cl6 | Жидкий CS2 | ||||||||
| CuCI2 | Метан CH4 | Пироксилин | +656 | |||||||
| MgCO3 | Бензол С6Н6 ж | —13 | (13% N) | |||||||
| Mg3N2 | Нафталин C10H8 | —16 | С24Н29(ОNO2)11O9в | |||||||
| SrCO3 | Антрацен C14H10 | -32 | Коллоидный хло | +639 | ||||||
| SrC2O4 | (288) | пок | ||||||||
| C24H3l(ON02)9O11 | ||||||||||
| 1 Цифровой материал дан с точностью, необходимой для технических расчетов; | ||||||||||
Пример 1. Вычислить теплоту горения смеси:
ЗВа(NОз)2+10А1=ЗВаО+ЗN2+5А1203. Теплота образования продуктов горения (в ккал):
5А12Оз....... 400-5=2000
ЗВаО.......... 133.3=399
------------------------------
.....................2399
Теплота образования компонентов состава
ЗВа(NОз)2...... 237.3=711
Теплота реакции горения
(3=2399—711=1688. Сумма по весу Ва(\0з)з и алюминия
ЛГ=261, 4-3+27, 0.10=1054. Теплота горения состава
q = 1688/1054 = 1, 60 ккал/г (6, 67 кДж/г).
Такой метод расчета достаточно точен, но не дает наглядного представления об энергетическом вкладе горючего и окислителя, взятых в отдельности, в общий тепловой баланс состава. Анализ этот можно провести, воспользовавшись несколько другими приемами расчета. Покажем это на примере смеси
Ba(NO3)2 68%,
Mg 32%.
Находим, что 0, 32 г магния при горении выделяют 0, 32-5, 9=1, 87 ккал. На разложение 261 г Ва(NОз)2 требуется 104 ккал, а на разложение 0, 68 г Ва(NОз)2—0, 27 ккал. В результате получаем теплоту горения смеси
q=1, 87—0, 27 =l, 60 ккал/г (6, 67 кДж/г).
В данном случае на разложение окислителя затрачивается 14% от того количества тепла, которое выделяется при горении магния. Используя тот же прием для вычисления теплоты горения термита (РезС> 4 75%, А1 25%), находим < 7= 1, 82—0, 86= =0, 96 ккал/г (4, 02 кДж/г). На разложение окислителя расходуется в данном случае 47% от теплоты, выделяющейся при горении алюминия.
В табл. 6.2 приведены расчетные данные теплоты горения некоторых составов.
Если не считать веществ, сгорание которых происходит за счет кислорода воздуха, то наибольшую теплоту горения имеют составы фотосмесей, затем следуют осветительные и трассирующие составы; меньшее количество тепла выделяют при горении безгазовые составы, составы сигнальных огней и, наконец, наименьшее количество тепла выделяется при горении дымовых составов. Рецепты зажигательных составов настолько многочисленны и разнообразны, что теплота, получаемая при их горении, изменяется в весьма широких пределах.
Таблица 6.2
Теплота горения пиротехнических составов (без учета догорания за счет кислорода воздуха)
| Рецепт состава. % | Теплота горения, к к ал/г | Назначение состава (тип состава) | ||
| КС104—83, Be—17 КС104—60, Mg—40 | 3, 19 2, 24 | На практике не применяется Фотосмесь | ||
| Ba(NOs)2-68, Mg—32 | 1, 61 | |||
| КС104—66, А1—34 NaNO3-60, Al—40 | 2, 45 2, 00 | Зажигательный Осветительный (без связующего) | ||
| Fe2O3—75, А1—25 Ba(N03)2—76, Mg—21, идитол-4 | 0, 96 1, 23 | Термит Осветительный | ||
| Ва(NОз)2—63 Al—27, сера—10 | 1, 40 | » | ||
| Ba(N03)2—69, Mg—25, резинат кальция—6 | 1, 48 | Трассирующий | ||
| NH4C104—90, смола—10 NH4C104—80, смола—20 | 1, 26 1, 01 | Ссмесевое ракетное топливо То же | ||
| Ва(С10з)2-Н20—88, идитол— 12 | 0, 99 | Сигнальный, зеленого огня | ||
| КСlOз—57, CгСОз—25, шеллак—18 | 0, 61 | Сигнальный, красного огня | ||
| C2C6-81, А1—119 С2С1б—17, КС104—22, Zn—61 | 0, 96 0, 52 | Дымовой маскирующий То же | ||
| КСlOз—35, молочный сахар— 25, краситель родамин—40 | 0, 38 | Дымовой, красного дыма | ||
| КNОз—75, уголь—15, сера—10 Mg—90, Al—10 | 0, 66 6, 10 | Порох дымный Сплав «электрон» (горение засчет кислорода воздуха) | ||
| Примечание. 1 ккал-4, 186 кДж. | ||||
Составы с отрицательным кислородным балансом, если в процессе их горения участвует кислород воздуха, дают большее количество тепла, чем стехиометрические составы из тех же компонентов. Для составов с отрицательным кислородным балансом иногда используют термин — теплотворная способность. Под этим термином (в отличие от термина «калорийность состава») понимают то максимальное количество тепла, которое может быть получено лри сгорании состава с участием кислорода воздуха.