3. cvičení. Chemismus výbušnin. Trhací práce na lomech

Transkript

1 3. cičení Chemismus ýbušnin Trhací práce na lomech

2 Požadaky na průmysloé trhainy: 1, dostatečně ysoký obsah energie objemoé jednotce ýbušniny 2, přiměřená citliost k nějším podmětům 3, dlouhodobá chemická a fyzikální stabilita 4, dostupnost ýchozích suroin - Kyslíkoá bilance - Objem poýbuchoých zplodin - Výbuchoé teplo - Výbuchoá teplota - Síla ýbušniny - Tlak poýbuchoých zplodin

3 Průmysloé trhainy: Základní složky tořící trhainy: Výbušné směsi (nitroestery, nitrolátky, nitraminy) Okysličoadla (dusičnany, chlorečnany, - dusičnan amonný) Palia Pomocné směsi (uprauji směs podle potřeby hasicí přísady, plastifikátory,..) Nitroestery O-NO 2 : nitroglycerín, nitroglykol, nitrocelulóza, trhací želatiny, pentrit Nitrolátky NO 2 : tritol, dinitroloulen Nitraminy: hexogen, oktogen

4 NITROGLYCERIN 2C 3 H 5 (ONO 2 ) 3 6CO 2 + 5H 2 O + 3N 2 +,5 O 2 NITROGLYKOL C 2 H 4 ( ONO 2 ) 2 2CO 2 + 2H 2 O + N 2 PENTRIT C 5 H 8 N 4 O 12 3CO CO + 4H 2 O + 2N 2 HEXOGEN RDX C 3 H 6 N 6 O 6,7 CO 2 + 2,3 CO + 2,3 H 2 O +,7 H N 2 TRINITROTOLUEN (TRITOL, TROTYL, TNT) C 6 H 6 (NO 2 ) 3 CH 3 2CO 2 + CO + 4 C + H 2 O + 1,2 H 2 + 1,4 N 2 +,2 NH 3 PENTRIT + Al prášek C( CH 2 ONO 2 ) 4 + 8Al 4 Al 2 O 2 + 5C + 4H 2 + 2N 2

5 1. KYSLÍKOVÁ BILANCE (K.B.) Je to ztah mezi paliem a kyslíkem e ýbušnině. KB se rozumí přebytek nebo nedostatek kyslíku e ýbušnině při normální oxidaci. Udáá se %. O O K. B. O P P.1(%) O počet atomů kyslíku e ýbušnině O p počet atomů kyslíku který potřebujeme k dokonalé oxidaci uhlíku a odíku na stabilní oxidy tj. CO 2 a H 2 O KLADNÁ (AKTIVNÍ) K.B. znik toxických NO x ZÁPORNÁ (NEGATIVNÍ) K.B. torba toxických a ýbušných plynů (CO, H 2 ) NULOVÁ K.B. množstí kyslíku e ýbušnině je rono množstí spotřeboaného kyslíku pro dokonalou oxidaci

6 1. KYSLÍKOVÁ BILANCE (K.B.) PŘÍKLAD: Kyslíkoá bilance nitroglycerínu: C 3 H 5 (N 2 ) 3 C 3 H 5 (N 2 ) 3 9 atomů O k dokonalé oxidaci C a H na stabilní oxidy tj. CO 2 a H 2 O potřebujeme: 3 C (CO 2 ) 3CO 2 z toho 6 at.o 5H (H 2 O) 2,5H 2 O z toho 2,5 at. O O p 6 + 2,5 8,5 atomů O K. B. O O O p p 9 8,5.1 8,5 + 5,88%

7 2. SPECIFICKÝ OBJEM PLYNNÝCH ZPLODIN Objem plynů, které zniknou ýbuchem 1kg ýbušniny za normálních podmínek ( C,,1 MPa) V [dm 3 /kg] V 22,412. n Spec. obj. z množstí ýbušniny ronici n počet molekul plynů, které zniknou [mol] - stanoíme podle rozkladné ronice ýbušniny M molekuloá hmotnost ýbušniny [g] M V 1 V. V M 1g (1kg) V Aogardů zákon 1 mol 22,4 dm 3 Obecný ztah z trojčlenky

8 2. SPECIFICKÝ OBJEM PLYNNÝCH ZPLODIN Obecný tar rozkladné ronice: m. M n1. M 1 + n2. M 2 + n3. M n n. M n M molekuloá hmotnost ýbušniny M i molekuloá hmotnost poýbuchoých zplodin m počet molů ýbušniny n i počet molů poýbuchoých zplodin Aogardů zákon 1 mol 22,4 dm 3 ( n + n + n n ) n V.1mol.1 m. M [dm 3.kg -1 ] 1 V. V M

9 2. SPECIFICKÝ OBJEM PLYNNÝCH ZPLODIN PŘÍKLAD: NITROGLYCERÍN 2.C 2 H 5 (ONO 2 ) 3 6CO 2 +5H 2 O+3N 2 +,5 2 n14,5 mol (počet molekul plynů) V 14,5. 22, dm 3 /2mol V 1.162,5 715,86dm 3 / 1kgýbušniny 227 PŘÍKLAD: PENTRIT C 5 H 8 N 4 O 12 3CO CO + 4H 2 O + 2N 2 n 11 mol V , dm 3 /mol V 1.246,532 78dm 3 / 1kgýbušniny 316

10 Molekuloá hmotnost.. M NITROGLYCERIN C 3 H 5 (ONO 2 ) 3 C 3. 12, g. 3x12 36g H 5. 1, g. 5x1, 5g 3xO. 15,999 g. 3x15,999 47,997g 3xN. 14, g. 3x 14, 42 g 3xO 2. 15,999 g. 6x15,999 95,994 g M 227,91g

11 3. VÝBUCHOVÉ (SPALNÉ) TEPLO Množstí tepla, které se yine ýbuchem 1 kg ýbušniny Q [J.Kg -1 ] Q V Σsluč. teplo zplodin Σsluč. teplo ýbušniny Výbuch. teplo z množstí ýbušniny ronici VÝPOČET NA ZÁKLADĚ TEORIÍ: KRAUS: teplo zniklé rozkladem soustay teplu při zniku soustay HESS: teplo zniklé při rozpadu soustay není záislé na cestě reakce, ale jen na počátečním a konečném stau Q12 + Q23 Q13 Q Σq z Σq Q23 Q13 - Q12 1 Q. Q M M Q 1g Q

12 3. VÝBUCHOVÉ (SPALNÉ) TEPLO 2.C 2 H 5 (ONO 2 ) 3 6CO 2 +5H 2 O+3N 2 +,5 2 Q Σq z - Σq (6.395, ,7) 2.35, ,76 kj/2mol 1 Q.1438, ,47kJ / 1kgýbušniny 227 Pozn. Q u nitroglycerínu opět počítáno na 2mol

13 4. VÝBUCHOVÁ TEPLOTA Je to nejyšší teplota na kterou se zahřejí zplodiny ýbuchu při izochorické ýbušné přeměně (V konst.) t [ C] Výpočet z hodnoty specifického tepla c: t Q ' c c bt t a + b. t t ýbuchoá teplota [ C] 2 1,2 + at Q a ± a 2 2b + 4b. Q a, b Kastoy plynné konstanty Q ýbuchoé teplo dané rozkladnou ronicí [cal] (1cal4,187J) c specifické teplo [cal/ C] Pozn. Předpokládá se, že se jedná o adiabatický je (bez ohřeu okolí) za konstantního objemu.

14 4. VÝBUCHOVÁ TEPLOTA 2.C 3 H 5 (OHO 2 ) 3 6CO 2 +5H 2 O+3N 2 +,5 2 Q 2876,76 kj/2mol cal/2mol a 6.9(CO 2 ) + 5.4(H 2 O) + 3.4,8(N 2 )+,5.4,8(O 2 ) 9,8 b 6.,58+5.,215+3.,45+,5.,45, ,8 ± 9,8 + 4., t 4319, 5 C 2.,1585

15 5. TECHNICKÝ (SKUTEČNÝ) OBJEM ZPLODIN Skutečný objem plynů, které se yinou ýbuchem 1kg ýbušniny při působení ýbuchoé teploty V t [dm 3 /kg] Výpočet podle Gay-Lussacoa zákona: V t.t V.T V t T /T. V (Gay-Lussaců zákon - termodynamický ztah pro izobarický děj probíhající ideálním plynu) V t V ( t ) cca 1x ětší než specifický objem, nutno znát ýbuchoou teplotu t

16 5. TECHNICKÝ (SKUTEČNÝ) OBJEM ZPLODIN PŘÍKLAD: NITROGLYCERÍN Výbuchoá teplota: t 4319,5 C. V t V ( t + 273) 715,86( ) 1 o 1241dm 3. kg

17 6. DETONAČNÍ RYCHLOST [m.s -1 ] dle Dauterichea (ychází z laboratorní zkoušky) D l. 2. a D rychlost ýbuchu [m.s -1 ] l zdálenost konců bleskoice náloži [m] rychlost standardní bleskoice (6 m.s -1 ) a zdálenost od středu desky ke střetu ln [m]

18 ROZBUŠKA č.8 VÝBUŠNINA OCELOVÁ TRUBKA JS 32mm l BLESKOVICE (min 2,5m) D l. 2. a a ZÁZNAMOVÝ PLECH (Cu)

19 7. TLAK POVÝBUCHOVÝCH ZPLODIN [MPa] Podle BOYLE-MARIOTOVA zákona platí p1.v1p2.v2 Proto pro fáze 3. a 4. platí: p. V p. V t p atmosférický tlak (,1 MPa) V specifický objem zplodin [m 3 /kg] t ýbuchoá teplota [ C] V objem ýbuchoého prostoru (ýrt) [m 3 ] V t skutečný objem zplodin [m 3 /kg] Pozn. PLATÍ PRO 1KG VYBUŠNINY!!

20 7. TLAK POVÝBUCHOVÝCH ZPLODIN [MPa] Pro odpálenou nálož o hmotnosti G platí: p.. Vt pv p p V. Vt p. V ( t + 273) V p f G. f.δ V síla f p p. V t.δ p atmosférický tlak (,1 MPa) V specifický objem zplodin [m 3 /kg] t ýbuchoá teplota [ C] V objem ýbuchoého prostoru (ýrt) [m 3 ] V t skutečný objem zplodin δ náložoá hustota [kg/m 3 ] f síla (force) Výbušnina Hustota nálože [g.cm-3] NITROGLYCERÍN 1,6 NITROGLYKOL 1,496 NITROCELULÓZA 1,2 PENTRIT 1,1 TRITOL 1,1 HEXOGEN 1,1

21 8. VÝKON VÝBUŠNINY [MW] Výkon ýbušniny je definoán jako energie ztažená na časoou jednotku N [MW] N G Směr ýbuchu L t π. d 4 2 n G. Q s D. s. δ s délka nálože [m] L energie ýbuchu [kj] t doba ýbuchu nálože [s] Q ýbuchoé teplo [kj/kg] G hmotnost nálože [kg] s délka nálože [m] D rychlost ýbuchu [m/s] dle Dauterichea d n průměr nálože δ náložoá hustota [kg/m 3 ]