Газообразные продукты реакции горения пиротехнических составов 

Образование некоторого количества газообразных веществ при реакции горения является необходимым почти для всех видов пиротехнических составов. Из практически применяемых пиротехнических составов совсем не дает газообразных продуктов при сгорании, повидимому, только железо-алюминиевый термит. В составах осветительных, трассирующих и сигнальных огней и в фотосмесях образование газообразных веществ необходимо для того, чтобы при горении получить пламя и таким образом увеличить количество излучаемой световой энергии. В дымовых составах наличие газовой фазы в продуктах реакция горения необходимо для того, чтобы осуществить выталкивание из сферы реакции в атмосферу частичек различных дымообразующих веществ. При горении зажигательных составов образование газообразных продуктов также является желательным по той причине, что это значительно расширяет создаваемый очаг пожара. Наряду с газообразными продуктами при горении пиротехнических составов должно получаться также известное количество твердых продуктов реакции. Соотношение между количеством газообразных и твердых продуктов реакции горения определяется назначением состава и требованиями, предъявляемыми к нему в отношении специального эффекта. Так, например, для осветительных и трассирующих составов газообразные продукты реакции составляют 15—25% от веса состава. Дымовые составы выделяют при сгорании большое количество газообразных продуктов, примерно 40—50%. В настоящее время количество газообразных продуктов, получающихся в результате сгорания 1 г пиротехнического состава, принято выражать не по весу, а по объему, занимаемому ими при нормальных условиях (0° С и 760 мм). Этот объем газообразных продуктов называется удельным объемом и обозначается через V0. Обычно при вычислениях к объему, занимаемому образующимися в процессе реакции горения газами (СО, СО2 и др.), добавляют еще объем, занимаемый при нормальных условиях образовавшимися парами воды. Объем vt газообразных продуктов при температуре реакции горения вычисляются по формуле 
Vt = V0(1 + t/273) 
где t — температура реакции горения состава в °С. При этом следует принимать во внимание не только истинные газы и водяной пар, но и все вещества, находящиеся при температуре реакции горения в парообразном состоянии. Примером может служить смесь хлората калия и алюминия; реакция горения протекает по уравнению 
КСl03 + 2Аl = КСl + Аl203. 
Так как температура горения этой смеси составляет около 3000° С, а хлористый калий кипит при 1415° С, то при температуре реакции он будет целиком находиться в парообразном состоянии. Этим и объясняется то явление, что в некоторых случаях горение этой смеси может протекать со скоростью, приближающейся к скорости взрыва. Газообразные продукты реакции горения пиротехнических составов образуются в основном за счет окисления или распада компонентов, содержащих водород, углерод, азот и серу. Первые два элемента входят в состав органических соединений, употребляемых в качестве компонентов для изготовления пиротехнических составов. Азот содержится в органических нитро- или аминосоединениях, а также в нитратах, являющихся в пиротехнике наиболее употребительными окислителями. Сера применяется в виде сернистых соединений (Sb2S3, пирит и Др.), а иногда вводится в пиротехнические составы и в элементарном состоянии. В результате распада соединений, содержащих указанные элементы, образуются: Н2, Н2О, СО, СО2, N2 и SO2. При равном весе наибольший объем в газообразном состоянии занимает водород, а затем пары воды и окись углерода — СО. На основании этих данных можно сделать практически важный вывод, что для получения большого количества (по объему) газообразных продуктов сгорания следует в качестве горючих компонентов пользоваться органическими веществами, содержащими много водорода; количество вводимого в состав окислителя следует рассчитать таким образом, чтобы сгорание горючего происходило только до Н2 и СО или, если это диктуется термохимическими соображениями, до Н2О и СО. Из твердых горючих большое количество водорода содержат парафин, стеарин, метальдегид и др. Удельный объем газообразных продуктов реакции может быть определен двумя способами. 
1. Экспериментальным путем — сжиганием пиротехнического состава в калориметрической бомбе. Газообразные продукты для измерения их объема переводятся из калориметрической бомбы в газометр особой конструкции. Можно поступить и по-другому — измерить при помощи ртутного манометра давление газов непосредственно в калориметрической бомбе и воспользоваться полученной величиной для вычисления объема газов. При определении удельного объема газообразных продуктов следует учесть, что продукты реакции горения после охлаждения будут иметь уже несколько иной состав, чем в момент реакции. Это обстоятельство в некоторых случаях искажает результаты определения. Так, например, при охлаждении продуктов горения могут протекать реакции образования карбонатов из СО2 и окислов металлов, что ведет к уменьшению удельного объема образовавшихся газообразных продуктов. Кроме того, при этом определении в находимое опытным путем значение удельного объема не входит объем, занимаемый парами воды. 
2. Расчетным путем — на основании уравнения реакции горения пиротехнического состава. Уравнение реакции может быть составлено двумя способами: 
а) предположительно — на основании имеющегося экспериментального материала о направлении реакции горения других составов, сходных по рецепту с исследуемым; 
б) более точно — на основании результатов химического анализа газообразных и твердых продуктов горения и определения количества образовавшейся в результате реакции воды. Расчет удельного объема производят по формуле: 
V0 = 22,4 * n * 1000 / m; 
где n — число г-молей газообразных продуктов, выделяющихся при реакции горения (сумма коэффициентов при газообразных продуктах в правой части уравнения реакции); m — вес реагирующего состава в г. Можно установить некоторую связь между назначением состава и удельным объемом газообразных продуктов его горения. В заключение следует отметить, что удельный объем газообразных продуктов для всех применяющихся сейчас пиротехнических составов значительно меньше, чем для основных взрывчатых веществ; так, для гексогена V0 составляет 908 см3/г, для тетрила 750 см3/г и для тротила 688 см3/г. 
Связь между назначением состава н значением V0: 
Фотоосветительные ....... 50—100 
Осветительные и трассирующие ....... 100-300 
Ночных сигнальных огней ....... 300—450 
Дымовые (кроме металлохлоридных смесей) ....... 300—500 
Зажигательные (содержащие окислитель) ....... 0—300

Назад на http://www.pirotek.info - всё о пиротехнике и , гексоген и петарды

концепт шкаф купе, шкафы купе