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    爆炸與炸藥的基本理論

    通用課件 2011-10-08 0
    軟件名稱: 爆炸與炸藥的基本理論
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    軟件類型: PPT
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    軟件登陸: admin
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    解壓密碼:
    整理時間: 2011-10-08
    軟件簡介:

    第四章 爆炸與炸藥的基本理論


    教學目的和要求:

    了解炸藥與爆炸的概念。

    掌握化學爆炸的特點。

    掌握炸藥的氧平衡。

    教學內容

    爆炸現象

    化學爆炸三要素

    炸藥的氧平衡


    第一節 炸藥與爆炸概念

    一、爆炸現象

    爆炸:物質發生急劇變化并放出大量的能量對周圍介質做機械功,同時可能伴隨有聲、光、熱效應的現象,稱為爆炸 。

    如:輪胎“放炮” 鍋爐爆炸 瓦斯煤層爆炸

      炸藥爆炸 原子彈爆炸等等

    爆炸的基本特征表現在:

    速度高、威力大和破壞作用強等方面。

    從安全角度出發,爆破時還應考慮爆炸的副作用,如地震效應、沖擊波、飛石、有毒氣體、噪聲以及其他對相鄰物體、構筑物和人身的影響等。


    1.物理爆炸

     只發生物態變化和能量轉換,不產生新的物質。

    2.化學爆炸

     不僅有物態和能量的轉化,還生成新的物質,并放出熱量。(分子結構發生了變化)

    3.核爆炸

    核    放出大量原子能和射線

    (原子結構發生改變)


    二、化學爆炸三要素

    1.放出大量的熱

     熱能是爆炸作功的能源,是必要條件

     吸熱或放出的熱量不足,都不能使其延續

     熱       機械功

     草酸鉛              吸熱反應

         Pb2C2O4              2CO2+Pb-69.9KJ

     草酸銅            放出熱量少

        CuC2O4                 2CO2+Cu+23.9KJ

     草酸銀            放熱量大,爆炸

         Ag2C2O4              2CO2+2Ag+123.5KJ


     硝酸銨在常溫或溫度低于1500C 時,其分解反應為放熱反應。

                                                       千卡

    當加熱到200 0C左右,為放熱反應。若熱量不能及時散失,溫度不斷升高就會發生燃燒和爆炸。


    迅速加熱到400-500 0C或用傳爆藥柱強力爆炸,由于放熱熱量增大,就會引起爆炸。




    2.產生大量的氣體

     氣體是能量轉換的載體

     700-1000ml/kg

       不生成氣體,放熱再多也不能爆炸

     氣體具有膨脹性、可壓縮性

    3.爆炸反應速度極快

     是區別于一般化學反應的最顯著的特點

     普通化學反應,能量大部分損失于熱的傳導和輻射中

     2000-9000米/秒   以沖擊波完成能量傳遞


    三、炸藥的概念及特點

     炸藥:具備化學爆炸三要素的物質

     特點:

    1.具有相對安定性和化學爆炸性,極易釋放能量

      (以便加工、運輸、儲存、使用

      由化學不穩定體系     穩定體系)

    2.具有很高的能量密度

      (在微小的容積中蘊藏著大量能量)

    3.能在與空氣隔絕處發生爆炸反應

    ?。–  H  O  N 不需要外界供氧)


    四、炸藥化學反應的形式

           爆炸不是炸藥唯一的化學反應形式,在特定的反應條件下,同種炸藥可能有四種不同形式的化學反應:

       熱分解、燃燒、爆炸和爆轟。

       四種反應形式產生不同的物理化學效應。




    (1) 熱分解

    熱分解是炸藥化學反應的最低形式,表現為炸藥在常溫下緩慢的化學變化,使原物質發生本質的變化。

    炸藥的熱分解過程沒有明顯的聲、光效應,通常不易覺查。

    反應速度隨內外條件而變化,通常對溫度比較敏感,溫度越高,反應速度越快,濕度、壓力和通風條件對反應速度和結果也會產生不同程度的影響。

    炸藥熱分解一般會帶來不良后果,炸藥因熱分解而變質直接影響炸藥的使用。

    在一定條件下,熱分解會轉變為燃燒甚至爆炸,以致發生意外爆炸事故。

    所以在炸藥的制造、貯存過程中應嚴格控制環境條件,避免炸藥的熱分解。


    (2)  燃燒

    燃燒是比熱分解更高一級的化學反應形式,往往是由受熱或火焰引起的。

    燃燒是物質的氧化過程,所以一般物質燃燒需要外界提供氧,而炸藥本身含有豐富的氧和燃料,不需要外界的氧就可以燃燒,一旦炸藥燃燒,靠隔絕空氣的滅火方法不起作用,往往還會加速炸藥的燃燒。

    燃燒速度低于爆轟波的傳播速度和炸藥中的聲速;

    炸藥燃燒時對壓力比較敏感,壓力越大,燃速越高,甚至由燃燒轉變為爆炸,所以在密閉條件下燃燒是很危險的。

    在炸藥貯存時,要注意創造不利于燃燒的條件,如改善通風條件。


    (3)  爆炸

    爆炸是炸藥的最高化學反應形式。

    與燃燒的區別在于

    燃燒靠熱傳導傳遞能量和激發化學反應,爆炸則靠沖擊波傳遞能量和激發反應區;

    燃燒受環境影響較大,爆炸則基本上不受環境影響。

    爆炸的反應速度、溫度和壓力都比燃燒高得多。所以爆炸表現出強烈的破壞作用。

    爆炸是爆破安全的主要控制對象。

    爆炸過程中遇到不利因素也可能導致爆炸中斷,使爆炸過程轉變為燃燒或熱分解。


    (4)  爆轟

    爆炸速度增長到穩定爆速的最大值時就轉化為爆轟,爆轟是指炸藥以最大穩定速度進行的反應過程。特定的炸藥在特定的條件下的爆轟速度為常數。

    爆炸和爆轟并無本質上的區別,只不過是傳播速度不同而已。爆轟的傳播速度是恒定的,爆炸的傳播速度是可變的,就這個意義上講,也可以認為爆轟是爆炸的一種特殊形式,即穩定的爆炸。

    炸藥爆炸已經在許多行業得到廣泛應用,尤其在工程爆破方面。在巖土工程中,無論在經濟方面還是在效率方面,爆破方式都比機械方式優勢強;在城市建設和企業改造中,控制爆破也發揮了重要作用。




      炸藥化學反應的上述四種基本形式與各自必要的條件相對應,條件改變,反應形式也相應地改變,可以相互轉化,即它們之間有著非常密切的內在聯系。


           從安全和爆破工程方面考慮,都希望炸藥按照預定的反應形式進行化學反應,即使反應形式發生轉變,也應在可以控制的范圍內,否則會引起預想不到的事故。


    五、炸藥的爆炸反應

    (一)炸藥的成分

       C  H  O  N

      C  H   為可燃元素

      O   為助燃元素

      N   為惰性元素

    爆炸后產物:CO2   H2O   CO   C   H2   NO NO2   CH4   NH3   N2    SO2   H2S

    有毒氣體:CO   NO   NO2   SO2   H2S


    CO:無色無味、比空氣稍輕,與人體紅血球中的血色素的親和力為氧的250-300倍,短時間內造成缺氧,0.4%致命。

    NO2:紅褐色、比空氣稍重,易溶于水,對人的眼睛及呼吸器官有強烈的刺激作用。 NO2比NO毒性大好多倍,0.0255%人很快死亡。

    CO、 NO、NxOy不僅都是有毒氣體,而且能對瓦斯爆炸反應起催化作用,因此這樣的炸藥就不應用于地下礦井的爆破作業。


    (二)炸藥的氧平衡

    氧平衡:炸藥中所含的氧量與可燃元素完全氧     

             化所需氧量的關系。

    正氧平衡:炸藥中含氧量足夠將可燃元素完全氧化,并有剩                

                            余的氧平衡。 NO NO2

    零氧平衡:炸藥中含氧量剛夠將可燃元素完全氧化的氧平             

                            衡。 CO2  H2O

    負氧平衡:炸藥中含氧量不足以將可燃元素完全氧化的氧平

                            衡。 CO  C  H2


    (三)炸藥爆炸時的反應方程式

     炸藥爆炸的化學反應是極其復雜的

    1.正氧平衡:

    硝酸銨:NH4NO3        2H2O+N2+I/2O2

    硝化甘油:

     C3H5(NO3)3        3CO2+5/2H2O+3/2N2+I/4O2


    2.負氧平衡的負值不大

    黑索金(環三次甲基三硝胺)(均分氧)

    C3H6N3(NO2)3      3CO+3H2+3N2+3/2O2                     

        3/2CO2+3/2CO+3/2H2O+3/2H2+3N2

    3.負氧平衡的負值較大

    梯恩梯(三硝基甲苯)    (先H后C)

    C6H2 (NO2)3CH3       5/2H2O+7C+3/2N2+7/4O2

                                             5/2H2O+7/2CO+7/2C+3/2N2

              出現了固體C


    (四)氧平衡的計算

    若炸藥的通式為CaHbNcOd,則


     


    單質炸藥氧平衡為

      

    混合炸藥氧平衡為


    混合炸藥也可按各組分百分率與其氧平衡乘機的總和來計算:




      Mi、ki--第i組分的百分率與其氧平衡值




    例題:計算TNT和阿梅托(含TNT50%和NH4NO350%)炸藥的氧平衡

    解:TNT--三硝基甲苯C6H2 (NO2)3CH3

    通式為: C7H5N3O6

    氧平衡為




    阿梅托

    m1=m2=50%,k1=-74%,k2=20%

    Kb=-74%×50%+20 %×50 %=-27 %




    根據氧平衡設計炸藥組分

    當只有兩種組分時:令這兩種組分的配比和氧平衡率分別為x ,y,a,b,混合后炸藥的氧平衡值為C,

    則    x+y=100%     

           ax+by=c

    例題:銨油炸藥

           x+y+4=100                          x=92.21

           0.2x-3.42y-1.37×4=0         y=3.79


    (五)研究氧平衡的意義

    1.是研究炸藥爆炸反應的基礎;

    2.是設計混合炸藥配方的依據;

    3.是確定炸藥使用條件的依據。

      只有     放熱量最大

          不利于發揮最大威力

          產生有害氣體,催化沼氣爆炸

    所以,應該將炸藥設計為不大的正氧平衡

    多余的氧,用來氧化包裝紙及紙上的蠟、炮眼中的煤粉      


    (六)炸藥的爆熱、爆溫和爆熱

    1.爆熱:

    單位質量的炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量,用Kj/mol表示

    是氣體膨脹做功的能源。700-1500千卡/kg

    2.爆溫: 單質炸藥:3000--5000℃

         混合炸藥:2000--2500℃

    3.爆壓:幾萬--十幾萬大氣壓


     


    作業

    1.說明化學爆炸三要素。

    2.說明研究氧平衡的意義。

    3.名詞:氧平衡  正氧平衡 零氧平衡 

     負氧平衡

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