Основы пиротехники (стр. 14 )

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.

§ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Для определения теплоты горения сжигают определенную навеску состава в калориметрической бомбе. Количество выделившегося тепла определяют как произведение теплоемкости системы (вода + аппаратура) на разность между конечной и начальной температурой, воды, в которую погружена бомба. Теплоемкость системы, называемую иначе «водяным числом» калориметра, определяют специальными опытами.

Объем калориметрической бомбы составляет обычно 300— 400 см3, вес воды в калориметре — около 3 кг (вода взвешивается с точностью до 1 г).

Калориметрическая бомба в большинстве случаев заполняется воздухом, реже — азотом.

Для составов с отрицательным кислородным балансом при сжигании их с участием воздуха стремятся обеспечить максимальное отношение количества воздуха к навеске состава; навеску состава уменьшают до предела, допускаемого точностью калориметрического определения. Обычно ее берут 0,5—1 г с тем расчетом, чтобы повышение температуры воды в калориметре при проведении опыта было не менее 0,3 С. Бомба объемом 300 см2, наполненная воздухом, заключает в себе 0,1 г кислорода, которого хватит на окисление только 0,5 г состава, имеющего кислородный баланс п==—20 г 02.

В том, что кислород воздуха во многих случаях участвует в процессе горения составов, имеющих отрицательный кислородный баланс, убедились на основании эксперимента.

В азоте сжигают только некоторые дымовые составы (кислород воздуха оказывал бы окисляющее действие, частично или даже полностью сжигая дымообразующее вещество и тем самым искажая результаты определения). По отношению к составам, содержащим магний или алюминий, азот уже не является инертным газом, так как эти металлы реагируют с ним, образуя нитриды.

Если необходимо полностью устранить влияние внешней среды на процесс горения составов, содержащих магний или алюминий, то сжигание надо проводить в атмосфере инертного газа, например аргона.

В некоторых случаях требуется. прецизионное определение теплоты горения лиросоставов. В таких случаях можно использовать для измерения температуры термоэлементы, соединенные с зеркальным гальванометром, или платиновые термометры сопротивления.

Для воспламенения многих составов достаточно прикосновения к ним тонкой нихромовой проволочки, нагреваемой докрасна электротоком. Если таким способом воспламенить состав не удается, то поверх него насыпают немного (сотые доли грамма) воспламенительного состава, теплота горения которого должна быть определена заранее.

Введение воспламенительного состава снижает точность определения ввиду возможности химического взаимодействия между продуктами горения испытуемого и воспламенительного составов. Поэтому воспламенительный состав следует применять только в крайних случаях.

§ 3. СВЯЗЬ МЕЖДУ НАЗНАЧЕНИЕМ СОСТАВОВ И ТЕПЛОТОЙ ИХ ГОРЕНИЯ

На основании экспериментальных данных можно установить связь между назначением составов и количеством тепла, выделяющегося при их сгорании (в ккал/г):

Фотосмеси. ........................................................... 1,7—3,0

Осветительные и трассирующие составы. .......... 1,5—2,0

Смесевые пороха (ориентировочные данные) ..... 1,0—1,5

Зажигательные составы (с окислителем) . ............ 0,8—3,0

Составы ночных сигнальных огней...................... 0,6—1,2

Составы маскирующих дымов..... .......................0,4—1,0

Составы цветных сигнальных дымов. ............. . 0,3—0,6

Примечание. 1 ккал=4,186 кДж.

§ 4. ГАЗООБРАЗНЫЕ ПРОДУКТЫ ГОРЕНИЯ

Образование газообразных веществ тори горении наблюдается почти для всех видов пиросоставов. Из реально используемых составов совсем не дает их при сгорании, по-видимому, только железоалюминиевый термит и, возможно, некоторые безгазовые составы.

В составах осветительных, трассирующих и сигнальных огней и в фотосмесях образование газов при горении необходимо для того, чтобы при горении получить пламя и таким образом увеличить количество излучаемой световой энергии. Образование газов при горении твердых пиротехнических топлив — необходимое условие для обеспечения тяги реактивного двигателя.

В дымовых составах наличие газов необходимо для выталкивания из сферы реакции в атмосферу частичек дымообразующих веществ.

При горении зажигательных составов образование газов также желательно, так как это значительно расширяет создаваемый очаг пожара.

Вместе с тем при горении пиросоставов образуется также известное количество твердых веществ. Исключением являются газогенераторные составы, а также некоторые горючие, сгорающие за. счет кислорода воздуха. Так, бензин, керосин, нефть, употребляемые в зажигательных средствах, дают при сгорании очень мало твердых продуктов.

Соотношение между газообразными и твердыми продуктами горения определяется назначением состава и требуемым специальным эффектом. Для осветительных и трассирующих составов газообразные продукты горения составляют 15—25% от веса

Однако и для термита при температуре реакции (~2400°С) некоторая (сравнительно небольшая) часть промежуточных продуктов реакции находится в парообразном состоянии.

состава. Дымовые составы выделяют при сгорании большое количество газообразных продуктов.

Обычно вычисляется объем газообразных продуктов горения 1 г состава при 0° С и 760 мм рт. ст. (9,81-10 4 Н/м2). Этот объем называется удельным и обозначается через V0.

Обычно при вычислениях к объему газов (С02, СО и др.) добавляют еще объем, занимаемый при нормальных условиях образовавшимися парами воды.

Объем Vtгазообразных продуктов при температуре горения I вычисляется по общеизвестной формуле

Vt=Vo( 1+0,00366 * t).

При вычислении следует принимать во внимание все вещества, находящиеся при температуре горения в парообразном состоянии.

Примером может служить смесь КС10з+2А1=КС1+А120з.

Так как температура горения этой смеси около 3000° С, а хлористый калий кипит при 1415° С, то в процессе горения он будет целиком находиться в парообразном состоянии.

Газообразные продукты реакции горения составов образуются в основном за счет окисления или разложения компонентов, содержащих водород, углерод, азот, юеру и хлор.

Первые два элемента входят в состав органических соединений, т. е. горючих и связующих. Водород содержится также в солях аммония.

Азот содержится в нитро - или аминосоединениях, а также в окислителях — нитратах. Сера содержится в сульфидах (Sb2S3, тиомочевине и др.), а иногда вводится в составы и в элементарном состоянии. Хлор содержится в хлорорганических соединениях; свободный хлор и хлористый водород образуются при горении составов, содержащих перхлорат аммония.