Основы пиротехники (стр. 52 )

Для установления размера частиц дыма оседающие частицы аэрозоля улавливают на стеклянные пластинки, а затем просматривают визуально через микроскоп или фотографируют.

Для определения концентрации частиц в воздухе используют поточный ультрамикрофотометр Дерягина и Власенко.

В большинстве случаев дымы и туманы являются полидисперсными системами, т. е. содержат частицы различных размеров (рис. 16.1). Следует также знать электрические свойства дымов и туманов, так как от них зависит продолжительность существования дыма или тумана.

В аэрозолях, начиная с момента их образования, наблюдается явление коагуляции. Коагуляцией аэрозоля называется укрупнение (слипание) его частиц. Образование очень крупных частиц приводит к быстрому выпадению их из газовой среды. Скорость коагуляции аэрозолей прямо пропорциональна квадрату их частичной концентрации. Способность дымов к коагуляции уменьшается при наличии на частицах одноименного электрического заряда или пленки адсорбированного газа.

Оптические свойства аэрозолей. Присутствие в воздухе дыма или тумана понижает его светопроницаемость;

значительная часть света поглощается или рассеивается частицами дыма или тумана — это явление называется эффектом Тиндаля. Интенсивность рассеянного света /s определяется на приборе, называемом тиндальметром.

В дымах, размеры частиц которых больше длины волны света, Is увеличивается с уменьшением радиуса г частиц:

Is=K (c/r)

где К.— коэффициент пропорциональности; с — весовая концентрация аэрозоля в мг/л.

В том же случае, когда размер частиц значительно меньше длины волны света, /s быстро возрастает с увеличением размера частиц

Is=Kcr3

Наибольшее светорассеяние, а следовательно, и наилучшую маскирующую способность имеют аэрозоли с размерами частиц, близкими к длинам волн видимого света, т. е. от 1 до 0,1 мкм.

Менее всего дымами и туманами рассеиваются длинноволновые, красные и особенно инфракрасные лучи. Поглощение света аэрозолем может быть охарактеризовано формулой Ламберта — Буге — Бэра:

/=Ioe - k*c*l

где Iо и I — интенсивность света, входящего в поглощающий слой и выходящего из него; /—толщина этого слоя; е—основание натуральных логарифмов.

Для маскирующих дымов большое значение имеет понятие «кроющая способность» дыма, которая тем больше, чем меньше (при прочих равных условиях) отношение I/Iо.

На практике кроющую способность, или оптическую плотность дыма D, часто определяют по формуле

D=1/L

где L — толщина слоя дыма, который делает невидимым свет эталонной лампы.

- Так, например, при испытаниях в дымовой камере, имеющей ширину и высоту 1,8 м, а длину 2,4 м, использовалась лампа в 25 Вт.

Для характеристики эффективности дымообразующих веществ иногда пользуются так называемой величиной полного затемнения TOP=V-?>, где V — объем дыма или тумана, получаемого из единицы веса дымообразователя. Величина TOP (total obscuring power) обозначает площадь завесы в м2, создаваемой в 1 кг дымообразователя и дающей полное затемнение.

Значения величины полного затемнения для некоторых дымообразующих веществ и горючих смесей, приведены в табл. 16.1.

Таблица 16.1

Дымообразующее вещество или смесь	Величина полного затемнения (ТОР), м /кг	Дымообразующее вещество или смесь	Величина полного затемнения (ТОР), м2 кг
Фосфор белый TiCL4+NH3 . . . . .	920 606 510 420	SnCl4 .......	372 390 280 250 40
SiCl4 ........
FS (55%SO3HCl + 45%SO3)	SОзНСl......
Смесь Бергера (на осно-¦ ве ССl4) .....
Американская смесь НС на основе гексахлорэтана......
Неочищенные масла. .

§ 2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ АЭРОЗОЛЕЙ.

Дымы и туманы получаются методам диспергирования или методом конденсации. Первый метод сводится к измельчению вещества путем его размалывания, разбрызгивания или распыления при помощи взрыва. Затрата энергии, необходимая для получения аэрозолей этим методом, сводится к совершению известной механической работы.

Почти всегда методом диспергирования получаются аэрозоли с более крупными частицами, чем методом конденсации. Вследствие этого на практике для получения аэрозолей чаще пользуются методом конденсации. Процесс конденсации идет самопроизвольно и только в начале требует затраты энергии для получения пересыщенного пара. При конденсации пара отдельные молекулы вещества слипаются между собой, образуя большие агрегаты — коллоидные частицы. Пересыщенный пар может быть получен:

— охлаждением горячего пара;

— получением из газообразных продуктов твердого или жидкого вещества, пересыщающего своими парами пространство.

Создание маскирующих дымовых завес осуществляется обычно следующими способами:

— испарением масел;

— диспергированием в воздухе летучих жидкостей (например, TiCl4), которые образуют дым, реагируя с влагой воздуха;

— сжиганием на воздухе фосфора (или фосфорных смесей);

— сжиганием пиросоставов, которые содержат в себе или образуют в процессе горения различные дымообразующие вещества.

1. Испарение масел, с последующей конденсацией его паров с образованием мельчайших капель тумана, осуществляется или впрыскиванием масел в выхлопную трубу двигателей или с использованием специальных термических смесей, содержащих аммиачную селитру и уголь. Одна из таких сравнительно быстрогорящих смесей содержит 86% NH4NO3, 11% угля, 3% льняного масла. Ее калорийность ~0,7 ккал/кг (2,9 кДж/г), Vyw\ л/г (при нормальных условиях), приближенное уравнение реакции горения:

6NH4N03 + 4С= 11Н20 + СО + ЗСО2+6N2+Н2.

Замедление горения таких смесей осуществляется введением в них до 8% NH4C1.

2. В качестве дымообразующих жидкостей используют хлориды титана, олова и кремния, а также хлорсуль-фоновую кислоту; свойства этих веществ приведены в табл. 16.2.

Таблица 16.2

		Температура, °С
Дымообразующее вещество	Плотность, г/см3	плавления	кипения	Конечные продукты взаимодействия с Biaroft воздуха
SnCl4	2,2	—33	+114-	Sn(OH)4, HC1
TiCL4	1,8	—23	+136	Т1(ОН)4, HC1
SiCl4	1,5	—69	+ 59	Si(OH)4, HC1
SO3-HCl	1,8	-80	+158	H2SO4 HC1

Наилучшими дымообразующими свойствами из указанных в таблице хлоридов обладает TiCU. Гидролиз его на воздухе протекает по стадиям:

TiCI4 =+H2O= TiCI4 • 5Н20 = ТiС1з (ОН) • 4H2O=TiCl2 (ОН)2 • ЗН2О =Ti (ОН)4 Н2O

Одновременно образуется все в увеличивающемся количестве хлористый водород. При контакте последнего с аммиаком образуется дым NH4C1 и дымообразующие свойства системы улучшаются (см. табл. 16.1). SiCl4 значительно менее реактивен, чем TiCl4.

3. Ф о с ф о р н ы е дымы могут быть получены:

а) горением на воздухе белого или красного фосфора;

б) при горении смесей, содержащих избыток красного фосфора и немного окислителя;

в) горением на воздухе фосфинов, получаемых при взаимодействии фосфидов (например, Са3Р2) с водой. Этот вариант используется в морских дымовых сигналах.

Может быть также осуществлено горение смесей красного фосфора с различными органическими горючими.

По варианту «б» может быть осуществлена реакция:

30CaS04+76P=15Ca2P207+10P4Sз+ЗP205.

Избыток фосфора испаряется, и пары фосфора, а также Р4Sз, сгорают на воздухе, образуя P205 и S02.

Высокая эффективность фосфорных дымов определяется тем, что при реакции с влагой воздуха P2O5 образует фосфорные кислоты (НРОз и НзРO4), которые, в свою очередь, притягивают к себе влагу из воздуха. Найдено, что из одной весовой части фосфора при 75%-ной влажности воздуха образуется семь весовых частей аэрозоля (тумана).

§ 3. СОСТАВЫ МАСКИРУЮЩИХ ДЫМОВ И ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ ТРЕБОВАНИЯ

К этим составам предъявляются следующие требования:

1) полученный три горении пиросоставов дым должен иметь высокую кроющую способность и быть достаточно устойчивым в воздухе;

2) при сгорании в дымовых шашках составы не должны давать пламени;

3) образующийся шлак должен быть рыхлым (пористым, чтобы он не препятствовал прохождению через него дыма.

Продукты горения составов, предназначенных для создания дымовой завесы в расположение своих войск, не должны оказывать вредного действия на здоровье бойцов.

Существует два различных типа составов маскирующих дымов. Одни содержат дымообразующие вещества в готовом виде, в других дымообразующие вещества получаются при горении.

Составы первого типа содержат три основных компонента: окислитель, горючее и дымообразующее вещество.

В качестве дымообразователей применяют легковозтоняющи-еся вещества: хлористый аммоний и ароматические углеводороды— нафталин, антрацен и др.

Процесс образования дыма сводится к возгонке этих веществ и переходу их после охлаждения на воздухе в твердое состояние.

Хлористый аммоний хорошо растворим в воде, имеет плотность 1,52 г/см3. Возгонка его заметна уже при 250°, а при 339° С давление его пара р=\ кгс/см2 (9,8-.104 Н/м2). Температура плавления NH4Cl в замкнутом пространстве равна 520°.

Наряду с возгонкой происходит его диссоциация на аммиак и хлористый водород: NН4С1=NHз+НС1.

Реакция обратима и при охлаждении смещается влево.

Степень диссоциации NH4CI в интервале 200—400° С составляет от 57 до 79%.

Большую летучесть при сравнительно невысокой температуре (ниже 1000° С) имеют хлориды многих металлов (цинка, железа, алюминия), но они содержат кристаллизационную воду и настолько гигроскопичны, что обезвоживание их представляет значительные трудности.