СОСТАВЫ С ОТРИЦАТЕЛЬНЫМ КИСЛОРОДНЫМ БАЛАНСОМ

Во многих случаях специальный пиротехнический эффект повышается, если в процессе сгорания горючего принимает участие не только окислитель, но и кислород воздуха.

Это происходит потому, что для многих видов составов (осветительных, зажигательных и др.) специальный эффект повышается с увеличением теплоты горения состава. Она при прочих равных условиях будет тем больше, чем больше в составе будет содержаться полностью сгорающего (хотя бы частично и за счет кислорода воздуха) горючего.

Хороший специальный эффект от составов, содержащих в себе избыток горючего, получается обычно в тех случаях, когда горючее представляет собой легко окисляющееся вещество, способное частично сгорать за счет кислорода воздуха.

Типичным примером такого горючего является магний. Во многих случаях рационально построение на основе магния таких составов, где только половина его окисляется за счет кислорода окислителя, а другая — за счет кислорода воздуха.

Наоборот, составы, содержащие трудноокисляемое горючее (например, грубодисперсные частицы алюминия), должны иметь достаточное для его полного сгорания количество окислителя.

Количество горючего, которое может сгореть за счет кислорода воздуха, определяется опытным путем.

Избыток окислителя, не участвующего активно в процессе горения, является почти во всех случаях вредным. Составы с положительным кислородным балансом в пиротехнике не применяются 1.

Составы, содержащие окислитель в количестве, необходимом для полного сгорания всего горючего (или горючих), называют составами с нулевым кислородным балансом.

Составы, содержащие окислитель в количестве, недостаточном для полного сгорания горючего, называют составами с отрицательным кислородным балансом.

Большинство составов имеет отрицательный кислородный баланс. Эффективность действия таких составов в большой мере зависит от того, в какой степени кислород воздуха может принять участие в процессе горения.

Под термином кислородный баланс (п) состава понимают количество кислорода в граммах, добавление которого необходимо для полного окисления всех горючих веществ в 100 г состава.

Отношение количества окислителя, которое содержится в составе, к количеству окислителя, необходимого для полного сгорания горючего, называют коэффициентом обеспеченности состава окислителем (k} (в [8] это отношение обозначается через а).

Кислородный баланс, при наличии которого в составе получается наилучший специальный эффект, называют оптимальным кислородным 'балансом.

При расчете двойных смесей магния или алюминия с нитратами щелочных или щелочноземельных металлов Н. Ф. Жировым были использованы понятия «активный» и «полный» кислородный баланс (сокращенно АКБ и ПКБ).

Под термином АКБ здесь понимается отдача окислителем в процессе горения состава только непрочно связанного так называемого активного, кислорода, например:

Sr(N03)2+5Mg=SrO+N2+5Mg. (5.8)

В случае ПКБ в расчет принимается весь кислород, содержащийся в окислителе, и уравнение составляется исходя из предположения, что, по крайней мере, в зоне пламени получается в свободном виде металл, содержащийся в окислителе.

Приводимое ниже уравнение реакции составлено исходя из ПКБ:

Sr(N03)2+5Mg=SrO+N2+6MgO. (5.8)

Составы с ПКБ являются, конечно, составами с отрицательным кислородным балансом.

Ниже приводится пример расчета составов с отрицательным кислородным балансом; при этом указывается требуемый кислородный баланс (в граммях).

* Исключением являются составы для «кислородных свечей» — см. трассирующие составы.

Пример 7. Рассчитать двойную смесь хлорат калия—магний при условии, что ее кислородный баланс п=—20 г.

В табл. 2.1 и 3.3 находим для хлората калия и магния соответственно числа 2,55 и 1,52.

Вычисляем, что 20 г кислорода окисляют 20 х 1,52=30,4 г магния.

Остающиеся 69,6 г состава должны быть рассчитаны обычным путем на нулевой кислородный баланс.

Содержание хлората калия в составе получается равным 2,55.69-6

2,55 * 69 * 6

------------------------------ = 43,6%

2,55 + 1,52

•а магния в составе будет 100—43,6=56,4%.

За счет кислорода окислителя будет сгорать 56,4 —30,4=26,0% магния Коэффициент обеспеченности состава окислителем будет в данном случае

равен k =26,0: 56,4 =0,46.

Подобный расчет может быть осуществлен и для многокомпонентных смесей.

Во многих случаях необходимо оценить расчетным путем рациональность уже имеющегося реального состава. В частности, вычисление кислородного баланса п и коэффициента k дает возможность судить о необходимости соприкосновения состава при его горении с кислородом воздуха, выяснить причины искрения состава и т. п.