ВЫЧИСЛЕНИЕ ТЕПЛОТЫ ГОРЕНИЯ

Расчеты проводят яа основании закона Гесса, который формулируется так: количество тепла, выделяющееся при химической реакции, зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависят от пути, по которому реакция протекает.

Следовательно, если система один раз переходит из состояния 1 в состояние 3 непосредственно, а в другом случае — через ряд промежуточных состояний, то теплота непосредственного превращения равна сумме теплот промежуточных реакций.

Иначе говоря:

Ql,3=Ql,2+Q2,3,

где Q1,3— количество теплоты, выделяемое или поглощаемое при переходе системы из состояния 1 в состояние 3; Q1,2 и О1,3—количества теплоты, выделяемые или поглощаемые при соответствующих переходах системы из состояния 1 в состояние 2 и из состояния 2 в состояние 3.

Из закона Гесоа следует, что теплота реакции горения может быть вычислена во формуле

Q2,3 = Ql,3 + Ql,2

Q2,3 - теплота горения пиротехнического состава

Ql,3 -теплота образования продуктов горения

Ql,2 -теплота образования компонентов состава

Горение пиросоставов протекает обычно с небольшой скоростью и большей частью в открытом пространстве, т. е. при постоянном давлении. Так как в термохимических таблицах [l42] приводится теплота образования соединений при постоянном давлении, то и по приведенной выше формуле вычисляется Q2, 3 при постоянном давлении, т. е. Qp.

Этим расчет теплоты горения пиросоставов отличается от расчета теплоты взрыва ВВ, при котором вычисляют теплоту реакции при постоянном объеме Qv- Переход от Qp к Qv осуществляется по формуле

Qv=Qp + 0,57n ,

где п — число молей газов, образующихся при реакции.

Стандартные теплоты образования веществ из элементов (—H298).

Стандартная теплота образования окислителей, продуктов их разложения и продуктов окисления горючих приведена в гл. II и III.

В табл. 6.1 приведена стандартная теплота образования некоторых солей и органических веществ.

Таблица 6.1

Стандартная теплота образования (—H298) некоторых компонентов составов и продуктов их горения.

Пример 1. Вычислить теплоту горения смеси:

ЗВа(NОз)2+10А1=ЗВаО+ЗN2+5А1203. Теплота образования продуктов горения (в ккал):

5А12Оз ....... 400-5=2000

ЗВаО .......... 133.3=399

------------------------------

.....................2399

Теплота образования компонентов состава

ЗВа(NОз)2 ...... 237.3=711

Теплота реакции горения

(3=2399—711=1688. Сумма по весу Ва(\0з)з и алюминия

ЛГ=261,4-3+27,0.10=1054. Теплота горения состава

q = 1688/1054 = 1,60 ккал/г (6,67 кДж/г).

Такой метод расчета достаточно точен, но не дает наглядного представления об энергетическом вкладе горючего и окислителя, взятых в отдельности, в общий тепловой баланс состава. Анализ этот можно провести, воспользовавшись несколько другими приемами расчета. Покажем это на примере смеси

Ba(NO3)2 68%,

Mg 32%.

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)

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.