Кислородный баланс как составить

Министерство
образования и науки Российской федерации

Федеральное
агентство по образованию

Государственное
образовательное учреждение

Высшего
профессионального образования

«Магнитогорский
государственный технический университет
им. Г.И.Носова»

факультет Горных
технологий и транспорта

кафедра подземной
разработки

месторождений
полезных ископаемых

ТЕХНОЛОГИЯ И
БЕЗОПАСНОСТЬ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ

Лабораторный
практикум

для студентов
специальности 130400, 130404, 130406

Магнитогорск

2010

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Практические
и лабораторные занятия по дисциплине
«Технология и безопасность взрывных
работ» имеет цель помочь студентам
ознакомиться с основами технологии
взрывных работ, теорией взрывчатых
веществ и способами ведения взрывных
работ. Приобрести навыки проведения
экспериментальных работ.

Задачей практических
занятий по данной дисциплине является
приобретение практических навыков и
дополнение теоретических знаний
технологии и безопасности ведения
буровзрывных работ. Формирование у
студентов знаний и умений по выбору
рациональных способов и оборудования
при производстве взрывных работ и
связанных с этим обеспечением безопасности.

Настоящие
указания содержат 7
работ по изучению характеристик
промышленных взрывчатых веществ,
способов и средств инициирования,
заряжания и взрывания зарядов, а также
методов расчета и составления паспорта
буровзрывных работ.

Практическая работа № 1 Расчет кислородного баланса и составление рецептуры промышленных взрывчатых веществ

Цель
работы: изучение состава взрывчатых
веществ и получение навыков расчета
химической реакции взрывчатого разложения
основных промышленных ВВ.

Общие сведения

Кислородный
баланс.
Кислородным балансом называется
отношение избытка или недостатка
кислорода во взрывчатом веществе для
полного окисления горючих элементов
(водорода, углерода, металлов и т.п.),
выраженное в грамм-атомах, к
грамм-молекулярной массе ВВ. Кислородный
баланс выражается в долях или процентах.

Под
полным окислением понимается окисление
водорода в воду, а углерода в углекислый
газ. При этом выделяется также молекулярный
азот и кислород. Если в составе ВВ
находится металл, то образуется его
высший окисел.

Реакции
полного окисления:

С
+ О₂
→
СО₂
+ 396
кДж/моль;

Н₂
+ ½ О₂
→
Н₂О
+ 283 кДж/моль при воде жидкой;

Н₂
+ ½ О₂
→
Н₂О
+ 241 кДж/моль при воде парообразной;

2Al
+ 1,5 О₂
→
Al₂О₃
+ 1671 кДж/моль.

Следовательно,
если ВВ имеет состав в виде C_aH_bN_cO_d,
то кислородный баланс (%)

где
16 – относительная атомная масса
кислорода; М_ВВ
– молекулярная масса ВВ.

При

d>2a+b/2

имеем
положительный кислородный баланс;

при

d=2a+b/2

нулевой
кислородный баланс;

при

d<2a+b/2

отрицательный
кислородный баланс.

ВВ
с нулевым кислородным балансом выделяют
максимальное количество энергии и
минимальное количество ядовитых газов.

При
взрыве ВВ с отрицательным кислородным
балансом в зависимости от относительного
количества кислорода образуются либо
ядовитая окись углерода (угарный газ)
с меньшим выделением тепла, чем при
образовании углекислоты, т. е.

С
+0,5О₂
→
СО
+ 109
кДж/моль,

либо чистый углерод
в виде сажи, резко снижающий образование
газов.

При
положительном кислородном балансе
уменьшается выделение энергии, так как
образуется ядовитая окись азота с
поглощением тепла по реакции

0,5N₂
+ 0,5О₂
→
NО
– 90,5 кДж/моль.

Пример 1. Определить
кислородный баланс тротила С₇Н₅(NO₂)₃,
относительная молекулярная масса
которого 227.

Для полного окисления
необходимо 2а + b/2
или 2•7 + 5/2= 16,5 атомов кислорода.

В наличии имеется
6 атомов кислорода. Следовательно,

Пример 2. Определить
кислородный баланс граммонита 30/70.
Граммонит 30/70 состоит из 30% аммиачной
селитры NH₄NО₃
и 70% тротила.

Кислородный баланс
аммиачной селитры АС, определенный
вышеуказанным способом, равен 20%.

Кислородный баланс
граммонита 30/70

0,3•20 +0,7 (-74) = -45,8%.

Рецептура
промышленных ВВ.
При изготовлении промышленных ВВ обычно
состав подбирается таким, чтобы был
нулевой кислородный баланс. Для
изготовления патронированных ВВ
принимается небольшой положительный
кислородный баланс для окисления
материала оболочки патронов. Для
подземных работ ВВ не должен образовывать
ядовитых газов более 40 л в пересчете на
условную окись углерода при взрыве 1
кг. Если образуются окислы азота и
сернистый газ, то для перевода их к
условной окиси углерода принимается
поправочный коэффициент соответственно
6,5 и 2,5.

Для
открытых горных работ, особенно для ВВ,
применяемых в обводненных условиях,
требования к кислородному балансу ВВ
не столь жестки.

Пример 1. Составить
рецептуру игдаиита с нулевым кислородным
балансом на основе аммиачной селитры
и дизельного топлива (ДТ) с кислородным
балансом -320%.

Количество весовых
частей аммиачной селитры для окисления
одной части дизельного топлива равно

Содержание дизельного
топлива во взрывчатом веществе

Соответственно
содержание аммиачной селитры

100-х=100-5,9=94,1%.

Следовательно,
формула игданита

94,1% AC + 5,9% ДТ.

Пример 2. Определить
рецептуру ВВ с нулевым кислородным
балансом на основе аммиачной селитры
и тротила C₇H₅(NО₂)₃.

Кислородный баланс
тротила -74%, относительная молекулярная
масса 227. Кислородный баланс аммиачной
селитры +20%, относительная молекулярная
масса 80.

Состав смеси должен
отвечать условию:

х (—74%) + (100 — х) 20%
= 0,

где х — содержание
в смеси тротила, %.

Решение данного
уравнения показывает, что х≈ 21% и (100 —
х) = 79%. Такому составу смеси отвечают
граммонит 79/21 и аммонит 6ЖВ.

Обозначим число
молей аммиачной селитры через y,
число молей тротила через z. Тогда из
соотношения

получим

Приняв z=1, получим
у = 10,7.

Следовательно,
молекулярное уравнение граммонита
имеет вид

z+10,7y =
C₇H₅(NO₂)₃+10,7NH₄NO₃.

Пример 3. Определить
молекулярную формулу гранулита АС-8,
имеющего следующий состав:

89% аммиачной селитры
NH₄NО₃;
3% солярового масла С₁₆Н₃₄
(относительная молекулярная масса 226);

8% алюминиевой пудры
Аl
(относительная молекулярная масса —27).

Обозначив число
молей солярового масла х, аммиачной
селитры y,
алюминиевой пудры z,
можно написать химическую формулу в
виде

yNH₄NO₃+
xС₁₆Н₃₄+
zAl

В соответствии с
весовым составом можно записать следующие
соотношения

Отсюда у=83,9х;
z=
22,4х.

Примем х=1. тогда
молекулярное уравнение гранулита АС-8
имеет вид

83,9NH₄NО₃+С₁₆Н₃₄+
22,4Аl.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Кислородный баланс

Кислородный баланс характеризует соотношение между содержанием во взрывчатом веществе горючих элементов и кислорода.

Вычисляют кислородный баланс обычно как разность между весовым количеством кислорода, содержащегося во ВВ, и количеством кислорода, потребным для полного окисления горючих элементов, входящих в его состав.

Расчет ведут на 100 г ВВ, в соответствии, с чем кислородный баланс выражают в процентах. Обеспеченность состава кислородом характеризуется кислородным балансом (КБ) или кислородным коэффициентом a_k, которые в относительных величинах выражают избыток или недостаток кислорода для полного окисления горючих элементов до высших оксидов, например, СО₂и Н₂О.

Если ВВ содержит как раз столько кислорода, сколько нужно для полного окисления входящих в его состав горючих элементов, то кислородный баланс его равен нулю.

Если избыток – КБ положителен, при недостатке кислорода – КБ отрицателен.

Сбалансированность ВВ по кислороду соответствует КБ – 0; a_k= 1.

Если ВВ содержит углерод, водород, азот и кислород и описывается уравнением С_аH_bN_cO_d, то величины кислородного баланса и кислородного коэффициента могут определяться по формулам

a, b, c, d – число атомов соответственно С, H, N и O. В химической формуле ВВ; 12, 1, 14, 16 –округленные до целого числа атомной массы соответственно.

Знаменатель определяет молекулярную массу ВВ: М=12а+b+14с+16d.

a, b, c, d – число атомов соответственно С, H, N и O. В химической формуле ВВ; 12, 1, 14, 16 –округленные до целого числа атомной массы соответственно.

Знаменатель определяет молекулярную массу ВВ: М=12а+b+14с+16d.

Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ с положительным кислородным балансом (I группа ВВ)

При составлении уравнений реакций взрыва ВВ с положительным кислородным балансом руководствуются следующими положениями: углерод окисляется до углекислоты СО₂, водород до воды Н₂О, азот и избыток кислорода выделяются в элементарном виде (N₂, O₂).

Пример 1. Составить уравнение реакции (определить состав продуктов взрыва) взрывчатого разложения индивидуального ВВ.

Нитроглицерин: С₃Н₅(ONO₂)₃, М = 227.

Определяем величину кислородного баланса для нитроглицерина:

КБ > 0 Запишем уравнение реакции:

Кроме основной реакции протекают реакции диссоциации:

Но так как КБ = 3, 5 (намного больше нуля) –реакции смещены в сторону образования СО₂, Н₂О, N₂, следовательно доля газов СО, Н₂и NО в продуктах взрывчатого разложения незначительна и ими можно пренебречь.

Расчет состава продуктов взрывчатого разложения ВВ с отрицательным кислородным балансом (II группа ВВ) при составлении уравнений реакций взрывчатого разложения ВВ II группы необходимо учитывать следующие особенности:

• водород окисляется до Н₂О,

• углерод окисляется до СО,

• оставшийся кислород окисляет часть СО до СО₂,

• азот выделяется в виде N₂.

Пример 2. Составить уравнение реакции взрывчатого разложения пентаэритриттетранитрата (тэна) С(СН₂ОNO₂)₄, М = 316. КБ = – 10, 1%.

1. Составляем уравнение реакции разложения тэна:

Для определения величины коэффициентов СО и СО₂:

5СО + 1, 5О₂= хСО + уСО₂,

х + у = n –сумма атомов углерода,

х + 2у = m –сумма атомов кислорода,

Задачи для самостоятельного решения( прислать на почту mitrofanovanngasu@yandex. ru до 25. 05)

1. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва 10 кг бутилового спирта (С₄Н₉ОН): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

2. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва5 кг метана (СН₄): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

3. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент)возможного аварийного взрыва 20 кг  глицерина (С₃Н₈О₃): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

4. Определить количество взорвавшихся паров пропана (С₃Н₈), если после аварии отмечены разрушения на расстоянии 25 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в технологическом оборудовании.

5. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент)возможного аварийного взрыва 40 кг ксилола (С₈Н₁₀): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

6. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва15 кг диметилгептана (С₉Н₂₀): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

7. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 30 кг диметилбутана (С₆Н₁₄): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

8. Определить количество взорвавшихся паров бензола(С₆Н₆), если послеаварии отмечены разрушения на расстоянии 100 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в помещении.

9. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 25 кг диметилового эфира (С₂Н₆О): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

10. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва 5 кг бензола (С₆Н₆): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

11. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 12 кг дибутилового эфира (С₄Н₁₀О): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

12. Определить количество взорвавшихся паров меана (СН₄), если после аварии отмечены разрушения на расстоянии 14 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в технологическом оборудовании.

13. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 2 кг нитроэтана (С₂Н₅NО₂): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

14. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 15 кг уксуснобутилового эфира (С₆Н₁₂О): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

15. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 15 кг этилбензола (С₈Н₁₀): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

16. Определить количество взорвавшихся паровтолуола (С₇Н₈), если послеаварии отмечены разрушения на расстоянии 100 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в помещении.

17. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва при взрыве 5 кг этиленгликоля (С₂Н₆О): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.