炸藥的爆熱1課件

12五月2024炸藥的爆熱1思考作業(yè)：1.單質炸藥的爆炸為什么能釋放巨大的能量？2.單質炸藥具有哪些共同點？3.炸藥具有怎樣結構特征？4.什么樣的含能物質才能作為可應用的炸藥？2研究意義：炸藥密度與炸藥的許多爆炸性能，如爆速、爆熱、爆壓、猛度及比容等都有密切關系，是計算這些參數(shù)必須具有的數(shù)據(jù)之一。2.1炸藥的密度3

表征炸藥的主要性能指標有：密度、標準生成焓、安定性、相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。第2章炸藥主要性能基本概念：炸藥密度：單位體積內所含的炸藥質量

晶體本身體積——晶體密度一定形狀的裝藥或藥柱制成品——裝藥密度容器內裝填炸藥——裝填密度4最大理論密度（晶體密度）：晶體體積不易壓縮。

晶體密度→裝藥密度→能量密度例：TNT：1.654g/cm3RDX：1.816g/cm3HMX：1.91g/cm3對混和物有：

2.1炸藥的密度5

分子內鍵和基團本身的密度決定因素分子間相互堆積的緊密程度6△摩爾體積法：一摩爾炸藥的質量與其所占體積之比求得炸藥的晶體密度。ρ=M/Vm

ρ-晶體密度，g·cm-3M-摩爾質量，g·mol-1Vm-摩爾體積，cm-3·mol-1

——基團的Vm貢獻值加權求得7

表征炸藥的主要性能指標有：密度、標準生成焓、安定性、相容性、感度、爆炸特性和爆炸作用等。第2章炸藥主要性能2.2炸藥的生成焓定義：炸藥的標準生成焓是標準狀態(tài)的穩(wěn)定單質合成標準狀態(tài)的炸藥分子所發(fā)生的焓變△Hf?。意義：進行炸藥熱力學參數(shù)和爆轟參數(shù)計算的基本數(shù)據(jù)，直接影響爆熱，進而影響爆溫、爆速、爆壓、做功能力等。8復習概念：1.反應熱：化學反應過程中，當反應物和生成物處于相同溫度時，所吸收或放出的熱量?！獰嵝枴鱄△H＞0→放熱反應△H＜0→吸熱反應單位——KJ·mol-1或J·mol-12.2炸藥的生成焓9復習概念：2.焓變：在恒溫恒壓條件下，化學反應所吸收或放出的反應熱?！獌饶芊枴鱄△H＞0→吸熱反應→反應體系能量升高△H＜0→放熱反應→反應體系能量降低單位——KJ·mol-1或J·mol-12.2炸藥的生成焓10測定方法：蓋斯定律△Hf?（穩(wěn)定單質合成炸藥的焓變）=燃燒產(chǎn)物標準生成焓總和（穩(wěn)定單質合成炸藥燃燒產(chǎn)物的焓變）－炸藥完全燃燒反應的標準焓變△Hc?（過程）2.2炸藥的生成焓11*第12頁2.3爆熱的一般概念定義：一定量炸藥爆炸時放出的熱量叫做炸藥爆熱，通常用kJ·kg-1或kJ·mol-1。與前面討論的化學反應熱效應類似，有定壓爆熱與定容爆熱之分。一般爆炸過程十分迅速，可將爆炸的瞬間視為等容過程，所以一般常用的定容爆熱表示炸藥的爆炸熱效應。注意：爆炸熱效應就是化學反應熱效應。2.3炸藥爆熱（ExplosiveHeat）12*第13頁2.3.1爆熱的計算2.3.1.1爆熱的理論計算計算依據(jù)：蓋斯定律—整個化學反應過程中，體積恒定或壓力恒定，且系統(tǒng)沒有做任何非體積功時，化學反應熱效應只取決于反應的初態(tài)與終態(tài)，與反應過程的具體途徑無關。計算爆熱的蓋斯三角形：三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）13*第14頁1→3有兩個途徑：一是由元素的穩(wěn)定單質直接生成爆炸產(chǎn)物，并放出熱量Q1,3二是由元素的穩(wěn)定單質先生成炸藥，放出或吸收熱量Q1,2，然后再由炸藥爆炸反應生成爆炸產(chǎn)物并放出爆熱Q2,3

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）14*第15頁Q1,3為各爆炸產(chǎn)物的生成熱之和；Q1,2為炸藥生成熱；Q2,3為爆熱。由蓋斯定律：Q1,3＝Q1,2+Q2,3

（生成熱：標準狀態(tài)下，由穩(wěn)定單質生成1mol某化合物過程的焓差）△炸藥的爆熱Q2,3＝Q1,3-Q1,2三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）15*第16頁注意點:(1)Q1,3、Q1,2可查熱化學手冊，從而可計算爆炸過程的熱效應，即計算爆熱。(2)某些物質的生成熱還可以通過燃燒熱或有關計算求得。(3)一般查得的Q1,3、Q1,2為定壓生成熱，故得到的Q2,3為定壓爆熱?！D換：Qv=Qp+ΔnRT≈Qp+2.477n。

計算爆熱的步驟：第1步：寫出爆炸反應方程式第2步：由蓋斯定律計算Qp(Q2,3)第3步：將Qp換算成Qv。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）16*第17頁例1：TNT的爆熱計算。第1步：按B-W法寫出方程式C7H5O6N3=3.5CO+2.5H2O+1.5N2+3.5C第2步：由蓋斯定律算定壓爆熱Q1,2：

TNT的生成熱為73.22kJ.mol-1

CO的生成熱為112.47kJ.mol-1Q1,3：H2O的生成熱為241.75kJ.mol-1N2、C的生成熱為0Qp＝Q2,3=Q1,3－Q1,2＝3.5×112.47＋2.5×241.75－73.22＝924.8kJ.mol-1注意：用水的氣態(tài)生成熱第3步：換算成Qv：所以Qv＝924.8＋0.008314×7.5×291＝942.1kJ.mol-1

或Qv＝(942.1/227)×1000＝4150.2

kJ.kg-1（定壓生成熱，291K）三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）17*第18頁例2:Amatol（TNT/AN=20/80）(質量比)爆熱計算以1kg炸藥為基準進行計算：1kg混合物中，TNT的摩爾數(shù)為：0.88AN（硝酸銨ammoniumnitrate)的摩爾數(shù)為：1010NH4NO3+0.88C7H5(NO2)3=22.2H2O+6.16CO2+11.32N2+0.38O2查表：TNT的生成熱：73.22kJ.mol-1,AN的生成熱：365.51kJ.mol-1故：Qp＝6.16×395.43＋22.2×241.75－(0.88×73.22＋10×365.51)＝4083.17kJ.kg-1

Qv=Qp+n2RT＝4083.17＋(22.2+6.16＋11.32＋0.38)×2.4195＝4180.10kJ?kg-1三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）18計算黑索金定壓和定容爆熱。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）19*第20頁2.3.2.2爆熱的經(jīng)驗計算

a.單質炸藥爆熱的經(jīng)驗計算——阿瓦克揚公式特點：不需要寫出爆炸反應方程式，對炸藥CaHbOcNd，計算方法為：定容條件：Qv＝Q2,3=Q1,3－Q1,2核心關系——爆炸產(chǎn)物總定容生成熱Q1,3~A的單值函數(shù)，如A在【12%~115%】，則爆轟產(chǎn)物定容生成熱可表示為：Q1,3=KQ1,3maxK——真實性系數(shù)Q1,3max——按最大放熱原則得出的炸藥爆轟產(chǎn)物的定容生成熱三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）平衡反應2CO=CO2+C；CO+H2=H2O+C。向右移動生成H2O和CO2獲得最大爆熱K=0.32(100A)0.2420(1)正氧平衡炸藥（A≥1）Q1,3max=393a+121b(2)負氧平衡的炸藥（A<1）Q1,3max=197c+22b三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）21

綜上：只需知道炸藥的分子式，即可算出氧系數(shù)和爆轟產(chǎn)物的最大定容生成熱，如果又知炸藥的定容生成熱，即可算出炸藥的定容爆熱Qv。(1)正氧平衡炸藥（A≥1）Qv=（393a+121b）·0.32(100A)0.24

－Q1,2(2)負氧平衡的炸藥（A<1）Qv=（197c+22b）·0.32(100A)0.24

－Q1,2三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）22按上法計算所得爆熱，對大部分炸藥（A=12％-115%）的誤差不超過3.5%，但該式未考慮密度對爆熱的影響，因而只適用于高密度單體炸藥或由這類單體炸藥組成的混合炸藥的爆熱的計算。三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）23*第24頁例:計算RDX/TNT(60/40質量比)的爆熱。首先確定1kg該混合炸藥的化學式,化學式為：C20.4429H25.0268O26.7889N21.5026

再計算混合炸藥的生成熱：RDX的定容生成熱是-93.3kJ.mol-1

TNT的定容生成熱是42.26kJ.mol-1

所以Qf,2=600/222×(-93.3)+400/227×42.26=-177.7kJ.kg-1

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）24*第25頁

計算氧系數(shù)最后計算1kg該混合炸藥的爆熱：Qv=0.32×50.1670.24×(197.7×26.7889+22.05×25.0268)-(-177.7)

=4789.1+177.7=4966.8kJ.kg-1——注意單位以上計算沒有考慮裝藥的密度的影響。％三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）25*第26頁2.3.2影響爆熱的因素

三炸藥爆熱（ExplosiveHeat）因素關系原因裝藥密度（小于晶體密度）零、正氧-影響??；負氧-影響大。產(chǎn)物穩(wěn)定；爆壓改變反應平衡。外殼（一定厚度使爆熱達到極限值）零、正氧-影響?。回撗?影響大。無-壓力下降、產(chǎn)物膨脹，反應向左，熱量減少；有-減少能量損失，延長二次反應時間，反應向右。添加物水、氧化劑溶液等惰性和活性液體對負氧炸藥總裝藥密度有所提升。要考慮到水的蒸發(fā)所吸收的部分熱量。26*第27頁2.3.3提高爆熱的途徑：(1)改善炸藥的氧平衡：就是使炸藥中的氧化劑能恰好將可燃劑完全氧化，即盡量達到或接近零氧平衡。(2)減少炸藥分子或混合組分分子結構中C-O、C=O、H-O等鍵中氧，這些氧是無效或部分無效，同時有這類結構的化合物生成熱也較大，所以炸藥的爆熱較低。(3)提高炸藥組分H/C含量比。按單位質量考慮：H2O（氣態(tài)）：13.4kJ/g（生成熱）