爆炸與炸藥的基本理論

通用課件 2011-10-08 0

軟件名稱：	爆炸與炸藥的基本理論
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軟件簡(jiǎn)介：	第四章　爆炸與炸藥的基本理論教學(xué)目的和要求：了解炸藥與爆炸的概念。掌握化學(xué)爆炸的特點(diǎn)。掌握炸藥的氧平衡。教學(xué)內(nèi)容爆炸現(xiàn)象化學(xué)爆炸三要素炸藥的氧平衡第一節(jié)　炸藥與爆炸概念一、爆炸現(xiàn)象爆炸：物質(zhì)發(fā)生急劇變化并放出大量的能量對(duì)周圍介質(zhì)做機(jī)械功，同時(shí)可能伴隨有聲、光、熱效應(yīng)的現(xiàn)象，稱為爆炸。如：輪胎“放炮”　鍋爐爆炸　瓦斯煤層爆炸　　炸藥爆炸　原子彈爆炸等等爆炸的基本特征表現(xiàn)在：速度高、威力大和破壞作用強(qiáng)等方面。從安全角度出發(fā)，爆破時(shí)還應(yīng)考慮爆炸的副作用，如地震效應(yīng)、沖擊波、飛石、有毒氣體、噪聲以及其他對(duì)相鄰物體、構(gòu)筑物和人身的影響等。 1.物理爆炸　只發(fā)生物態(tài)變化和能量轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生新的物質(zhì)。 2.化學(xué)爆炸　不僅有物態(tài)和能量的轉(zhuǎn)化，還生成新的物質(zhì)，并放出熱量。（分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化） 3.核爆炸核　　　　放出大量原子能和射線（原子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變）二、化學(xué)爆炸三要素 1.放出大量的熱　熱能是爆炸作功的能源，是必要條件　吸熱或放出的熱量不足，都不能使其延續(xù) 　熱　　　　　　　機(jī)械功　草酸鉛吸熱反應(yīng) Pb2C2O4 2CO2+Pb-69.9KJ 　草酸銅放出熱量少 CuC2O4 2CO2+Cu+23.9KJ 　草酸銀放熱量大，爆炸 Ag2C2O4 2CO2+2Ag+123.5KJ 硝酸銨在常溫或溫度低于1500C 時(shí)，其分解反應(yīng)為放熱反應(yīng)。千卡當(dāng)加熱到200 0C左右，為放熱反應(yīng)。若熱量不能及時(shí)散失，溫度不斷升高就會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸。迅速加熱到400-500 0C或用傳爆藥柱強(qiáng)力爆炸，由于放熱熱量增大，就會(huì)引起爆炸。 2.產(chǎn)生大量的氣體　氣體是能量轉(zhuǎn)換的載體　700－1000ml/kg 　不生成氣體，放熱再多也不能爆炸　氣體具有膨脹性、可壓縮性 3.爆炸反應(yīng)速度極快　是區(qū)別于一般化學(xué)反應(yīng)的最顯著的特點(diǎn) 　普通化學(xué)反應(yīng)，能量大部分損失于熱的傳導(dǎo)和輻射中　2000－9000米/秒　以沖擊波完成能量傳遞三、炸藥的概念及特點(diǎn) 　炸藥：具備化學(xué)爆炸三要素的物質(zhì) 　特點(diǎn)： 1.具有相對(duì)安定性和化學(xué)爆炸性，極易釋放能量　（以便加工、運(yùn)輸、儲(chǔ)存、使用　　由化學(xué)不穩(wěn)定體系　　穩(wěn)定體系） 2.具有很高的能量密度　（在微小的容積中蘊(yùn)藏著大量能量） 3.能在與空氣隔絕處發(fā)生爆炸反應(yīng) ?。– H O N　不需要外界供氧）四、炸藥化學(xué)反應(yīng)的形式爆炸不是炸藥唯一的化學(xué)反應(yīng)形式，在特定的反應(yīng)條件下，同種炸藥可能有四種不同形式的化學(xué)反應(yīng)：熱分解、燃燒、爆炸和爆轟。四種反應(yīng)形式產(chǎn)生不同的物理化學(xué)效應(yīng)。 (1) 熱分解熱分解是炸藥化學(xué)反應(yīng)的最低形式，表現(xiàn)為炸藥在常溫下緩慢的化學(xué)變化，使原物質(zhì)發(fā)生本質(zhì)的變化。炸藥的熱分解過程沒有明顯的聲、光效應(yīng)，通常不易覺查。反應(yīng)速度隨內(nèi)外條件而變化，通常對(duì)溫度比較敏感，溫度越高，反應(yīng)速度越快，濕度、壓力和通風(fēng)條件對(duì)反應(yīng)速度和結(jié)果也會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響。炸藥熱分解一般會(huì)帶來不良后果，炸藥因熱分解而變質(zhì)直接影響炸藥的使用。在一定條件下，熱分解會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵踔帘?，以致發(fā)生意外爆炸事故。所以在炸藥的制造、貯存過程中應(yīng)嚴(yán)格控制環(huán)境條件，避免炸藥的熱分解。 (2) 燃燒燃燒是比熱分解更高一級(jí)的化學(xué)反應(yīng)形式，往往是由受熱或火焰引起的。燃燒是物質(zhì)的氧化過程，所以一般物質(zhì)燃燒需要外界提供氧，而炸藥本身含有豐富的氧和燃料，不需要外界的氧就可以燃燒，一旦炸藥燃燒，靠隔絕空氣的滅火方法不起作用，往往還會(huì)加速炸藥的燃燒。燃燒速度低于爆轟波的傳播速度和炸藥中的聲速；炸藥燃燒時(shí)對(duì)壓力比較敏感，壓力越大，燃速越高，甚至由燃燒轉(zhuǎn)變?yōu)楸?，所以在密閉條件下燃燒是很危險(xiǎn)的。在炸藥貯存時(shí)，要注意創(chuàng)造不利于燃燒的條件，如改善通風(fēng)條件。 (3) 爆炸爆炸是炸藥的最高化學(xué)反應(yīng)形式。與燃燒的區(qū)別在于燃燒靠熱傳導(dǎo)傳遞能量和激發(fā)化學(xué)反應(yīng)，爆炸則靠沖擊波傳遞能量和激發(fā)反應(yīng)區(qū)；燃燒受環(huán)境影響較大，爆炸則基本上不受環(huán)境影響。爆炸的反應(yīng)速度、溫度和壓力都比燃燒高得多。所以爆炸表現(xiàn)出強(qiáng)烈的破壞作用。爆炸是爆破安全的主要控制對(duì)象。爆炸過程中遇到不利因素也可能導(dǎo)致爆炸中斷，使爆炸過程轉(zhuǎn)變?yōu)槿紵驘岱纸狻?/p> (4) 爆轟爆炸速度增長到穩(wěn)定爆速的最大值時(shí)就轉(zhuǎn)化為爆轟，爆轟是指炸藥以最大穩(wěn)定速度進(jìn)行的反應(yīng)過程。特定的炸藥在特定的條件下的爆轟速度為常數(shù)。爆炸和爆轟并無本質(zhì)上的區(qū)別，只不過是傳播速度不同而已。爆轟的傳播速度是恒定的，爆炸的傳播速度是可變的，就這個(gè)意義上講，也可以認(rèn)為爆轟是爆炸的一種特殊形式，即穩(wěn)定的爆炸。炸藥爆炸已經(jīng)在許多行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，尤其在工程爆破方面。在巖土工程中，無論在經(jīng)濟(jì)方面還是在效率方面，爆破方式都比機(jī)械方式優(yōu)勢(shì)強(qiáng)；在城市建設(shè)和企業(yè)改造中，控制爆破也發(fā)揮了重要作用。　　炸藥化學(xué)反應(yīng)的上述四種基本形式與各自必要的條件相對(duì)應(yīng)，條件改變，反應(yīng)形式也相應(yīng)地改變，可以相互轉(zhuǎn)化，即它們之間有著非常密切的內(nèi)在聯(lián)系。從安全和爆破工程方面考慮，都希望炸藥按照預(yù)定的反應(yīng)形式進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，即使反應(yīng)形式發(fā)生轉(zhuǎn)變，也應(yīng)在可以控制的范圍內(nèi)，否則會(huì)引起預(yù)想不到的事故。五、炸藥的爆炸反應(yīng) （一）炸藥的成分　　　C H O N C H 　為可燃元素 O　　　為助燃元素 N　　　為惰性元素爆炸后產(chǎn)物：CO2 H2O CO C H2 NO NO2 CH4 NH3 N2 SO2 H2S 有毒氣體：CO NO NO2 SO2 H2S CO：無色無味、比空氣稍輕，與人體紅血球中的血色素的親和力為氧的250－300倍，短時(shí)間內(nèi)造成缺氧，0.4％致命。 NO2：紅褐色、比空氣稍重，易溶于水，對(duì)人的眼睛及呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激作用。 NO2比NO毒性大好多倍，0.0255％人很快死亡。 CO、 NO、NxOy不僅都是有毒氣體，而且能對(duì)瓦斯爆炸反應(yīng)起催化作用，因此這樣的炸藥就不應(yīng)用于地下礦井的爆破作業(yè)。（二）炸藥的氧平衡氧平衡：炸藥中所含的氧量與可燃元素完全氧　　　　　　　　　化所需氧量的關(guān)系。正氧平衡：炸藥中含氧量足夠?qū)⒖扇荚赝耆趸?，并有?nbsp; 余的氧平衡。 NO NO2 零氧平衡：炸藥中含氧量剛夠?qū)⒖扇荚赝耆趸难跗?nbsp; 衡。 CO2 H2O 負(fù)氧平衡：炸藥中含氧量不足以將可燃元素完全氧化的氧平衡。 CO C H2 （三）炸藥爆炸時(shí)的反應(yīng)方程式　炸藥爆炸的化學(xué)反應(yīng)是極其復(fù)雜的 1.正氧平衡：硝酸銨：NH4NO3 2H2O+N2+I/2O2 硝化甘油： C3H5(NO3)3 3CO2+5/2H2O+3/2N2+I/4O2 2.負(fù)氧平衡的負(fù)值不大黑索金（環(huán)三次甲基三硝胺）（均分氧） C3H6N3(NO2)3 3CO+3H2+3N2+3/2O2 　　　　　　　　　　3/2CO2+3/2CO+3/2H2O+3/2H2+3N2 3.負(fù)氧平衡的負(fù)值較大梯恩梯（三硝基甲苯） (先H后C) C6H2 (NO2)3CH3 5/2H2O+7C+3/2N2+7/4O2 5/2H2O+7/2CO+7/2C+3/2N2 　　　　　　　　　　出現(xiàn)了固體C （四）氧平衡的計(jì)算若炸藥的通式為CaHbNcOd，則單質(zhì)炸藥氧平衡為混合炸藥氧平衡為混合炸藥也可按各組分百分率與其氧平衡乘機(jī)的總和來計(jì)算： Mi、ki－－第i組分的百分率與其氧平衡值例題：計(jì)算TNT和阿梅托（含TNT50％和NH4NO350％）炸藥的氧平衡解：TNT－－三硝基甲苯C6H2 (NO2)3CH3 通式為： C7H5N3O6 氧平衡為阿梅托 m1＝m2＝50％，k1＝-74％，k2＝20％ Kb＝-74％×50％+20 ％×50 ％＝-27 ％根據(jù)氧平衡設(shè)計(jì)炸藥組分當(dāng)只有兩種組分時(shí)：令這兩種組分的配比和氧平衡率分別為x ，y，a，b，混合后炸藥的氧平衡值為C，則 x+y=100% ax+by=c 例題：銨油炸藥 x+y+4=100 x＝92.21 0.2x-3.42y-1.37×4＝0 y＝3.79 （五）研究氧平衡的意義 1.是研究炸藥爆炸反應(yīng)的基礎(chǔ)； 2.是設(shè)計(jì)混合炸藥配方的依據(jù)； 3.是確定炸藥使用條件的依據(jù)。　　只有　　　　　放熱量最大　　　　　　不利于發(fā)揮最大威力　　　　　　產(chǎn)生有害氣體，催化沼氣爆炸所以，應(yīng)該將炸藥設(shè)計(jì)為不大的正氧平衡多余的氧，用來氧化包裝紙及紙上的蠟、炮眼中的煤粉　　　　　　（六）炸藥的爆熱、爆溫和爆熱 1.爆熱：單位質(zhì)量的炸藥在定容條件下爆炸所釋放的熱量，用Kj/mol表示是氣體膨脹做功的能源。700－1500千卡/kg 2.爆溫：　單質(zhì)炸藥：3000－－5000℃ 　　　　　混合炸藥：2000－－2500℃ 3.爆壓：幾萬－－十幾萬大氣壓作業(yè) 1.說明化學(xué)爆炸三要素。 2.說明研究氧平衡的意義。 3.名詞：氧平衡　　正氧平衡　零氧平衡　　負(fù)氧平衡
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