氧平衡和反應(yīng)方程

《單質(zhì)炸藥》化學(xué)工程系，楊軼。05二月2023第2頁1.5.1炸藥的氧平衡（物質(zhì)的氧平衡）組成炸藥的元素主要為：

C、H、O、N，有時還有F、Cl、S、Si、Mg、Al這些元素按作用分為三類：

a.可燃劑：C、H、Si、S、B、Mg、Al等，反應(yīng)產(chǎn)物為：CO2、H2O、SiO2等。b.氧化劑：O、F、Cl等，反應(yīng)產(chǎn)物為氧化物、HF、HCl等。c.載氧體：N，一般N作惰性物質(zhì)處理，反應(yīng)產(chǎn)物為N2。1.5氧平衡和爆炸反應(yīng)方程式的確定CompanyLogo05二月2023第3頁氧平衡﹙OxygenBalance﹚

——是指炸藥中所含的氧用以完全氧化其所含的可燃元素后，所多余或不足的氧量。注：氧平衡用每克炸藥中剩余或不足氧量的克數(shù)或百分?jǐn)?shù)來表示，即用g.g-1或%來表示，為一無量綱量，反映了炸藥中氧化元素與可燃元素之間的平衡關(guān)系。1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第4頁氧平衡的計(jì)算：（1）對通式為CaHbOcNd

炸藥（單質(zhì)炸藥），其氧平衡計(jì)算可按下式進(jìn)行：OB

=[c－﹙2a+0.5b﹚]×16／M×100%

式中M—炸藥的相對分子量，M=12a+b+16c+14d

16—氧的相對分子量1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第5頁討論：（a）若OB>0，即c>2a+0.5b，氧富余—正氧平衡炸藥（b）若OB=0，即

c=2a+0.5b，氧恰好—零氧平衡炸藥（c）若OB<0，即

c<2a+0.5b，氧不足—負(fù)氧平衡炸藥1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第6頁（2）對于混合炸藥其氧平衡計(jì)算，可將各組成分的氧平衡數(shù)值乘以該組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再求各乘積的代數(shù)和，即可表示為：（g·g-1，氧/炸藥）

式中：OBi—表示混合炸藥第i組份的OBwi—表示混合炸藥第i組份的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)

1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第7頁練習(xí)：例1計(jì)算AN的氧平衡。例2計(jì)算TNT(C7H5O6N3)的氧平衡。例3計(jì)算高氯酸銨（NH4ClO4）的氧平衡。例4計(jì)算2＃巖石銨梯炸藥的氧平衡。（已知組成比AN:TNT:木粉=85％:11％:4％,OBAN=+0.20g.g-1,OBTNT=-0.74g.g-1,OB木粉=-1.37g.g-1）1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第8頁△炸藥的氧系數(shù)

氧系數(shù)

A定義：與OB的概念類似，表示炸藥分子被氧飽和的程度。對CaHbOcNd炸藥，氧系數(shù)為：1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第9頁

若A>1,為正氧的；

若

A=1,為零氧的；

若

A<1,為負(fù)氧的?？梢?，氧系數(shù)衡量了炸藥中氧含量與可燃元素的相對關(guān)系?！髡ㄋ幍难跗胶?、氧系數(shù)概念可擴(kuò)展到一般物質(zhì)，如：Al、CH4等；

氧系數(shù)的值最小為零，而氧平衡的值可為負(fù)值，如Al、S、C的氧系數(shù)均為零而其氧平衡為不同值。1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第10頁

練習(xí)：例5計(jì)算硝化甘油(C3H5O9N3)的氧系數(shù)。

ANG＝9/(2×3+0.5×5)×100％＝105.9％例6計(jì)算梯恩梯(C7H5O6N3)的氧系數(shù)。

ATNT＝6/(2×7+0.5×5)×100％＝36.36％1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第11頁1.5.2爆炸反應(yīng)方程式（1）確定爆炸反應(yīng)方程式的實(shí)際意義a.炸藥爆炸性能參數(shù)：Qv、T、Vo、P、D計(jì)算的主要依據(jù)。b.地下爆破作業(yè)的爆炸產(chǎn)物毒性確定的主要依據(jù)－有毒氣體。c.可燃?xì)鈮m的環(huán)境中炸藥爆炸防止二次火焰的依據(jù)－沼氣安全性。d.研制炸藥、選用炸藥以達(dá)到最佳使用性能的依據(jù)。

CompanyLogo05二月2023第12頁1.5.2爆炸反應(yīng)方程式（2）爆炸反應(yīng)產(chǎn)物組成的決定因素：a.炸藥的種類與化學(xué)組成。b.

炸藥爆炸反應(yīng)條件，如裝藥條件、引爆條件和密度等，T、P影響小。c.混合炸藥的混合均勻性。

CompanyLogo05二月2023第13頁（3）確定爆炸反應(yīng)物組成的方法復(fù)雜性：a.實(shí)驗(yàn)確定：根據(jù)爆炸產(chǎn)物測定結(jié)果得出(困難,高溫,高壓)化學(xué)非平衡（需冷卻），氣相色譜法偵測。b.理論確定：化學(xué)非平衡，爆炸參數(shù)如P、T、Qv的確定與組成的確定交織在一起，是個動態(tài)過程，組成隨時間變化?？筛鶕?jù)化學(xué)平衡及熱力學(xué)平衡理論進(jìn)行簡化理論計(jì)算。(近似計(jì)算)1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第14頁理論方法--化學(xué)平衡常數(shù)法，計(jì)算依據(jù)：化學(xué)平衡原理與質(zhì)量守恒定律，且假設(shè):(1)炸藥爆炸時，溫度高、反應(yīng)速度極快、爆炸產(chǎn)物間能建立起化學(xué)平衡；(2)爆炸過程為一絕熱、等容的過程；(3)高溫高壓的爆炸產(chǎn)物近似符合理想氣體狀態(tài)方程；(4)只考慮最主要的反應(yīng)產(chǎn)物（10種）。1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第15頁基本思路：

對CaHbOcNd類炸藥，產(chǎn)物組成十分復(fù)雜。為簡單起見，只考慮常見的十種爆炸產(chǎn)物，于是爆炸反應(yīng)方程的一般形式為：1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第16頁c.經(jīng)驗(yàn)確定：

理論或簡化理論確定爆炸反應(yīng)方程十分繁雜，不便于工程應(yīng)用。因此工程上根據(jù)經(jīng)驗(yàn)方法確定爆炸反應(yīng)方程式，以便對炸藥的爆熱、爆溫和爆容等參數(shù)進(jìn)行估算。1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第17頁(1)呂－查德里方法(L-C法或M-L法）

基本出發(fā)點(diǎn):是基于最大爆炸產(chǎn)物體積的原則，并且在體積相同時，偏重于放熱多的反應(yīng)。

適用：這個原則及計(jì)算方法對于自由膨脹的爆炸產(chǎn)物的最終狀態(tài)是比較正確的。1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第19頁例1，梯思梯與硝酸銨按零氧平衡配比的炸藥，其爆炸反應(yīng)式可寫為：C7H5O6N3+10.5NH4NO3→7CO2+23.5H2O+12N2例2，硝化甘油炸藥，其爆炸反應(yīng)式可寫為：1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第21頁

例3，黑索今的爆炸反應(yīng)式可寫為：

C3H6O6N6→1.5CO2+1.5H2O+1.5CO+3N2+3H21.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第23頁

例4，梯恩梯的爆炸反應(yīng)式可寫為：C7H5O6N3→1.88H2O+2.06CO+1.03CO2+3.91C+0.62H2+1.5N21.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第24頁(2)

布倫克里-威爾遜方法(B-W法)該法是從能量上的優(yōu)先性來考慮最有利的反應(yīng)的，是經(jīng)常使用的一種確定爆炸反應(yīng)方程式的經(jīng)驗(yàn)方法。

其原則是首先將H氧化為H2O，剩余的O再氧化碳為CO，若還剩余氧，則將其用來把CO氧化為CO2。而氮以分于狀態(tài)N2存在。

(即H2O→CO→CO2型方法)。1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第26頁

例5,梯思梯的爆炸反應(yīng)方程式為：C7H5O6N3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2

例6,黑索金的爆炸反應(yīng)方程式為：C3H6O6N6→3H2O+3CO+3N21.5.2爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第27頁對于含鉀、鈉、鈣、鋁等金屬元素的混合炸藥，一般先將金屬元素完全氧化為金屬氧化物，其余的C、H、O、N元素再按B—W法處理。對于含氯元素的混合炸藥,則應(yīng)先考慮生成金屬氯化物或氯化氫。若同時含有前述二類元素時，則應(yīng)先按生成金屬氯化物和金屬氧化物，再按B一W法處理余下的C、H、O、N元素的反應(yīng)產(chǎn)物。三工業(yè)炸藥確定爆炸反應(yīng)方程式CompanyLogo05二月2023第28頁步驟:①鹵化物→金屬鹵化物，鹵化氫。②金屬元素→金屬氧化物。③B-W法處理C、H、O、N元素。