炮烟中有毒气体含量的确定.pdf

第2 1 卷第3 期 爆破 V o l2 1N o3 2 0 0 4 年9 月 B L A S T I N G s e p2 0 0 4 文章编号1 0 0 1 4 8 7 x 2 0 0 4 0 3 0 0 1 1 0 3 炮烟中有毒气体含量的确定 吕早生，王光华 武汉科技大学化资学院，湖北武汉4 3 0 0 8 1 摘要建立了硝铵炸药爆炸后炮烟中有毒气体含量的数学模型．模型使用了B K w 方程，由于硝铵炸药 的碳舍量较低，取y 01 6 、口 05 、日 4 0 0 、K 1 09 1 。用模型计算的结果与实验结果相吻合。 关键词计算模型；炮烟；有毒气体 中圈分类号T D 2 3 5 ．4 5文献标识码A T o x i cG a sC o n t e n tC a I c u l a t i o ni nE x p l O s i o nS m o k eo f A m m o n i u mN i t r a t el j l a s t i n gA g e n t L VZ Ⅱo s } I e n g ，W A N GG “Ⅱ”g - ““ S c } 1 0 0 1o fC h e m i c a l R e s o u r c eE n g i n e e r i n g ，w u h a nu m V e r s i t y o fS c i e n c e ＆T e c l m o l o g y ，W u l l a n4 3 0 0 8 1 ，C h i n a A b s t r a c t At o x i cg a s ∞n t e n tc a l c u l a t i o nr n 。d e li se s t a b l i s } l e di ne x p l o s i o ns r n o k eo fa m m 。n i u mn i t r a t eb l a s t i n g a g e n t T 1 1 ec a l c u l a t i o nn l o d e l m a k e su s eo fB K we q u a t i o n ，i n w h i c hp a r a m e t e r s 卢 01 6 ，口 05 ，日 4 0 0 ，K 1 09 1 ，b e c a u s eo f l o wc a r b o nc o n t e n ti na n m l o n i u mn i t r a t eb l a s t i n ga g c n tT h ec a I c u l a t e dv a l u c so ft h ea p p l i c 扑 t i o no ft 1 1 em o dc It oa m m o n i u mn 计r a r eb I a s t i n ga g e n ta r ei na g r e e m e n tw i t he x p e r i m e n t a lv a l u e S K e yw o r d s c a l c u l a t i o n m 。dc l ；e x p l o s i o ns n l o k e ；t o x i 。g a s 1 ’前言 炸药炮烟中有毒气体的含量是评价它安全等级 的一重要指标，特别是井下爆炸作业。它会污染环 境、危害作业工人的生命安全和身体健康。但炸药 爆炸过程是一复杂的高温高压过程，如何确定炸药 炮烟中有毒气体的含量是一重要的研究课题。现在 一般使用实验测定法，但实验法过程复杂。计算模 型与计算机相结合方法快捷方便，所建立的计算模 型考虑到爆炸过程的化学本质，爆炸产物只考虑0 、 0 2 、H 、O H 、C O 、C 0 2 、C 、H 2 、H 2 0 、N 、N 2 、N 2 0 、N 0 2 、 N o 、N H ，和C H 。1 6 个组分。 2 计算模型的建立 2 ．1 化学平衡方程 高温高压爆炸过程使得爆炸产物O 、O ，、H 、 O H 、C O 、c 0 2 、C 、H 2 、H 2 0 、N 、N 2 、N 2 0 、N 0 2 、N 0 、 N H 3 和C | 1 4 能快速的建立1 2 个独立的化学平 衡[ 1 I 。 N N ，N ， K ， 1 2 焉可 m J Ⅳ 巧 2 2 肃} ”w N K ， 3 2 焘f 收稿日期2 0 0 4 一0 4 2 8 作者简介曼鼍生 1 9 6 l 一 ，男；武汉武汉科技大学化资学院副教 2 c o ，c 2 c K ， 4 授．博士 。 1 2 3 4 N F 堕‰ H ” 万方数据 挖 竺 竺竺 L - 一一 N 。一z N 。 K ，c s ， i ≤每％瓦c s ， 3 H 2 c O c H 4 H 2 。 ， № 描 ㈣ 。H 。 N 一z N H ，巧。，， 等c ，， 式中，P 、N 、”，和K ， ， 分别表示爆炸物总压、总摩 尔数、组份i 的摩尔数和化学平衡常数。K ， 2 K P J K y J 1 。K ⋯1 一Ⅱ笔譬，帕为化学反应方程式中 1 n K P J 一Ⅱ萧二，”‘t 为化学及应力崔式‘P 化学计量系数，生成物为正，反应物为负。 为物质 的标准摩尔自由能。 K r ， Ⅱ扮 z N 。 。一z N 。晰。， 蔷笔法c s ，。n Cc 一羔c 筹h 。 古c 蓦h J a V 2 C O 0 2 2 C 0 2K ， 9 2 N O 0 2 2 N 0 2j 啄l o K ， 1 1 2 H 2 十 ] 2 2 H 2 0K “1 2 亲卷㈣ n b ‘”0 2 ’P ⋯ ≠蒋n o ， n o ‘”0 ’r 孝尝 1 1 n o ‘n H ’』。 n k o N 吨一0 2 ‘P 1 2 2 ．2 质量守衡方程 根据物质不灭定理，爆炸前后的碳、氢、氧和氮 摩尔数应相等．如炸药的组成为C 。H 6 0 。N d ，则有 口 ”c “c 0 ”。0 2 ”c H ‘ 1 3 扫 ”o H 2 ”H 2 ”H 3 ”“H 3 4 ”。 1 4 将B K w 方程[ 3 ] P 垡笋 1 x e 舻 代人积 埘铋稀，。糯山“ 等考 丢 考川，取7 - 0 1 6 一0 5 舻 4 0 0 、K 1 0 ．9 1 c ”o 2 ，1 0 2 ”o H 2 ”c 0 2 ”c o ”H ，o ”N ，o ”N o 十2 ，2 N o ， 1 5 d “N “m 2 ”M 2 ”N 。十”吗 ”毗 1 6 2 ．3 计算过程框图 图l 计算过程框圈 万方数据 第2 1 卷第3 期吕早生等炮烟中有毒气体含量的确定 1 3 理论上通过求解方程 1 ～ 1 6 可得到炮烟中 1 6 个组分的含量n ，，但爆温T 和爆压P 与H i 有关， 所以使用迭代法进行求解，求解过程如图l 所示。 3 计算示例 装药量、计算结果和组成见表2 和表3 ，其中毒总 量⋯V 。 V c 。 6 ．5 y N 0 ，。V N 0 ，表示氮氧化物总 量。V N o 、V c 0 和V o 都已转换成标准状态下体积。 以2 8 岩石炸药和28 煤矿炸药为计算示例，其 表22 4 煤矿炸药的组成、装药量和计算结果 37 5 8 3 岛5 们1 3 H 3BL 16 9 N 1 粥4 2 0 25 q ㈨38 8 s l 5 47 67 6 451 1 0C 07 7 70 1 H 50 4 9 ”N 21 1 97 2 0 34 4 l37 86 55 79 07 9 表328 岩石炸药的组成、装药量和计算结果 37 58 3岛6 0 57 7 } 1 43 8 46 5 N l8 8 40 5 0 30 2 “ 34 ．1 53 92 46 62 2 45 1 1 0 c 0 舳I7 1H 58 0 87 3 N 24 9 69 40 40 0 70 9 41 04 3 ．9 27 09 4 结果讨论 通过本方法的计算结果与实验测定结果相比较 可得如下结论[ 5 。] 1 包装蜡纸的含量多少影响炮烟中一氧化碳含 量，但对氮氧化物没有影响。负氧平衡炸药有利于 一氧化碳的生成．正氧平衡炸药有利于氮氧化物的 生成。包装蜡纸使炸药的氧平衡下降，使得一氧化 碳含量增加。 2 计算数据与实验数据的比较见表4 。考虑到 爆炸为一高温高压的复杂过程，其爆炸产物组成受 很多外界因素的影响，表4 中的实验数据与计算数 据基本相吻合。 表4 计算数据与实验数据的比较’ V N o 一／ L ‘k g 叫 V ∞／ L k g - 1 y o ／ L - k g 一1 计算值实验值计算值实验值计算值实验值 * 1 为8 3g2 8 岩石炸药，37 5g 包装蜡纸；2 为1 1 0g 28 岩石炸药，49 5g 包装蜡纸；3 为8 3g2 “煤矿炸药，37 5 g 包装蜡纸；4 为1 1 0g2 “煤矿炸药．4 9 5g 包装蜡纸。 参考文献 K r e i g e rFJ ，W 1 1 i t eWBAS i m p l l f i e dM e d l o df o rc o m - p u t i n gt h eE q u l l i b r i u mc o m p o s i t i 。no fG a ss 筘t e m [ J ]J C h e mP h y 3 ，1 9 4 8 ，1 6 3 5 8 ～3 6 0 陈钟绣，顾飞燕，胡望明化工热力学[ M ] 北京化学 工业出版杜，2 0 0 1 ．7 0 ～7 4 惠君明，陈天云炸药爆炸理论[ M ] 南京江苏科技 出版社，1 9 9 51 1 6 ～2 9 5 H u f fV e 8 N ，M o r e I lV 罐j n t aEG c n c r a IM e t h o da n d T h e 删o d y n a m i cT a b I ef o rC o m p u t a t i 。no fE q u i 王i I r i u ma n T e m p e r a t u r eo fC h e m l c a IR c a c t i 。n [ J ] N A C AR e p ， 1 9 5 1 ．1 0 3 7 5 3 ～5 6 吕早生，泛铁．耐热炸药l ，3 ．二 37 一氨基，2 ’，47 ，6 ’一三 硝基苯胺基- 2 ，4 ，6 一三硝基苯的合成研究[ J ] ．爆破， 2 0 0 3 ．2 0 2 2 1 ～2 4 徐军堵，徐更光，何得昌一种降低铵梯炸药吸湿性的 新技术[ J ] 爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 9 4 ～9 6 刘殿中．工程爆破实用手册[ M ] 北京冶金工业出版 杜．1 9 9 9 1 2 3 4 5 6 7 万方数据