Závazný postup č. 58
Výpočet hlavních výbuchových charakteristik průmyslových trhavin
Účel a význam výpočtu
1. Na základě znalosti hodnot výbuchových charakteristik vypočtených podle jednotných postupů a pomocí jednotných tabelovaných hodnot lze teoreticky hodnotit trhaviny a je možno je reálně vzájemně porovnávat.
Všeobecně
2. Kyslíková bilance je rozdíl mezi množstvím kyslíku v trhavině a jeho množstvím potřebným k úplné oxidaci všech složek trhaviny.
Kyslíková bilance v % (γ) se vypočítá podle vzorců:
a
H
γ = 1,6 . [ a - ( 2a + ------ ) ] (1)
o c 2
kde a je počet atomů uhlíku v 1 kg trhaviny,
c
a počet molů vodíku v 1 kg trhaviny,
H
a počet molů atomů kyslíku v 1 kg trhaviny,
o
nebo
A
u i
γ = ∑ ( ----- ) . γ (2)
i=1 100 i
kde A je obsah i-té složky trhaviny v %,
i
γ kyslíková bilance i-té složky trhaviny odečtené z tab.1,
i
u počet složek trhaviny
3. Výbuchové teplo je teplo uvolněné výbuchem 1 kg trhaviny bez přístupu kyslíku, za stálého objemu.
Výbuchové teplo v kJ.kg-1 (Qv) se vypočítá podle vzorce:
Q = Q - Q (3)
v 1 2
kde Q je součet slučovacích tepel složek trhaviny za stálého objemu při
1 25 °C v kJ.kg-1,
kde Q součet slučovacích tepel zplodin výbuchu za stálého objemu při
2 25 °C v kJ.kg-1.
Hodnoty slučovacích tepel některých složek trhavin za stálého objemu při 25 °C jsou uvedeny v tab. 1.
4. Výbuchová teplota je nejvyšší teplota ve °C, které dosáhnou zplodiny výbuchu za předpokladu, že výbuchová přeměna je děj izochorický a že výbuchem uvolněné teplo se úplně spotřebuje na změnu vnitřní energie zplodin. Výbuchová teplota se určí tak, aby součet změn vnitřních energií zplodin pro tuto teplotu se rovnal hodnotě výbuchového tepla.
Výbuchová teplota ve °C (tv) se vypočítá podle vzorce:
( Q - ΔU ) . ( t - t )
v 1 2 1
t = -------------------------- + t , (4)
v ΔU - ΔU 1
2 1
kde t je nejblíže nižší teplota vzhledem k t ve °C,
1 v
t nejblíže vyšší teplota vzhledem k t ve °C,
2 v
ΔU součet změn vnitřních energií zplodin při t v kJ.kg-1,
1 1
ΔU součet změn vnitřních energií zplodin při t v kJ.kg-1,
2 2
5. Měrný objem plynných zplodin výbuchu je objem zplodin vzniklých při výbuchu 1 kg trhaviny vyjádřený v dm3 a vztažený na teplotu 0 °C a tlak 101,3 kPa. Skupenství zplodin se uvažuje při výbuchové teplotě. měrný objem plynných zplodin při 0 °C a 101,3 kPa v dm3 (Vo) se vypočítá podle vzorce:
V = 22,4 . n, (5)
0
kde n je počet molů plynných zplodin vzniklých z 1 kg trhaviny,
22,4 objem molu ideálního plynu při teplotě 0 °C a tlaku 101,3 kPa v dm3.
Zásady výpočtu
6. Výpočet se vztahuje na 1 kg trhaviny daného chemického složení, jak je např. uvedeno v materiálovém listu trhaviny. Výpočet nezahrnuje obal trhaviny.
7. Tepelné efekty jsou vztaženy na systém "trhavina - okolí".
8. Při výpočtu se uvažuje s výbušnou přeměnou trhaviny ve zplodiny výbuchu, která probíhá izochoricky, v zanedbatelně krátké době, přičemž všechny chemické reakce proběhnou v podmínkách výbuchu úplně.
9. Jestliže je trhavina sestavena ze složek obsahujících pouze atomy uhlíku (C), vodíku (H), dusíku (N) a kyslíku (O), pak zplodiny výbuchu této trhaviny obsahují
a) u trhavin s kladnou nebo vyrovnanou kyslíkovou bilancí kysličník uhličitý (CO2), vodu (H2O), dusík (N2), popř. kyslík (O2),
b) u trhavin s mírně zápornou kyslíkovou bilancí kysličník uhličitý (CO2), kysličník uhelnatý (CO), vodu (H2O), vodík (H2) a dusík (N2).
Vztah mezi koncentracemi CO2, CO, H2O a H2 je určen rovnovážnou konstantou reakce vodního plynu při výbuchové teplotě. Jiné reakce uvedených zplodin se neuvažují.
10. Obsahují-li trhaviny kromě atomů C, H, N a O i atomy jiných prvků (halogenů, kovy apod.) vzniklé zplodiny výbuchu jsou sloučeniny nejstabilnější v podmínkách výbušné přeměny. Při tom je nutno uvažovat i vzájemnou reakcí zplodin výbuchu.
Obsahuje-li trhavina reaktivní kov (např. hliník, hořčík), pak se tento kov oxiduje při výbuchu přednostně až na svůj nejstabilnější kysličník.
Inertní složky trhavin (např. síran barnatý, chlorid sodný a draselný, kysličníky kovů 8. skupiny) se při výbuchu chemicky nemění.
11. Tohoto postupu je možno u trhavin se zápornou kyslíkovou bilancí použít jen tehdy, jsou-li splněny podmínky
a < 1/2 a + 2a ,
O H C
a < a ,
O C
kde a je počet molů atomů uhlíku v 1 kg trhaviny,
c
a počet molů atomů vodíku v 1 kg trhaviny,,
H
a počet molů kyslíku v 1 kg trhaviny.
O
Jsou-li v trhavině přítomny i jiné prvky, které se při výbuchu oxidují kyslíkem z trhaviny, je třeba tyto skutečnosti ve smyslu čl. 10 zahrnout do celkové bilance.
Obecný postup výpočtu výbuchových charakteristik trhavin