氧平衡和反应方程

《单质炸药》化学工程系，杨轶。05二月2023第2页1.5.1炸药的氧平衡（物质的氧平衡）组成炸药的元素主要为：

C、H、O、N，有时还有F、Cl、S、Si、Mg、Al这些元素按作用分为三类：

a.可燃剂：C、H、Si、S、B、Mg、Al等，反应产物为：CO2、H2O、SiO2等。b.氧化剂：O、F、Cl等，反应产物为氧化物、HF、HCl等。c.载氧体：N，一般N作惰性物质处理，反应产物为N2。1.5氧平衡和爆炸反应方程式的确定CompanyLogo05二月2023第3页氧平衡﹙OxygenBalance﹚

——是指炸药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：氧平衡用每克炸药中剩余或不足氧量的克数或百分数来表示，即用g.g-1或%来表示，为一无量纲量，反映了炸药中氧化元素与可燃元素之间的平衡关系。1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第4页氧平衡的计算：（1）对通式为CaHbOcNd

炸药（单质炸药），其氧平衡计算可按下式进行：OB

=[c－﹙2a+0.5b﹚]×16／M×100%

式中M—炸药的相对分子量，M=12a+b+16c+14d

16—氧的相对分子量1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第5页讨论：（a）若OB>0，即c>2a+0.5b，氧富余—正氧平衡炸药（b）若OB=0，即

c=2a+0.5b，氧恰好—零氧平衡炸药（c）若OB<0，即

c<2a+0.5b，氧不足—负氧平衡炸药1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第6页（2）对于混合炸药其氧平衡计算，可将各组成分的氧平衡数值乘以该组分的质量分数，再求各乘积的代数和，即可表示为：（g·g-1，氧/炸药）

式中：OBi—表示混合炸药第i组份的OBwi—表示混合炸药第i组份的质量百分数

1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第7页练习：例1计算AN的氧平衡。例2计算TNT(C7H5O6N3)的氧平衡。例3计算高氯酸铵（NH4ClO4）的氧平衡。例4计算2＃岩石铵梯炸药的氧平衡。（已知组成比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页△炸药的氧系数

氧系数

A定义：与OB的概念类似，表示炸药分子被氧饱和的程度。对CaHbOcNd炸药，氧系数为：1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第9页

若A>1,为正氧的；

若

A=1,为零氧的；

若

A<1,为负氧的。可见，氧系数衡量了炸药中氧含量与可燃元素的相对关系。△炸药的氧平衡、氧系数概念可扩展到一般物质，如：Al、CH4等；

氧系数的值最小为零，而氧平衡的值可为负值，如Al、S、C的氧系数均为零而其氧平衡为不同值。1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第10页

练习：例5计算硝化甘油(C3H5O9N3)的氧系数。

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

ATNT＝6/(2×7+0.5×5)×100％＝36.36％1.5.1氧平衡CompanyLogo05二月2023第11页1.5.2爆炸反应方程式（1）确定爆炸反应方程式的实际意义a.炸药爆炸性能参数：Qv、T、Vo、P、D计算的主要依据。b.地下爆破作业的爆炸产物毒性确定的主要依据－有毒气体。c.可燃气尘的环境中炸药爆炸防止二次火焰的依据－沼气安全性。d.研制炸药、选用炸药以达到最佳使用性能的依据。

CompanyLogo05二月2023第12页1.5.2爆炸反应方程式（2）爆炸反应产物组成的决定因素：a.炸药的种类与化学组成。b.

炸药爆炸反应条件，如装药条件、引爆条件和密度等，T、P影响小。c.混合炸药的混合均匀性。

CompanyLogo05二月2023第13页（3）确定爆炸反应物组成的方法复杂性：a.实验确定：根据爆炸产物测定结果得出(困难,高温,高压)化学非平衡（需冷却），气相色谱法侦测。b.理论确定：化学非平衡，爆炸参数如P、T、Qv的确定与组成的确定交织在一起，是个动态过程，组成随时间变化。可根据化学平衡及热力学平衡理论进行简化理论计算。(近似计算)1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第14页理论方法--化学平衡常数法，计算依据：化学平衡原理与质量守恒定律，且假设:(1)炸药爆炸时，温度高、反应速度极快、爆炸产物间能建立起化学平衡；(2)爆炸过程为一绝热、等容的过程；(3)高温高压的爆炸产物近似符合理想气体状态方程；(4)只考虑最主要的反应产物（10种）。1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第15页基本思路：

对CaHbOcNd类炸药，产物组成十分复杂。为简单起见，只考虑常见的十种爆炸产物，于是爆炸反应方程的一般形式为：1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第16页c.经验确定：

理论或简化理论确定爆炸反应方程十分繁杂，不便于工程应用。因此工程上根据经验方法确定爆炸反应方程式，以便对炸药的爆热、爆温和爆容等参数进行估算。1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第17页(1)吕－查德里方法(L-C法或M-L法）

基本出发点:是基于最大爆炸产物体积的原则，并且在体积相同时，偏重于放热多的反应。

适用：这个原则及计算方法对于自由膨胀的爆炸产物的最终状态是比较正确的。1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第19页例1，梯思梯与硝酸铵按零氧平衡配比的炸药，其爆炸反应式可写为：C7H5O6N3+10.5NH4NO3→7CO2+23.5H2O+12N2例2，硝化甘油炸药，其爆炸反应式可写为：1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第21页

例3，黑索今的爆炸反应式可写为：

C3H6O6N6→1.5CO2+1.5H2O+1.5CO+3N2+3H21.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第23页

例4，梯恩梯的爆炸反应式可写为：C7H5O6N3→1.88H2O+2.06CO+1.03CO2+3.91C+0.62H2+1.5N21.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第24页(2)

布伦克里-威尔逊方法(B-W法)该法是从能量上的优先性来考虑最有利的反应的，是经常使用的一种确定爆炸反应方程式的经验方法。

其原则是首先将H氧化为H2O，剩余的O再氧化碳为CO，若还剩余氧，则将其用来把CO氧化为CO2。而氮以分于状态N2存在。

(即H2O→CO→CO2型方法)。1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo1.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第26页

例5,梯思梯的爆炸反应方程式为：C7H5O6N3→2.5H2O+3.5CO+3.5C+1.5N2

例6,黑索金的爆炸反应方程式为：C3H6O6N6→3H2O+3CO+3N21.5.2爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第27页对于含钾、钠、钙、铝等金属元素的混合炸药，一般先将金属元素完全氧化为金属氧化物，其余的C、H、O、N元素再按B—W法处理。对于含氯元素的混合炸药,则应先考虑生成金属氯化物或氯化氢。若同时含有前述二类元素时，则应先按生成金属氯化物和金属氧化物，再按B一W法处理余下的C、H、O、N元素的反应产物。三工业炸药确定爆炸反应方程式CompanyLogo05二月2023第28页步骤:①卤化物→金属卤化物，卤化氢。②金属元素→金属氧化物。③B-W法处理C、H、O、N元素。