Пример процесса взаимодействия хлората калия и магния описан ниже. Температура плавления КСlO3 с началом разложения равна 360 °C (без каталитических добавок), температура плавления Mg составляет 650 °C, а кипения при атмосферном давлении 1100 °C.
1. В конденсированной фазе:
а) КСlO3 жидк. + Mg тв. —>
б) КСlO3 жидк. —> КСl + О2 газ
2. На поверхности раздела конденсированной и газовой фазы, и газово-аэрозольной зоне реакции
a) Mg тверд. + O2 газ —>
6) Mg жидк. + O2 газ —>
3. В газовой фазе (пламени)
а) Mg пар + O2 газ —>
б) Mg пар +O2 газ (воздуха) —>
Факторы, влияющие на скорость горения
Количественно скорость горения выражается линейно в мм/сек или массово в г/см2 сек. Зная линейную скорость U, можно вычислить массовую UM по формуле: UM = 0,1Ud, где d — плотность состава в г/см3.
Процесс горения протекает равномерно лишь при достаточном уплотнении состава. Это уплотнение вычисляется как коэффициент уплотнения К, представляющий собой частное от деления величины практически достигнутой плотности d на величину предельной плотности состава dmax, находимую вычислением исходя из удельных весов компонентов состава:
К = d/dmax, где dmax = 100/(a/da + b/db +… n/dn)
где: da, db… dn — удельные веса компонентов состава,
а, b…. n — содержание компонентов в составе в [%]
Для большинства спрессованных составов коэффициент уплотнения колеблется в пределах 0,7…0,9. Для порошкообразных составов, так называемая, насыпная плотность составляет 40… 60 % от dmax.
Примечание: пористость составов характеризуется значением (1-к), следовательно пористость прессованных составов лежит в пределах 0,3…0,1)
Для пиротехнических составов различного назначения (в том числе и для смесевых твердых ракетных топлив) скорость горения колеблется весьма значительно от десятых долей мм/сек до 200 мм/сек и более.
От каких же факторов зависит скорость горения составов?
Скорость сложнейшего и не изученного до конца физико-химического процесса горения определяется скоростью отдельных (элементарных) химических реакций, зависящей от множества отдельных условий и множественных условий теплопередачи из одной зоны реакции в другую.
По первому условию определяющие скорость горения отдельные химические реакции, в свою очередь, определяются той минимальной скоростью, с которой протекают наиболее трудно и медленно идущая стадия процесса. Наиболее трудно и медленно протекают эндотермические химические процессы. Поэтому во многих случаях скорость горения составов определяется именно скоростью процесса разложения окислителя. Показателем, характеризующим легкость распада окислителя, может служить парциальное давление над ним кислорода или иного потенциального окислителя при различных температурах.
Как известно, скорость химической реакции чрезвычайно сильно растет с температурой по закону:
где К — константа скорости химической реакции.
Е — энергия активации [ккал/г «моль].
В — коэффициент пропорциональности.
R — газовая постоянная.
Но даже знание максимальной температуры и энергии активации не дает полной возможности предварительного вычисления скорости, так как явление реакции горения привязано к скорости химической реакции, идущей в неизотермических условиях.
Опытным путем установлено, что, как правило, составы, имеющие наиболее высокую температуру пламени, являются одновременно и наиболее быстро горящими. Но значительное количество отклонений и исключений из этого правила показывают, что высокая температура в пламени является только одним из факторов определяющих скорость горения состава.