Горение и свойства горючих веществ

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Задача 1

ацетон толуол октан горение

Рассчитать объём воздуха и продуктов горения, а также состав продуктов горения (в об. %), образующихся при сгорании m=26 кг вещества С3Н6О (ацетон), если горение происходит при заданных условиях и коэффициенте избытка воздуха = 1,8; t = 450C; P = 110 кПа.

Решение:

При нормальных условиях молярный объем (V0) любого газообразного вещества составляет 22, 4 л/моль или 22,4 м3/кмоль.

Так как условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль газообразного вещества при данных условиях. Расчет V ведут по формуле объединенного газового закона:

,

где Р и Т- данные в задаче температура и давление;

Р0 - давление газа при нормальных условиях (Р0 = 1*105Па);

Т0- температура газа при нормальных условиях (Т0 = 273 К)

V0 - объём газа при нормальных условиях.

= 23,7 м3/кмоль.

1.Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе.

С3Н6О+ 4(О2 + 3,76N2) =3СО2 + 3Н2О +43,76N2



М = 58кг/кмоль 44,76 V = =44,7623,7 м3

2.По уравнению реакции определяем теоретический объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг ацетона[1, с. 14].

Vвтеор = = = 7,78 ((м3/м3);

где количество горючего, кислорода и азота, получаемые из уравнения реакции горения, кмоль/кмоль;

Мгв - молекулярная масса ацетона;

V -молярный объём газа при заданных условиях, м3/кмоль.

3.Определяем действительный объём воздуха, пошедший на сгорание 1 кг ацетона с учётом коэффициента избытка воздуха б.

Vвдейств = б *Vвтеор = 1,8*7,78 = 14,00 (м3/кг).

4.Определяем избыток воздуха.

?V = Vвдейств - Vвтеор = 14,00 - 7,78 = 6,22 (м3/кг).

5.Определяем теоретический объём продуктов горения при сгорании 1 кг глицерина[1, с.15].

Vпгтеор = = = 8,6 (м3/кг);

где nпгi - количества продуктов горения, получаемые из уравнения реакции горения, кмоль/кмоль.

6.Определяем действительный объём продуктов горения при сгорании 1 кг глицерина.

Vпгдейств = Vпгтеор + ?V = 8,6 +6,22 = 14,82 (м3/кг).

Объём воздуха дейтвительно необходимый для сгорания 26 кг ацетона составит 385,32 м3( 14,82*26), при этом выделится 213,2 м3(8,2*26) продуктов горения(в том числе - избыток воздуха составит 161,72 м3(6,22*26), что составит в процентах 161,72*100/213,2 = 75,85%).

7. Рассчитаем состав продуктов горения, %

Ответ: на сгорание 26 кг ацетона необходимо 385,32 м3 воздуха при этом образуется 213,2 м3 продуктов горения, из которых СО2 - 7,4 %, Н2О - 7,4 %, N2 - 75,2 %, О2 - 10%.

2. Задача 2

Определить, какое количество С6Н5СH3 (толуола) может выгореть в закрытом помещении объёмом Vп = 800 м3, если известно, что горение прекращается при содержании кислорода в помещении = 16.

Решение:

1.Составляем уравнение реакции горения толуола в воздухе:

С7Н8 + 9 (О2 + 3,76 N2) = 7 СО2 + 4 Н2О + 9·3,73 N2

2.Рассчитаем массу одного кмоля толуола:

МГВ = 12 · 7 + 1 · 8 = 92 кг/кмоль

3.Рассчитаем теоретические объёмы воздуха и продуктов горения при полном сгорании 1 кг толуола:

м3/кг;

м3/кг.

4.Поскольку, согласно условию задачи, в продуктах горения содержится кислород, горение протекало в избытке воздуха. В связи с этим рассчитаем коэффициент избытка воздуха:

5.Рассчитаем действительный объём воздуха, пошедший на горение:

м3/кг.

6.Рассчитаем количество сгоревшего толуола в закрытом помещении объёмом 800 м3:

кг

Ответ: в закрытом помещении объёмом 800 м3, где при нормальных условиях происходило горение в избытке воздуха, сгорело 50,28 кг толуола.

3. Задача 3

Методом последовательных приближений рассчитать калориметрическую температуру горения для стехиометрической смеси горючего вещества этанола (С2Н6О) с воздухом.

Решение:

1.Записываем реакцию горения этанола.

С2Н6О + 3(О2 + 3,76 N2) = 2СО2 + 3Н2О + 3 · 3,76 N2

2.Определяем состав и объём продуктов горения.

Объём продуктов горения составляет:

V(СО2) = 2 моль/моль; V(Н2О) = 3 моль/моль; V(N2) = 3 · 3,76 моль/моль.

Суммарный объём продуктов горения: = 16,28моль/моль.

3.Рассчитываем низшую теплоту сгорания этанола по следствию из закона Гесса:

QH = - (?HCO2*nCO2 + ?HH2O*nH2O - ?HC2H6O*nC2H6O ) =

=- (2*(-396,9) + 3*(-242,2) - (-278,2)) = 345,4(кДж/моль);

где ?Hi - теплота образования веществ, кДж/моль [1, с.76].

4.Определяем среднее теплосодержание 1 моля продуктов горения.

Нср = QH / = 345,4/16,28 = 21,2 (кДж/моль).

5.По значению Нср с помощью таблицы 10 [1, с.77] (“Теплосодержание газов при постоянном давлении”), ориентируясь на азот, приближенно определяем температуру горения Т1 = 7000С.

При подборе температуры горения ориентируются на азот, т.к. в большей степени продукты горения состоят именно из азота.

Уточняем, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до Т1 = 7000С:

QH1 = НСО2*VСО2 + НН2О*VН2О + НN2*VN2 = 32,8*2+15,8*3 +11,28*21,3= =353,3 (кДж/моль).

Так как QH1>QH, то принимаем температуруТ2 = 6000С. При этой температуре QH2= 27,5*2+21,7*3 +11,28*18,1= 342,3 (кДж/моль).

QH2 уже меньше, чем QH, из чего можно сделать вывод, что температура горения имеет значение между 600 и 7000С. Уточняем эту температуру линейной интерполяцией между двумя ближайшими значениями:

Тг = Т1 + (Т1 - Т2 )*(QH - QH2)/(QH1 - QH2);

Тг = 600 + (700 - 600)*(345,4 - 342,3)/(353,3 - 342,3);

Тг = 6280С или 901 К.

Ответ: калориметрическая температура горения этанола составляет 901К.

4. Задача 4

Рассчитать, какое минимальное количество (в кг) горючей жидкости (этанола) должно испариться в закрытом помещении объёмом V = 350 м3 при нормальных условиях, чтобы создалась взрывоопасная концентрация горючих паров. Условно принять, что пары горючей жидкости равномерно распределены в объёме помещения. Нижний концентрационный предел распространения пламени рассчитать по аппроксимационной формуле.

Решение:

1.Составляем уравнение реакции горения этанола в воздухе.

С2Н5ОН + 3(О2 + 3,76 N2) = 2СО2 + 3Н2О + 3 · 3,76 N2

Из уравнения видно, что = 3.

2. Определяем НКПРП, пользуясь аппроксимационной формулой:

3.Пересчитаем НКПРП из % в кг/м3, учитывая, что молярный объём при стандартных условиях равен 24,45 м3/кмоль :

4.Рассчитываем количество испарившегося этанола:

кг

Ответ: для образования в ёмкости объёмом 350 м3 минимальной взрывоопасной концентрации этанола в ней должен испариться 21 кг вещества.

5. Задача 5

Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени сложного состава при заданных условиях среды.

Состав смеси, %	Условия среды
СО	Н2	Н2О	С3Н8	t,С	Р, кПа
45	15	10	30	65	114

Решение:

1.Значения КПРП индивидуальных веществ - метана, окиси углерода и водорода находим в табл. I I I приложения:

- для пропана н = 2,37 %; в = 9,5 %;

- для окиси углерода н = 12,5 %; в = 74 %;

- для водорода н = 4 %; в = 74,2 %,

где н и в - нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени веществ.

Рассчитываем КПРП по формуле Ле-Шателье:

где I - мольная доля i - го вещества в смеси;

iн(в) - значение НКПРП или ВКПРП i - го вещества.

2.По формулам пересчитываем значения КПРП при температуре 65+273 = 338 К:

.

3.Молекулярная масса смеси:

Мсм = 0,3 МC3H8 + 0,2 МCО + 0,2 МH2 +0,2 МH2O

Мсм = 0,3*44 + 0,45*28 + 0,15*2 + 0,1*18 = 27,9.

4.Согласно объединённому газовому закону рассчитывается молярный объём при температуре 65 оС и давлении Р = 114 кПа:

где Р0 =101,3 кПа; Т0 = 273 К; V0 = 22,4 м3/кмоль Т и Р заданные температура и давление.

5.Рассчитываются КПРП по формуле:

,

где М = 27,9 - молярная масса смеси.

Ответ: КПРП газа при 45оС и давлении 114 кПа составляют 4,84 - 24,65 % или 0,055 - 0,299 кг/м3.

6. Задача 6

Рассчитать температурные пределы распространения пламени жидкости (октан С8Н18) по ее концентрационным пределам распространения пламени, определить взрывобезопасный температурный режим.

Решение:

По аппроксимационной формуле можно рассчитывать значения и нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени для стандартных условий, т.е. при температуре 25 оС или 298 К:

,

где - стехиометрический коэффициент при кислороде (число молей кислорода, необходимое для полного сгорания 1 моля горючего вещества, определяемое по уравнению реакции горения);

a, b- константы, имеющие определённы значения для НКПРП и ВКПРП в зависимости от значения .

1.Для того, чтобы определить число молей кислорода, идущее на полное сгорание октана, записывается уравнение горения в воздухе:

С8Н18 + 12,5(О2 + 3,76 N2) = 8СО2 + 9Н2О + 12,5 * 3,76 N2

Из уравнения видно, что = 12,5.

2.По аппроксимационной формуле рассчитываются значения н и в, воспользовавшись значениями a и b, взятыми из табл.19. При расчете ВКПРП учитываем, что = 12,5 > 7,5:

цн = 100/(a*в + b) = 100/(8,684*12,5 + 4,679) = 0,88%;

цв= 100/(a*в + b) = 100/(0,768*12,5 +6,554 ) =6,19%.

3.Определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:

.

4.Для нахождения соответствующей температуры воспользуемся таблицей 12 приложения. По зависимости давления насыщенного пара от температуры находим, что при Т1= 259 К Р1= 0,133 кПа, а при Т2= 281,3 К Р2= 1,333 кПа. Следовательно, искомая температура, отвечающая нижнему температурному пределу, находится между 259 и 281,3 К. Интерполяцией находим НТПРП:

5.Определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение верхнего концентрационного предела:

6.Для нахождения соответствующей температуры воспользуемся таблицей XI приложения. По зависимости давления насыщенного пара от температуры находим, что при Т1= 318,1 К Р1= 5,332 кПа, а при Т2= 326,8 К Р2= 7,999 кПа. Следовательно, искомая температура, отвечающая верхнему температурному пределу, находится между 318,1 и 326,8 К. Интерполяцией находим ВТПРП:

К

Ответ: нижний температурный предел распространения пламени октана составил 273 К; верхний температурный предел распространения пламени октана составил 321,1 К.



7. Задача 7

Сферический заряд ТНТ (тринитротолуол) массой W = 4 кг взрывается при стандартных атмосферных условиях. Найти параметры падающей (рис. 5) и нормально отражённой от препятствия (рис. 6) взрывной волны на расстоянии R = 300 м от центра взрыва.

Решение:

1.Находим параметр расстояния Z для R = 300 м.

Z = R/ W1/3 = 300/41/3 = 189 (м/кг1/3).

2.С помощью номограммы [1, с.38] найдём параметры падающей взрывной волны:

PS = 600 Па = 6*102 Па;

is/W1/3 = 1,75 Па*с/кг1/3 > is = 5,18 Па*с;

TS/W1/3 = 0,0085 с/кг1/3 > TS = 0,025 с;

tc/W1/3 = 0,7 с/кг1/3 > tc = 2,07 с.

3.С помощью номограммы [1, с.39] найдём параметры отражённой ударной волны:

Pг = 1,75*103 Па;

tг/W1/3 = 55 с/кг1/3 > tг = 163 с.

Ответ: is = 5,18 Па*с; TS = 0,025 с; tc = 2,07 с; PS = 6*102 Па; Pг = 1,75*103 Па; tг = 163 с.



Список литературы

1. Теория горения и взрыва. Методические указания и задания для выполнения контрольной работы слушателями II курса заочного обучения. - Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2012. - 87 с.

2. Демидов П.Г., Саушев В.С. Горение и свойства горючих веществ / П.Г. Демидов, В.С. Саушев. - М.: М.: ВИПТШ МВД СССР, 1975. - 280 с.

3. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих веществ / П.Г. Демидов, В.А. Шандыба, П.П. Щеглов.- М.: Химия, 1981.-272 с.

4. Баратов А.Н. и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения.: Справ. / А.Н. Баратов и др.- М.: Химия, 1990.- Ч.1-2.

Размещено на Allbest.ru

...