Главная Коллекция "Revolution" Безопасность жизнедеятельности и охрана труда Расчет параметров горения и взрыва

Расчет параметров горения и взрыва

Принципиальные различия между горением и взрывом. Концентрационные пределы распространения пламени. Зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатора в газовоздушной смеси. Параметры взрыва паровоздушной смеси.

Рубрика Безопасность жизнедеятельности и охрана труда
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 26.03.2017
Размер файла 673,3 K
рефераты на заказ со скидкой

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Департамент научно-технологической политики и образования

ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет»

Эколого-мелиоративный факультет

Кафедра «Пожарная и техносферная безопасность»

Курсовая работа

по дисциплине: «Теория горения и взрыва»

Выполнил: ст. уч. гр. ЗЧС-21

Кардаильский В.А

Проверил: Ежов К.В.

Волгоград 2016

1. Введение

Целью дисциплины «Теория горения и взрыва», является заложить фундамент научных представлений о горении и взрыве, дать ключ глубокому пониманию этих явлений.

Задачи дисциплины:

- ознакомление с теориями теплового и цепного взрыва, зажигания и распространения пламени, детонации и ударных волн;

- изучение условий возникновения и распространения горения, условий перехода горения во взрыв, параметров горения газов, жидкостей и твердых горючих материалов;

- овладение методами расчета объема и состава продуктов горения, теплоты и температуры горения, основных показателей пожарной опасности.

В курсовой работе студентам предлагается теоретически на основании расчетных методов определить параметры горения и взрыва выбранного горючего вещества, охарактеризовать его пожара-взрывоопасные свойства и сравнить полученные значения с показателями пожарной опасности, имеющимися в справочной литературе. Определить условия образования наиболее взрывоопасной паровоздушной смеси, определить параметры взрыва и рассчитать количество флегматизатора, необходимого для предотвращения взрыва такой смеси.

2. Расчет параметров горения и взрыва

2.1 Адиабатическая температура горения

Для определения адиабатической температуры горения необходимо знать объем продуктов горения и количество теплоты, выделившееся при сгорании вещества. Объем продуктов горения находят из уравнения материального баланса, а теплоту сгорания вещества по закону Гесса. Расчет адиабатической температуры горения проводят методом последовательных приближений, используя зависимость теплосодержания продуктов горения от температуры.

Уравнение материального баланса позволяет рассчитывать количество воздуха, необходимое для горения любого горючего вещества и количество образующихся продуктов горения.

Минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы количества (кг, кмоль, м3) горючего вещества, называется теоретическим количеством воздуха .

Запишем уравнение материального баланса горения

Трет-амиловый спирт ()

В общем виде формула для расчета количества воздуха:

, (1)

где , , - число кмолей кислорода, азота и горючего вещества

в уравнении материального баланса, кмоль.

А для расчета объема продуктов горения:

, (2)

Где , , - количество кмолей вещества в правой части уравнения материального баланса, а - объем азота из воздуха, участвовавшего в горении, кмоль/кмоль.

Общий объем продуктов горения определяется по формуле:

(3)

Подставив значения получаем:

Общий объем продуктов горения:

При расчетах температуры горения пользуются величиной Qn так как при температуре горения вода находится в газообразном состоянии. Значения низшей теплоты сгорания вещества (тепловой эффект химической реакции) приводится в справочной литературе.

Эта величина может быть рассчитана по закону Гесса, который говорит о том, что тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплоты образования продуктов реакции и теплоты образования исходных веществ:

(4)

где - теплота образования i-того вещества,

ni - количество молей i-го вещества.

Теплота образования сложного вещества равна количеству теплоты, выделившейся при его образовании из простых веществ.

Теплота образования простого вещества, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например, N2, O2, H2, S, C принимается равной нулю.

При сгорании Трет-амиловый спирт ()

низшая теплота сгорания, согласно закону Гесса, равна:

(5)

Учитывая, что кислород и азот, простые вещества, для них ?Н0??=0

(6)

Подставляя значения теплоты образования CO2, H2O и С10Н14 из табл. II приложения, окончательно получим:

Под температурой горения понимают максимальную температуру, до которой нагреваются продукты горения. Принято адиабатическую температуру горения, рассчитываемую учета потерь тепла в действительную температуру теплопотери.

Температура горения зависит от концентрации горючего в горючей смеси. Если горение происходит с избытком воздуха, т.е. при б > 1, то выделившееся в результате сгорания тепло частично затрачивается на нагрев этого лишнего воздуха.

В горючей смеси с б < 1 из-за недостатка воздуха полное сгорание горючего вещества произойти не может, поэтому и тепловыделение в такой смеси будет неполным. Из этого можно сделать вывод, что максимальная температура горения будет при сгорании стехиометрической смеси, т.е. при б = 1.

Адиабатическую температуру горения вещества находим при условии отсутствия теплопотерь (з=0) для стехиометрической смеси горючего с воздухом, т. е. при б=1.

Так как теплопотери отсутствуют, то все выделившееся тепло идет на нагревание продуктов горения. Среднее теплосодержание продуктов горения будет составлять:

(7)

Воспользовавшись зависимостью теплосодержания газов от температуры (табл. IV приложения), можно установить, какой температуре соответствует такое теплосодержание. Лучше всего это сделать, ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения. Из табл. IV приложения видно, что при температуре 2400°С теплосодержание азота 81,5 кДж/моль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры.

При Т1 = 2400 °С

Q1 = HCO2 • VCO 2 + HН2О • VН2О + HN2 • VN2, (8)

подставляя численные значения теплосодержаний этих газов из табл. IV приложения, получим:

Но это больше, чем выделилось тепла в результате реакции горения

Q1 > Qн

Поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 24000С.

Определим, сколько тепла потребуется для нагревания продуктов горения до 2300 °С.

При Т2 = 2300°С

Q2 > Qн, значит Тг < 2300 °С

Сделаем следующий шаг (в этом и состоит суть метода последовательных приближений), выберем Т3 = 2200°С, при этой температуре:

Q3 > Qн

Определим, сколько тепла потребуется для нагревания продуктов горения до 2100 °С.

При Т4 = 2100°С

Q4 > Qн

При Т5 = 2000°С

Q5 уже меньше, чем Qн, из этого можно сделать вывод, что температура горения имеет значение между 2000°С и 2100°С.

Уточним эту температуру линейной интерполяцией между двумя этими ближайшими значениями:

(9)

2.2 Температура взрыва

Температуру взрыва находят тем же методом последовательных приближений, только в этом случае используют зависимость внутренней энергии продуктов горения (взрыва) от температуры.

Принципиальное различие между горением и взрывом заключается в скорости процесса. При взрыве химическое превращение происходит настолько быстро, что все выделившееся тепло остается в системе, а образовавшиеся продукты не успевают расшириться, т.е. процесс взрыва является адиабатическим и изохорным (V = const). Количество теплоты, выделившееся при взрыве, примерно равно низшей теплоте сгорания вещества.

Температура взрыва значительно выше адиабатической температуры горения, так как при горении часть тепла, выделившегося при химическом превращении, затрачивается на совершение работы расширения газа, а при взрыве все выделившееся тепло расходуется только на увеличение внутренней энергии системы.

Температуру взрыва находят при условии отсутствия теплопотерь (з=0).

Так как процесс взрыва адиабатно - изохорный (теплопотери отсутствуют, и нагревание продуктов происходит без расширения газовой смеси), все выделившееся тепло расходуется на увеличение внутренней энергии системы.

Среднее значение внутренней энергии продуктов взрыва составит:

(10)

Воспользовавшись зависимостью внутренней энергии газов от температуры (табл. V приложения), можно установить, какой температуре соответствует такое значение внутренней энергии. Сделаем это по азоту, так как его больше всего в продуктах взрыва. Из табл. V приложения следует, что при температуре 3000К внутренняя энергия 1 моля азота составляет

78,9 кДж/моль. Проверим расчетом, какое количество тепла требуется для того, чтобы продукты взрыва нагреть до этой температуры.

При Т1 = 3000oC

Q1 = UCO2 • VCO2 + UН2O • VН2O + UN2 • V0N2 (11)

подставляя численные значения внутренней энергии для этих газов из таблицы V приложения, получим:

Q1>QH

Это больше той энергии, которая выделилась при взрыве.

Поэтому выберем следующее более низкое значение температуры Т2= 2900oC и определим, какое количество тепла при этой температуре будут содержать продукты взрыва.

Q2>QH

Это тоже больше, чем количество тепла, выделившегося при взрыве и означает, что температура взрыва ниже этого значения.

Рассчитаем, какое количество тепла содержат продукты взрыва при температуре Т3 = 2800oC.

Q3>QH

Это тоже больше, чем количество тепла, выделившегося при взрыве, и означает, что температура взрыва ниже этого значения.

Рассчитаем, какое количество тепла содержат продукты взрыва при температуре Т4 = 2700oC.

Q4>QH

Это немного больше, чем количество тепла, выделившегося при взрыве, и означает, что температура взрыва ниже этого значения.

Рассчитаем, какое количество тепла содержат продукты взрыва при температуре Т5 = 2600oC.

Это значение уже меньше, чем Qн на этом основании можно сделать вывод, что температура взрыва находится между значениями Т6 = 2500oC и Т5 = 2600oC.

Уточним значение температуры взрыва методом линейной интерполяции:

(12)

Если сравнить полученное значение температуры взрыва с адиабатической температурой горения, можно прийти к выводу, что температура взрыва примерно на 500 К выше адиабатической температуры горения. Таким образом, химическое превращение, протекающее в форме взрыва (изохорно-адиабатический процесс), происходит со значительно большим разогревом.

2.3 Концентрационные пределы распространения пламеня

Концентрационные пределы распространения пламени (КПР) и стехиометрическая концентрация.

Газовая смесь горючего с окислителем способна воспламеняться и распространять пламя только при определенных концентрациях горючего. Минимальная концентрация горючего, при которой смесь способна воспламеняться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР), а максимальная концентрация горючего - верхним концентрационным пределом распространения пламени (ВКПР).

При концентрациях горючего ниже НКПР и выше ВКПР его смеси с воздухом не горючи. Например, для метана CH4 концентрационные пределы распространения пламени составляют НКПР -5 об. %, а ВКПР - 15 об. % (см. табл. Х приложения), для аммиака NH3 НКПР - 15 об. %, а ВКПР - 28 об. %.

Скорость распространения пламени и его температура минимальны в предельных смесях, т.е. при концентрациях горючего, равных НКПР и ВКПР. Максимальные значения скорости и температуры пламени, как правило, имеют смеси стехиометрического состава. Поэтому эти смеси наиболее пожаровзрывоопасны. Концентрацию горючего в стехиометрической смеси рассчитывают по уравнению материального баланса процесса горения.

Значения как нижнего, так и верхнего концентрационных пределов распространения пламени (КПР) можно рассчитать по аппроксимационной формуле:

, (13)

где n - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля горючего вещества, находят из уравнения реакции горения (стехиометрический коэффициент при кислороде); a и b - константы, имеющие определенные значения для нижнего и верхнего пределов в зависимости от значения n (Таблица 5).

Для расчета необходимо знать число молей кислорода, необходимое для полного сгорания 1 моля трет-амилового спирта ().

Запишем уравнение горения:

Из уравнения видно, что n = 7,5

Таблица 5

Величины a и b для расчета КПР

Область применения

a

b

Для вычисления нижнего предела

8,684

4,679

Для вычисления верхнего предела

при n?7,5

при n >7,5

1,55

0,768

0,56

6,554

Рассчитываем нижний концентрационный предел распространения пламени по аппроксимационной формуле, воспользовавшись значениями a и b:

Аналогично находим верхний концентрационный предел, учитывая, что n > 7,5

2.4 Минимальная флегматизирующая концентрация азота

Концентрационная область распространения пламени горючей смеси сужается при введении негорючих компонентов. Изменение концентрационных пределов зависит от природы и концентрации негорючего вещества, используемого в качестве флегматизатора.

Рис. 1 Зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатора в газовоздушной смеси

Чаще всего в качестве флегматизаторов используют нейтральные газы (нереагирующие в пламени), такие, как углекислый газ CO2, азот N2, водяной пар H2O. При увеличении концентрации флегматизатора в горючей смеси верхний концентрационный предел уменьшается, а нижний, как правило, незначительно увеличивается. При некоторой определенной для каждого флегматизатора концентрации нижний и верхний концентрационные пределы смыкаются (рис.1). Эта точка называется экстремальной точкой распространения пламени или точкой флегматизации.

Концентрация флегматизатора, при которой происходит смыкание нижнего и верхнего концентрационных пределов, называется минимальной флегматизирующей концентрацией (МФК). По сути, это минимальное количество флегматизатора, которое необходимо ввести в газовоздушную смесь стехиометрического состава, чтобы сделать ее негорючей. Речь идет о стехиометрической смеси, так как она наиболее пожаровзрывоопасна. Минимальную флегматизирующую концентрацию можно рассчитать, если исходить из того, что адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава не может быть меньше 1500 К.

Для расчета минимальной флегматизирующей концентрации (МФК) азота в паровоздушной смеси используют уравнение теплового баланса и понятие предельной адиабатической температуры горения. МФК найдем из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической метановоздушной смеси, формула 14, где Тг = 1500 К:

, (14)

где срф - среднее значение теплоемкости флегматизатора при постоянном давлении для температурного интервала 273-1500 К.

Поскольку при этих условиях сгорание идет в основном с образованием СО, определим низшую теплоту сгорания трет-амилового спирта () для такого случая. Запишем химическое уравнение горения:

Низшая теплота сгорания метана в этом случае по закону Гесса:

(15)

Подставляя значения теплот образования, взятых из табл. II приложения, получим:

Теперь составим уравнение материального баланса процесса горения метана, включив в него и флегматизатор N2:

,

где nф - число молей флегматизатора.

Уравнение для данного случая примет вид:

(16)

Из правой части уравнения материального баланса видно, что объем продуктов горения

??СО = 7 моль/моль;

VH2O = 8 моль/моль;

??0????=15,04 моль/моль.

Подставляя значения Он, Тг = 1500К, Српгi; взятые из табл.1 методических указаний, получим, что объем флегматизатора, соответствующий МФК

Перепишем уравнение материального баланса для сгорания смеси предельного состава

В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль трет-амиловый спирт () приходится nO2=5 моль кислорода, nN2=18,8 моль азота и nф(N2)=48,12 моль флегматизатора.

Минимальная флегматизирующая концентрация азота будет равна:

(17)

2.5 Концентрация горючего в точке флегматизации

Концентрацию горючего в точке флегматизации находят по формуле:

(18)

2.6 Зависимость КПР от концентрации флегматизации

По полученным расчетным значениям КПР, МФК и концентрации горючего в точке флегматизации строим графическую зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатора

2.7 Минимальное взрывоопасное содержание кислорода

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) рассчитывают по формуле:

(19)

2.8 Температурные пределы распространения пламени

Температурные пределы распространения пламени (ТПР).

Температурными пределами распространения характеризуют пожарную опасность жидких горючих веществ. Нижний температурный предел распространения (НТПР) - это температура жидкости, при которой концентрация насыщенных паров над ее поверхностью равна НКПР. Аналогично при верхнем температурном пределе распространения пламени (ВТПР) концентрация насыщенных паров жидкости равна ВКПР. Из этого следует, что если для горючего вещества известны КПР, то по зависимости давления насыщенного пара от температуры могут быть найдены температурные пределы.

Температурные пределы распространения пламени (ТПР) определим по расчетным значениям концентрационных пределов. Для установления зависимости давления паров жидкости от температуры необходимо использовать уравнение Антуана. Значения констант в уравнении Антуана приведены в табл.III приложения методических указаний.

Нижний концентрационный предел распространения 0,96%

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

, (20)

Где Р0 - атмосферное давление (общее давление паровоздушной смеси).

Для нахождения значения НТПР (Тн) по известной величине Рн можно, воспользоваться уравнением Антуана, выражающим зависимость давления насыщенного пара от температуры жидкости:

(21)

(22)

Для трет-амилового спирта ():

А=6,44711

В=1252,216

С=180,301

Подставляя числовые значения в уравнение, получим:

Аналогично находим значение ВТПР (Тв):

(23)

2.9 Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения (Тсв).

Установлено, что в пределах гомологического ряда величина Тсв является функцией длины углеродной цепи в молекуле. Чем длиннее цепь, тем ниже температура самовоспламенения. Метод расчета Тсв основан на эмпирической зависимости Тсв от средней длины углеродной цепи.

Метод пригоден для расчета Тсв алифатических углеводородов, алифатических спиртов и ароматических углеводородов.

Задача состоит в том, чтобы по структурной формуле химического соединения найти для него среднюю длину углеродных цепей.

Углеродная цепь - это цепочка атомов углерода от одного конца молекулы до другого.

Длина цепи - это число атомов углерода в такой цепи.

Температуру самовоспламенения веществ (Тсв) определяют по средней длине углеродной цепи. Структурная формула вещества приведена в табл. VI приложения методических указаний.

Записываем структурную формулу соединения трет-амилового спирта () и вводим обозначения:

В молекуле химического соединения со сложной структурой бывает трудно сразу найти все углеродные цепи. Поэтому для определения числа цепей используют формулу (24).

При определении длины углеродных цепей в молекуле алифатического спирта необходимо учитывать следующее правило. Гидроксильная группа в углеродной цепи увеличивает ее длину на единицу.

В молекуле соединения трет-амилового спирта () три концевые метильные группы - СH3,один гидроксид - OH, один этилен - CH2 и один углерод - С, т.е. Мр=4

(24)

Составим таблицу, в которую внесем углеродные цепи и их длину.

Углеродные цепи, ni

1-4

4-5

4-6

1-5

1-6

5-6

Длина цепи, li

4

4

4

2+1

3

2+1

Рассчитаем среднюю длину углеродных цепей:

По табл. IX приложения к методическим указаниям найдем Тсв ароматического соединения с соответствующей длиной цепи Тсв=696К=423°С.

2.9 Максимальное давление взрыва

Максимальное давление взрыва рассчитываем по формуле, в которой используют полученное ранее значение температуры взрыва:

, (25)

где Р0, Т0 и nс - давление, температура и количество молей горючей смеси до взрыва; Твзр и nпг- температура взрыва и количество молей продуктов горения. Считаем, что исходная смесь до взрыва находилась при нормальных условиях (Т0 = 273 К, Р0 = 101,3 кПа).

Запишем уравнение материального баланса процесса горения трет-амилового спирта () в воздухе:

По уравнению определим количество молей газовой смеси до взрыва nc и после взрыва nпг:

nс = nг + nO2 + nN2 (26)

nпг = nСO2 + nН2О + nN2 (27)

Подставляя значения величин, получим:

Избыточное давление взрыва:

?Pвзр = Pвзр - ??0 (28)

2.10 Тротиловый эквивалент вещества

Тротиловый эквивалент вещества ??ТНТ определяют по формуле:

(29)

Для оценки мощности взрыва используется понятие тротилового эквивалента. Известно, что при взрыве 1 кг тротила (тринитротолуола -ТНТ) выделяется энергия, равная QТНТ = 4,1940 кДж/кг. Исходя из этого, мощность любого взрыва можно условно характеризовать количеством тротила, которое может произвести во взрыве выделение такого же количества энергии.

Qн = 26622 кДж/моль. Учитывая, что масса 1 моля трет-амилового спирта () равна 88,15·10-3 кг/моль:

Сравнение полученных расчетных значений со справочными данными

Все рассчитанные параметры горения и взрыва вещества А заносим в таблицу1.

Таблица 1

Расчетные значения параметров горения и взрыва вещества А

Параметр горения и взрыва

Адиабат. Температура горения, Тад

Температура взрыва, Твзр

КПР

МФК (N2)

МВСК

ТПР, К

Температура самовоспл., Тсв

Давление взрыва,

Тротиловый эквивалент вещества,

Значение

пара

метра

2355,27, К

2876,56, К

1,43%

8,21%

66%

6,86%

307,29, К

-449,68, К

696, К

953,92, кПа

6,348

В справочной литературе и в Интернете для вещества А находим известные показатели пожарной опасности вещества и также составляем таблицу справочных значений.

Таблица 2

Справочные значения показателей пожарной опасности вещества А

Показатель

пожарной

опасности

Твсп

Тсв

миним.

флегм.

конц.

азота

МВСК

тепл.

образов.

тепл.

сгор.

Значение

показателя

24°С

410°С

28%

11,6%

330, кДж/моль

3353, еДЖ/моль

На основании анализа параметров горения и взрыва вещества А и сравнения расчетных и экспериментальных значений можно сделать вывод о пожарной опасности вещества и погрешности расчетных методик.

3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении

3.1 Определить количество вещества А (в кг), которое должно испариться в помещении

Количество вещества А (в кг), которое должно испариться в помещении размерами aЧbЧh чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь, находят из условия образования в помещении паровоздушной смеси стехиометрического состава. Для этого из уравнения материального баланса горения находит стехиометрическую концентрацию вещества А:

горение взрыв пламя газовоздушный

Стехиометрическая смесь содержит 1 моль трет-амилового спирта () 7,5 моль кислорода и 7,5·3,76 моль азота.

Концентрация горючего в такой смеси:

(30)

По рассчитанной концентрации вещества и известному объему помещения находим объем паров вещества А:

(31)

Зная объем паров, рассчитывает их массу, воспользовавшись понятием киломоля вещества.

1 моль вещества -- количество вещества в граммах, масса которого численно равна молекулярной массе.

В связи с тем, что масса 1 моля вещества численно равна его молекулярной массе, то в 1 моле любого вещества содержится одинаковое количество молекул. Оно составляет NА = 6,02·1023молекул/моль (число Авогадро). Поэтому в газообразном состоянии 1 моль любого вещества при нормальных условиях занимает один и тот же объем, равный 22,4 л. Таким образом, объем 1 моля любого газа при Т0 = 273 К и Р0 = 1,013·105 Па составляет 22,4 л/моль или 22,4 10-3 м3/моль. Объем 1 киломоля в тысячу раз больше и равен

22,4 м3 /кмоль. Объем 1 моля газа можно определить из уравнения состояния (Клапейрона - Менделеева):

, (32)

где m - масса вещества, М - масса одного моля вещества, - число молей вещества, R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31Дж/(моль·К).

Для 1 моля вещества (m/М = 1) объем газа при нормальных условиях составит:

,

Где Дж=Н·м, Па= Н/м2.

(33)

(34)

(35)

3.2 Тротиловый эквивалент взрыва.

Тротиловый эквивалент взрыва (Мтнт) смеси в помещении рассчитывают, принимая, что теплота взрыва приблизительно равна низшей теплоте сгорания вещества, а доля потенциальной энергии перешедшей в кинетическую энергию взрыва (г) при взрыве паровоздушной смеси в помещении равна 1.

(36)

тротила

3.3 Размер безопасного расстояния

Размер безопасной зоны (Rбез) по действию давления воздушной ударной волны находят по формуле:

(37)

3.4 Минимальное количество диоксида углерода

Для определения количества диоксида углерода (МСО2 в кг), необходимого для предотвращения взрыва в помещении, находят его минимальную флегматизирующую концентрацию, а затем его объем и массу.

Для расчета минимальной флегматизирующей концентрации (МФК) диоксида углерода в паровоздушной смеси используют уравнение теплового баланса и понятие предельной адиабатической температуры горения.

МФК найдем из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической метановоздушной смеси, где Тг=1500 К:

, (38)

где срф - среднее значение теплоёмкости флегматизатора при постоянном давлении для температурного интервала 273-1500 К.

Поскольку при этих условиях сгорание идет в основном с образованием СО, определим низшую теплоту сгорания трет-амилового спирта () для такого случая.

Запишем химическое уравнение горения:

Низшая теплота сгорания метана в этом случае по закону Гесса:

(39)

Подставляя значения теплот образования, взятых из табл. II приложения, получим:

Теперь составим уравнение материального баланса процесса горения метана, включив в него и флегматизатор СО2:

где nф - число молей флегматизатора.

Уравнение для данного случая примет вид:

(40)

Из правой части уравнения материального баланса видно, что объем продуктов горения:

??СО = 5 моль/моль

VH2O = 6 моль/моль

??0????=18,8 моль/моль

Подставляя значения Он, Тг = 1500 К, Српгi; получим, что объем флегматизатора, соответствующий МФК:

Перепишем уравнение материального баланса для сгорания смеси предельного состава:

В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль трет-амилового спирта () приходится nO2 = 5 моль кислорода, nN2= 5·3,76 моль азота и nф(СО2)=654,2 моль флегматизатора.

Минимальная флегматизирующая концентрация диоксида углерода будет равна:

(41)

По рассчитанной концентрации вещества и известному объему помещения находим объем диоксида углерода:

(42)

Зная объем, рассчитывает массу СО2:

(43)

Результаты расчетов, выполненных по пунктам 3.1-3.4,оформляем в виде таблицы.

Параметры взрыва паровоздушной смеси вещества в помещении объем V

Расчетные параметры

Наибольшая взрывоопасная концентрация вещества А в паровоздушной смеси,

%(об.)

Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещении m, кг

Тротиловый эквивалент взрыва,

МТНТ

Безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны

Rбез, м

Количество необходимого СО2 для предотвращения взрыва

МСО2, кг

Численные значения параметров

2,725%

5,352, кг

34,005, кг тротила

48,6, м

94,65, кг

Размещено на http://www.allbest.ru/

12

Вывод

В курсовой работе я рассчитал некоторые параметры горения вещества 2,2-диметилпента: количество воздуха, необходимое для горения вещества, объем продуктов горения, теплота сгорания, предельно допустимая взрывобезопасная концентрация, концентрационные пределы распространения пламени, температура вспышки, температурные пределы распространения пламени, плотность паров, коэффициент горючести. Эти данные необходимы для разработки мер предотвращения возникнове ния пожаров и взрывов, а так же для оценки условий их развития и подавления.

Библиографический список

1. Бегишев И.Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (методические указания по выполнению курсовой работы для слушателей ИЗДО): Учебно-методической пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. 60 с.

2. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: Учебное пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. 240 с.

3. Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва»: Учебное пособие. М.: Академия ГПС МЧС России, 2008. 80 с.

4. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н идр. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения.Справочн. Изд. В 2-х книгах, 1990. М.: Химия. 384 с.

5. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов исредства их тушения. Справочник в 2-х частях. М.: Асс. «Пожнаука», 2000. 709 с.

6. Кукин П.П., Емельянов С.Г., Теория горения и взрыва.: Учебное пособие для бакалавров. М.: Издательство Юрайт, 2013. 435 с.

Приложение

Таблица I

Атомные массы некоторых элементов

Название

Химический знак

Порядковый номер

Атомная масса

Азот

N

7

14,00

Водород

Н

1

1,01

Кислород

О

8

16,00

Сера

S

16

32,06

Углерод

С

6

12,01

Таблица II

Основные физические константы некоторых газов

Название или химическая формула

М, кг/кмоль

, кг/м3

Tпл, К

Ткип, К

, кДж/моль

Воздух

28,98

1,293

60

81

0

СО

28,01

1,250

68

81

112,7

СО2

44,01

1,977

216,4

194,5

396,9

СН4

16,04

0,717

90,5

112,4

75

С2Н6

30,06

1,357

90,5

184,4

88,4

С3Н8

44,10

2,019

85,6

230,9

109,4

Н2

2,02

0,090

13,8

20,3

0

H2O(пар)

18,02

0,768

273

373,0

242,2

N2

28,01

1,251

63

77,2

0

O2

32,00

1,429

54,6

90,1

0

Примечание. M - молекулярная масса газа; р - плотность при нормальных условиях; Тпл и Ткип - температуры плавления и кипения при давлении 101,325 кПа; , - теплота образования.

Таблица III

Теплота образования веществ, температура кипения и значения коэффициентов А, В, С в уравнении Антуана , где Р в кПа, а t в оС

№

Вещество

Теплота

образования

кДж/моль

Температура кипения,

oC

Коэффициенты уравнения Антуана

А

В

С

1

амилбензол

34,4

202,0

6,68328

2069,486

210,431

2

трет-амиловый спирт

330,0

102,3

6,44711

1252,216

180,301

3

трет-бутилбензол

22,68

168,0

6,68934

1911,894

239,664

4

2,2-диметилбутан

177,8

49,7

5,93476

1127,187

228,9

5

2,4-диметилгексан

219,4

109,4

5,97799

1287,876

214,79

6

3,3- диметилгептан

241,6

137,0

6,21073

1509,585

221,989

7

2,6-диметил-4-гептанол

412,1

176,5

5,66299

1144,81

135,0

8

4,5-диметилоктан

253,4

162,1

6,31873

1645,436

219,378

9

2,2-диметилпентан

206,1

79,2

5,93972

1190,033

223,303

10

2,4-диметил-3-пентанол

370,5

138,7

5,61923

1029,6

146,1

11

2,4-диметил-3-этилпентан

235,0

136,7

6,16233

1490,02

221,908

12

1,4-диэтилбензол

22,2

183,8

6,41434

1820,632

230,413

13

3, 5-диэтилтолуол

56,0

201,0

6,50299

1926,654

229,367

14

втор-изоамиловый спирт

314,2

112,0

6,9421

1090,9

157,2

15

изобутиловый спирт

283,2

107,8

7,83005

2058,392

245,642

16

изогексиловый спирт

325,7

151,6

7,05114

1273,35

153,56

17

4-изопропилгептан

251,1

158,0

6,31693

1628,498

219,75

18

п-ксилол

24,4

138,3

6,25485

1537,082

223,608

19

2-метил- 1-бутанол

305,8

128,0

6,29693

1258,332

109,165

20

3-метилгексан

194,9

92,0

5,99812

1236,026

219,545

21

2-метилгептан

215,5

117,6

6,0423

1337,468

213,693

22

4-метилоктан

233,3

142,4

6,27293

1553,088

221,45

23

3-метилпентан

171,6

63,3

5,97380

1152,368

227,129

24

4-метил-2-пентанол

344,2

133,0

7,59199

2174,869

257,78

25

3-метил-4-этилгексан

229,9

140,6

6,21413

1524,093

221,543

26

2-метил-3-этилпентан

211,2

115,6

5,98851

1318,120

215,306

27

4-метил-2-этилпентанол

385,0

177,3

5,70756

1134,599

129,195

28

пентаметилбензол

73,5

232,0

6,68333

2069,486

210,431

29

пропилбензол

7,9

159,0

6,29713

1627,827

220,499

30

1,2,3,4-

тетраметилбензол

41,9

204,5

6,24188

1693,156

195,234

Таблица IV

Энтальпия (теплосодержание) газов при постоянном давлении

Температура, Т, єС

Н,КДж/моль

О2

N2

Воздух

СО2

Н2О

SO2

0

0

0

0

0

0

0

100

3,0

2,9

2,9

3,8

3,3

4,1

200

6,0

5,8

5,8

8,0

6,8

8,5

300

9,1

8,8

8,9

12,5

10,4

13,2

400

12,4

11,8

11,9

17,3

14,0

18,2

500

15,7

14,9

15,1

22,3

17,8

23,3

600

19,1

18,1

18,3

27,5

21,7

28,5

700

22,5

21,3

21,5

32,8

25,8

33,9

800

26,0

24,6

24,8

38,2

29,9

39,3

900

29,6

28,0

28,2

43,8

34,2

44,8

1000

33,1

31,3

31,6

49,4

38,6

50,3

1100

36,8

34,8

35,1

55,1

43,2

55,9

1200

40,4

38,2

38,6

60,9

47,8

61,5

1300

44,0

41,7

42,1

66,8

52,6

67,2

1400

47,7

45,3

45,6

72,7

57,4

72,3

1500

51,5

48,8

49,2

78,6

62,3

78,4

1600

55,2

52,4

52,8

84,6

67,3

84,1

1700

59,0

55,9

56,4

90,5

72,4

89,8

1800

62,8

59,5

60,0

96,6

77,6

95,6

1900

66,6

63,1

63,6

102,6

82,8

101,2

2000

70,4

66,8

67,3

108,6

88,1

107,1

2100

74,2

70,4

71,0

114,7

93,4

112,7

2200

78,1

74,1

74,7

120,8

98,8

118,5

2300

82,0

77,8

78,4

126,9

104,2

124,2

2400

85,9

81,5

82,1

133,0

109,6

130,0

2500

89,9

85,1

85,9

139,1

115,1

135,8

2600

94,0

89,0

89,3

145,3

119,4

141,5

2700

97,9

92,6

93,1

151,5

124,8

147,3

2800

101,8

96,4

96,8

157,6

130,3

153,0

2900

105,1

100,5

100,5

163,8

135,8

158,8

3000

110,1

103,8

104,2

169.9

141,2

164,7

Таблица V

Внутренняя энергия газов

...

Темпера

тура,

Т, оС

U, кДж/моль

Темпера

тура,

Т, оС

О2

N2

Воздух

СО2

Н2О

SO2

0

0

0

0

0

0

0

0

100

2,2

2,1

2,1

2,9

2,5

3,3

100

200

4,1

4,1

4,1

6,3

5,1

6,8

200

300

6,6

6,3

6,4

10,0

7

10,7

300

400

9,1

8,5

8,6

14,6

10,7

14,9

400

500

11,5

10,7

10,9

18,1

13,6

19,1

500

600

14,1

13,1

13,3

22,5

16,7

23,5

600

700

16,7

15,5

15,7

27,0

20

28,1

700

800

19,4

18

18,1

31,6

23,3

32,7

800

900

22,1

20,5

20,7

36,3

27,7

37,3

900

1000

24,8

23

23,3

41,1

30,3

42

1000

1100

27,7

25,7

26,0

46,0

34,1

46,8

1100

1200

30,4

28,2

28,6

50,9

37,8

51,5

1200

1300

33,2

30,9

31,3

56

41,8

56,4

1300

1400

35,1

33,7

34,0

61,1

45,8

61,2

1400

1500

39,0

36,3

36,7

66,1

49,8

65,9

1500

1600

41,9

39,1

39,5

71,3

54,0

70,8

1600

1700

44,9

41,8

42,3

76,4

58,3

75,7

1700

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены