Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство Российской федерации

по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствиЙ

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

Кафедра процессов горения

Курсовая работа

по дисциплине

Теория горения и взрыва

Москва 2011 г.

Задание

Расчет параметров горения и взрыва

Для вещества (2-метил 3- этилгептан) рассчитать следующие параметры горения и взрыва:

- адиабатическую температуру горения (Тад);

- температуру взрыва (Твзр);

- концентрационные пределы распространения пламени (КПР);

- минимальную флегматизирующую концентрацию азота (МФК);

- концентрацию горючего в точке флегматизации;

- зависимость КПР от концентрации флегматизатора;

- минимально взрывоопасное содержание кислорода (МВСК);

- температурные пределы распространения пламени (ТПР);

- температуру самовоспламенения (Тсв);

- максимальное давление взрыва (Рmax);

- тротиловый эквивалент вещества (зТНТ).

Сравнение полученных расчетных значений со справочными данными

Найти в справочной литературе или в Интернете пожар взрывоопасные характеристики вещества и сравнить их с полученными расчетными значениями. Сделать выводы.

Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении

Для помещений заданных размеров аЧbЧh (8,0х5,0х4,0) определить:

- какое количество заданного вещества (кг) должно испариться в этом помещении, чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь;

- тротиловый эквивалент взрыва этой паровоздушной смеси;

- безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны взрыва;

- минимальное количество диоксида углерода (кг), которое потребуется для предотвращения взрыва в этом помещении.

При расчетах принять, что пары вещества равномерно распределены по помещению и помещение относительно герметично. Давление и температуру в помещении считать нормальными.

1. Расчет параметров горения и взрыва

температура взрыв горение пламя

1.1 Расчёт адиабатической температуры горения

Запишем уравнение материального баланса горения 2-метил 3- этилгептана

С8Н18+12,5 О2+12,5 Ч3,76N2 = 8CO2+9H2O+12,5Ч3,76N2

объем продуктов горения составляет:

полный объём продуктов горения

УnПГ= nсо2+ nн2о+ nN2= 8+9+47=64 кмоль/кмоль

низшая теплота сгорания по закону Гесса равна

Qн=8?Ноf со2+9?Ноfн2о - ?Ноf С8 Н18

взяв значения теплоты образования веществ из табл. II-III приложения

Qн =8Ч396,6+9Ч242,2-211,2=5141,4кДж/моль

так как теплопотери отсутствуют, то всё выделенное тепло идёт на нагревание продуктов горения, Среднее теплосодержание продуктов горения составит

воспользуемся зависимостью теплосодержания газов от температуры установим какой температуре соответствует такое теплосодержание. Для чего зададимся по Азоту, так как его больше всего в продуктах горения, первой приближённой температурой горения Т1=2400оС и находим теплосодержание продуктов горения

Q=Нсо2 Vсо2+Нн2о Vн2о+Н N2 V0 N2

подставим числовые значения теплосодержаний этих газов, из таблицы 4 приложения получим

Q1=133,0Ч8+109,6 Ч9+81,5Ч47=5880,9 кДж/моль

сравним

Q1> Qн

Т1завышена, поэтому принимаем более низкую температуру Т2=2200 оС

Q2=120,8 Ч8+98,8 Ч9+74,1Ч47=5338,3 кДж/моль

сравним

Q2> Qн

Т2завышена, следовательно принимаем более низкую температуру

Т3=2100 оС

Q3=114,7 Ч8+93,4 Ч9+70,4Ч47=5067 кДж/моль

Q3< Qн

следовательно температура горения имеет значение между 2100 оС

и 2200 оС. Уточним эту температуру линейной интерполяцией между двумя этими ближайшими значениями.

1.2 Расчёт температуры взрыва

Принципиальной разницей между взрывом и горением является то, что горение - это процесс изобарический (P = const), а взрыв - изохорический (V = const).



Qн=5141,4

Определив значение средней внутренней энергии продуктов горения воспользуемся зависимостью теплосодержания газов от температуры установим какой температуре соответствует такое значение внутренней энергии.

Находим приближённую температуру взрыва по азоту Т1=3000 оС

Q=UCO2n CO2+ UH2OnH2O+ UN2nN2

подставим численные значения внутренней энергии для этих газов из таблицы V приложения

Q1=145,0 Ч8+116,3 Ч9+78,9 Ч47=5915 кДж/моль

Q1> Qн

выберем другое более низкое значение температуры Т2=2800 оС

Q2=134,2 Ч8+107,0 Ч9+73,1Ч47=5472,3 кДж/моль

Q2> Qн

выберем следующее значение температуры Т3=2700 оС

Q3=128,9 Ч8+102,4 Ч9+70,2Ч47=5252,2 кДж/моль

Q3> Qн

следующее значение температуры Т4=2600 оС

Q4=123,7 Ч8+97,8 Ч9+67,4Ч47=5037,6кДж/моль

Q4< Qн

следовательно температура взрыва находится между значениями Т3=2700 оС и Т4=2600 оС, уточним значение температуры взрыва методом линейной интерполяции.

1.3 Концентрационные пределы распространения пламени (КПР)

Стехиометрическая концентрация

Значение нижнего и верхнего концентрационного предела распространения пламени ,рассчитаем по апроксимационной формуле

где n - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля горючего вещества, берём из уравнения реакции горения (n=12,5);

a и b константы приведённые в таблице 2 методич-х указаний(стр. 20).

нижний концентрационный предел распространения пламени:

верхний концентрационный предел распространения пламени

Таким образом, горючие смеси паров 2-метил 3- этилгептана в воздухе с содержанием горючего 0,9? цг ?6,2% будут пожаро взрывоопасными.

1.4 Минимальная флегматизирующая концентрация азота (МФК)

Расчёт МФК основан на решении уравнения теплового баланса с учётом двух условий:

1. адиабатическая температура горения в точке флегматизации является предельной и равна 1500 К.

2. окисление углерода протекает до СО, а не до СО2.

Запишем уравнение теплового баланса:

С8Н18+ 8,5 О2+8,5 Ч3,76N2 +n N2=8CO+ 9H2O+8,5Ч 3,76N2+n N2+Qн

из закона Гесса по т.II-III (стр. 42-44)

Qн = 8•112,7 + 9•242,2 - 211,2= 2870,2 кДж/моль.

из уравнения теплового баланса следует:

значения Ср: при Тг = 1500 К в таблице 1 (стр. 16)

приняв правую часть уравнения химической реакции за 100%, получим:

1.5 Концентрацию горючего в точке флегматизации

Рассчитывается как и МФК:

1.6 Зависимость КПР от концентрации флегматизатора

Концентрационные пределы распространения пламени для 3,3-диметилгептана в воздухе составляют 0,8 и 5,7 %(об). Этих данных достаточно для построения зависимости КПР от концентрации флегматизатора.

1.7 Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) - концентрация кислорода в точке флегматизации

1.8 Температурные пределы распространения пламени (ТПР)

Определим какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:

для нахождения значения НТПР (Тн) по известной величине Рн , воспользуемся уравнением Антуана:

откуда

А,B,C- константы табл.III приложения

для определения ВТПР выполним те же действия:

1.9 Температура самовоспламенения

Сетодика основана на определении длины углеродной цепи горючего

Структурная формула горючего

8CH3

1СН3- 2CH2 - 3C - 4СH2 - 5СН2 - 6CН2 - 7СН3

9CH3

после нумерации атомов углерода и группы определяем количество углеродных цепей. В молекуле 4 концевых метильных (Мр) групп.

найдём эти цепи и установим их длину, для удобства составим таблицу.

Углеродная цепь mi	1-7	1-8	1-9	7-8	7-9	8-9
Длина цепи li	7	4	4	6	6	3

Определим среднее арифметическое значение длины углеродных цепей

по таблице VII (стр. 53) находим температуру самовоспламенения паров 3,3-диметилгептана по значению средней длинны цепи в молекуле соединения:

Тсв=560К=287оС

1.10 Максимальное давление взрыва

Максимальное давление взрыва парогазовых смесей рассчитывается по формуле:

объём исходной смеси

nпг = nСО+ nН2О+nN2= 9 +10 + 14·3,76 = 71,64 кмоль

n0 = nг + nО2 + nN2=1 + 14 + 14·3,76 = 67,64 кмоль

подставляя значение величин в формулу получим:

1.11 Расчёт тротилового эквивалента

Отношение низшей теплоты сгорания 1 кг горючей к низшей теплоте сгорания 1 кг тротила (ТНТ) рассчитывается по формуле:

для 3,3-диметилгептана

М = 12·9 + 1·22 = 130кг/кмоль

QТНТ=4,19х103кДж/кг - энергия выделяемая при взрыве 1 кг тротила

Таким образом, энергия взрыва 1 кг паров 3,3- диметилгептана в воздухе стехиометрического состава (1,5% 3,3- триметилгептана и 98,5% воздуха) соответствует 10,5 кг тротила.

2. Сравнение полученных расчетных значений со справочными данными

Все рассчитанные параметры горения и взрыва 3,3-диметилгептана заносим в таблицу

Табл.2.1 Расчётные значения параметров горения и взрыва

Параметр горения и взрыва	Адиабат.темпера тура горения, Тад	Температура взрыва, Твзр	КПР	МФК (N2)	МВСК	ТПР	Температура самовоспламенения, Тсв	Давление взрыва, Рmax	Тротил.эквивал. вещ-ва, зТНТ
Значение параметра	2399 К	2919К	0,8-5,7%	34%	13,5%	290-328К	287оС	11,5ат	10,5кг

Табл.2.2 Справочные значения показателей пожарной опасности 3,3-диметилгептана

Показатель Пожарной опасности	Температура вспышки, Твс	Температура самовоспламенения, Тсв	НКПР	Теплота cгopания, Qн	теплота образования кДж/моль
Значение показателя	23оС	325 оС	0,78%	5719 кДж/моль	241,6 кДж/моль

данные взяты в справочнике Баратова А.Н.

Вывод:

Как видно из таблицы 2.1. 3,3-диметилгептан обладает достаточно высокими пожароопасные показатели.

Анализируя расчётные и экспериментальные значения можно сделать вывод что между ними имеются погрешности однако их расхождения незначительны. Следовательно расчётные методики достаточно чётко позволяют определить значения пожароопасных параметров различных веществ.

3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении

Количество 3,3- диметилгептана в (кг), которое должно испарится в помещении размерами(7,0х5,0х3,5)м. чтобы в нём создалась наиболее взрывоопасная воздушная смесь, находят из условия образования в помещении паровоздушной смеси стехиометрического состава.

Стехиометрическая концентрация вещества

по рассчитанной концентрации вещества и известному объёму помещения находим объём паров вещества

зная объём паров, рассчитаем их массу количество киломолей испарившегося вещества

Тротиловый эквивалент взрыва

Учитывая, что масса 1 моля 3,3-диметилгептана равна

130х10-3кг/моль



Безопасное расстояние по действию давления воздушной ударной волны

Количество диоксида углерода (МСО2) необходимого для предотвращения взрыва в помещении.

Запишем уравнение химической реакции окисления 2,5,5-триметилгептана до СО и Н2О, включив в него флегматизатор

С9Н20+9,5О2+9,5Ч3,76N2 +n СО2= 9CO+10H2O+9,5 Ч 3,76N2+n СО2

низшая теплота этой реакции

Qн = 9•112,7 + 10•242,2 - 241,6= 3194,7 кДж/моль.

имея данные по теплоемкости продуктов горения и нейтрального газа при температуре 1500 К, рассчитываем количество молей диоксида углерода в точке флегматизации.

МФК диоксида углерода определим по формуле

по рассчитанной концентрации вещества и известному объёму помещения находим объём паров диоксида углерода

зная объём паров, рассчитаем массу диоксида углерода

количество киломолей испарившегося вещества

Расчётные параметры	Наиболее взрывоопасная концетрация вещества в паровоздушной смеси цстех, % (об)	Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещении m, кг	тротиловый эквивалент взрвыва МТНТ, кг	Безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны Rбез,м	Количество необходимого СО2 для предотвращения взрыва МСО2, кг
Численные значения параметров	1,5%	11,05	116,6	74	58,96

В курсовой работе на основании расчётных методов определялись параметры горения и взрыва 3,3-диметилгептана, сравнение полученных результатов с экспериментально установленными показателями пожарной опасности данного вещества.

Используемая литература

Бегишев И.Р. «Теория горения и взрыва»: учебное пособие.- М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. - 59 с.

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

Баратов А.Н. Пожароопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник в 2-х частях- М.: Асс. «Пожнаука», 2000. - 709 с.

Размещено на Allbest.ru

...