Характеристика горения

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Определение характеристик горения

1.1 Характер свечения пламени. Акриловая кислота - С₃Н₄О₂

Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.

Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул.

Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н₂.

При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО.

СН₃ОН СО + 2Н₂

Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН₃ОН и этанола С₂Н₅ОН).

При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С₂Н₂, бензол С₆Н₆), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.

С₆Н₆ 6С + 3Н₂

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.

Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО₂.

В таблице зависимость свечения пламени от концентрации углерода и водорода в веществе можно выразить следующим способом :

Содержание углерода (С),%	Содержание кислорода (О),%	Характер свечения пламени
<50	>30	пламя бесцветное или голубое
<75	отсутствует или < 30	пламя яркое, не коптящее
>75	отсутствует или < 25	пламя яркое, коптящее

1. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле акриловой кислоты составляют:

(С) = = 50%; (Н) = = 5,5%; (О) = = 44,5%;

Массовая доля углерода < 75 %, а массовая доля водорода < 30 %, следовательно, при горении акриловой кислоты пламя будет бесцветное или голубоватое.

1.2 Группа горючести

К - коэффициент горючести.

К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) - 2 n(O) - 2 n(Cl) - 3 n(F) - 5 n(Br), где:



n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) - число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Для акриловой кислоты:

К = 4·3 + 4-2· 2 = 12

А так как К>1, то данное вещество относится к горючим и представляет собой пожарную опасность.

1.3 Массовая и объемная концентрации

горение акриловый кислота пожарный

Записываем уравнение реакции горения циклогексана:

С₃Н₄О₂ + 3 (О₂ + 3,76·N₂) > 3СО₂ + 2Н₂О + 3·3,76·N₂

Молярный объем газа определяется по формуле :

Vm=(V₀·P₀·T)/(P·T₀), [м³/кмоль]

Vm=(22,4·101,3·(273+32))/(102,8·273) = 24,7 м³/кмоль

Стехиометрическая концентрация - это концентрация горючего вещества, которое соответствует уравнению реакции и определяется по формуле:

%

%

Теперь найдем низший и высший концентрационный предел распространения пламени:



ц_н = = = 3,2 %.

ц_в = = = 19,2 %.

1.4 Теоритический и практический расход воздуха на горение

Теоретическое количество воздуха рассчитывается по уравнению материального баланса горение с учетом стехиометрических коэффициентов, т.е. когда горючее и окислитель находятся в стехиометрическом отношении.

При стехиометрической концентрации a > 1.

Если a = 1, то реальный (практический) расход воздуха V_в^пр = V_в^теор.

При a > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при a < 1 - богатой по горючему компоненту. Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту.

DV_в^пр= V_в^теор(a---1), [м³]

V_в^пр= V_в^теор+V_в, [м³]

V_в^теор = , [м³]

При расчетах необходимо учитывать коэффициент избытка воздуха:

,где

- концентрация кислорода в воздухе;

- концентрация кислорода при которой горение прекращается.

1 способ:

1. При нормальных условиях, когда V_мол=22,4 м³/кмоль :

V_в^теор = =4,4 м³

если a=1, то DV_в^пр= V_в^теор=4,4 м³

если a--не равно 1:

DV_в= V_в^теор(a---1)

DV_в= 4,4·(4,2---1)=14,1 м³

V_в^пр= V_в^теор+V_в

V_в^пр= 14,1+4,4=18,5 м³

2. При заданных условиях, когда V_мол=24,7 м³/кмоль:

V_в^теор = =4,9 м³

если a=1, то DV_в^пр= V_в^теор=4,9 м³

если a--не равно 1 :

DV_в= V_в^теор(a---1)

DV_в= 4,9·(4,2---1)=15,7 м³

V_в^пр= V_в^теор+V_в

V_в^пр= 15,7+4,9=20,6 м³

2 способ:

1. При нормальных условиях, когда V_мол=22,4 м³/кмоль :

V_в^теор =m·

V_в^пр= V_в^теор·a



V_в^теор =1·= 0,2665·16,6=4,4 м³

если a=1, то DV_в^пр= V_в^теор=4,4 м³

если a--не равно 1:

V_в^пр= V_в^теор·a=4,4·4,2=18,5м³

2. При заданных условиях, когда V_мол=24,7 м³/кмоль:

если a=1, то:

DV_в^пр= V_в^теор= m·

DV_в^пр= V_в^теор=1·= 0,2938·16,6=4,9 м³

если a--не равно 1:

V_в^теор =4,9

V_в^пр=4,9·4,2=20,6 м³

1.5 Обьем и состав продуктов полного сгорания

Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.

К продуктам полного сгорания относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO₂ и азот - продукты горения соединений, содержащих серу и азот.

Продукты неполного сгорания - это оксид углерода (II) - угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения - смолы.

Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.

Выход продуктов горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов.

В случае, когда горючее индивидуальное химическое соединение, расче объема продуктов горения ведется по уравнению реакции горения:

V_ПГ = _, [м³]

Если горение протекает с избытком воздуха, то пр расчете общего числа кмолей продуктов горения учитывается избыточное число кмолей кислорода.

Dn_кис=·(a---1) - число кмолей кислорода в избытке воздуха

Dn_азота=3,76··(a---1) - число кмолей кислорода в избытке воздуха

Процентный состав ПГ рассчитывается исходя из общего числа кмолей ПГ:

=100%

, [%]

Если требуется определить объем отдельного вещества ПГ, то его определяют по формуле:

V(n_i)=_, [м³]



С₃Н₄О₂ + 3 (О₂ + 3,76·N₂) > 3СО₂ + 2Н₂О + 3·3,76·N₂

Общее число ПГ: n(CO₂)=3кмоль, n(H₂O)=2кмоль, n(N₂)=11,3кмоль

1. Рассмотрим случай если a=1

Dn(О₂)=·(a---1)=0 кмоль;

Dn(N₂)=3,76··(a---1)=0кмоль,

то практически состав ПГ равен: n(CO₂)=3кмоль, n(H₂O)=2кмоль, n(N₂)=11,3кмоль

Определим общее количество продуктов сгорания при сжигании 1 кмоля горючего:

n^пр_пг= n(CO₂)+ n(H₂O)+ n(N₂)+--D n(О₂)

n^пр_пг=3+2+11,3+_=16,3--кмоль

Определим процентный состав продуктов горения:

j(СО₂) = = = 18,4 %

j(Н₂О) = = = 12,3 %

j(N₂) = = = 69,3 %

Проверка: =18,4%+12,3%+69,3%=100%

Определим общее количество продуктов сгорания при сжигании 1 кг горючего, необходимо исходить из пропорции :

1кмоль Ю n^пр_пг

m_кг ЮN_кмоль



N_ПГ=

N_ПГ==0,2 кмоль

Рассчитаем объем ПГ при заданных условиях и нормальных условиях:

V_ПГ=N_ПГ· V_мол

При нормальных условиях: V_ПГ=0,2·22,4=4,5 м³

При заданных условиях: V_ПГ=0,2·24,7=5 м³

2. Аналогичным образом рассчитаем при a--не равном 1:

Dn(О₂)=3·(4,2---1)=9,6 кмоль;

Dn(N₂)=3,76·3 ( 4,2-1)=36,1кмоль

то практически состав ПГ равен: n(CO₂)=3 кмоль, n(H₂O)=2 кмоль, n(N₂)^*= n(N₂)+--Dn(N₂)=11,3+36,1= 47,4 кмоль, Dn(О₂)=3·(4,2---1)=9,6 кмоль.

n^пр_пг= n(CO₂)+ n(H₂O)+ n(N₂)^*+--D n(О₂)

n^пр_пг=3+2+47,4+9,6=62--кмоль

Процентный состав равен:

j(СО₂) = = 4,8 %

j(Н₂О) = = 3,2%

------j(N₂) = = 76,4 %

------j(О₂) = = 15,6 %

Проверка: =4,8 %+3,2%+76,4 %+15,6 =100%

N_ПГ==0,86 кмоль

Рассчитаем объем ПГ при заданных условиях и нормальных условиях:

При нормальных условиях : V_ПГ=0,86·22,4=19,3 м³

При заданных условиях : V_ПГ=0,86·24,7=21,2 м³

2 способ

V_пг=n(CO₂)·V_мол/М+ n(Н₂О)·V_мол/М+ n(N₂)·V_мол/М, [м³]

V_об=DV_в+V_пг--

При нормальных условиях когда a=1 :

V_пг ==0,93+0,62+3,5=5 м³

V_об=5 м³

При нормальных условиях, когда a не равно 1:

V_пг =5 м³

V_об=DV_в+V_пг

DV_в=14,1 м³

V_об=14,1+5=19,1 м³

При заданных условиях когда a=1--:

V_пг ==1,03+0,69+3,9=5,6 м³

V_об=5,6 м³

При заданных условиях когда a--не равно1--:

V_пг =5,6 м³

V_об=DV_в+V_пг

DV_в=15,7 м³

V_об=15,7+5,6=21,3 м³



1.6 Расчет низшей теплоты горения

Энтальпией горения (DН_гор, кДж/моль) вещества называется тепловой эффект реакции окисления 1 моль горючего вещества с образованием высших оксидов.

Теплота горения (Q_гор) численно равна энтальпии горения, но противоположна по знаку.

В пожарно-технических расчетах часто пользуются понятием удельной теплоты горения. Удельная теплота горения - это количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании единицы массы или объема горючего вещества. Размерность удельной теплоты горения - кДж/кг или кДж/м³.

В зависимости от агрегатного состояния воды в продуктах горения различают низшую и высшую теплоту горения. Если вода находится в парообразном состоянии, то теплоту горения называют низшей теплотой горения Q_н. Если пары воды конденсируются в жидкость, то теплота горения - высшая Q_в.

Температура пламени достигает 100 К и выше, а вода кипит при 373 К, поэтому в продуктах горения на пожаре вода всегда находится в парообразном состоянии, и для расчетов в пожарном деле используется низшая теплота горения Q_н.

Низшая теплота горения индивидуальных веществ может быть определена переводом значения DН_гор, кДж/моль в Q_н, кДж/кг или кДж/м³. Для веществ сложного элементного состава низшая теплота горения может быть определена по формуле Д.И. Менделеева и следствию из закона Гесса.

По формуле Менделеева:

Q_Н = 339,4Чw(C) + 1257Чw(H) - 108,9 [(w(O) +w(N)) -w(S)] - 25,1[9Чw(H) +w(W)], кДж/кг,



Где w (С), w (Н), w (S), w (О),w (N) - массовые доли элементов в веществе, %;

w (W) - содержание влаги в веществе, %.

Для нашего вещества:

w (С) = 50%;

w (Н) = 5,5%;

w (О) = 44,5%.

Q_Н = 339,4Ч50 + 1257Ч5,5 -1_8,9Ч(44,5)-25,1Ч [9Ч5,5] =16970+6913,5-4846-1242,4= 42745,7 кДж/кг.

Согласно следствию из закона Гесса:

DН_гор =ЧDН-DН_обр, [ кДж/моль]

Теплота образования (DН_обр) - тепловой эффект реакции образования 1 моля вещества из простых веществ:

Q_Н= -DН_гор =(DН(CO₂)·n(CO₂)+DН(H₂O)·n(H₂O)+DН(N₂)·n(N₂))- (DН(C₃H₄O₂)·n(C₃H₄O₂)+DН(O₂)·n(O₂)+DН(N₂)·n(N₂)),

но так как мы знаем, что энтальпия простых веществ равна нулю, то получаем, что:

Q_Н = -DН_гор =DН(CO₂)·n(CO₂)+DН(H₂O)·n(H₂O)+DН(N₂)·n(N₂)- DН(C₃H₄O₂)·n(C₃H₄O₂), [ кДж/моль];

DН(CO₂)= -393,5 кДж/моль;

DН(H₂O)= -241,8 кДж/моль;

DН(C₃H₄O₂)= -336 кДж/моль;

DН_гор =3·(-393,5)+2·(241,8)+1·(-336)=-1180,5-483,6-336=2000,1 кДж/моль;

Q_Н= -DН_гор=2000,1 кДж/моль;

Для того чтобы перевести в [кДж/кг] надо:

Q_гор=Q_Н·1000/М;

Q_гор=2000,1·1000/72=27779,2 кДж/кг

Если наше вещество в газообразном состоянии то используем иную формулу:

Q_гор=Q_Н·1000/V_мол, [кДж/м³];

При нормальных условиях: Q_гор=2000,1·1000/22,4=89290,2 кДж/м³

При заданных условиях: Q_гор=2000,1·1000/24,7=80975,7 кДж/м³

Ответ: низшая теплота горения С₃Н₄О₂ равна :

1. По формуле Менделеева - 42745,7 кДж/кг

2. По следствию из закона Гесса - 2000,1 кДж/моль

1.7 Расчет температуры горения

Расчет температуры горения может быть осуществлен из уравнения энергетического баланса:

Q_Н·(1-)= V_пг^пр·Ср(Т_Г-Т_О),

Q_Н - тепло, выделяющееся при реакции горения;

V_пг^пр - объем продуктов полного сгорания с учетом избытка воздуха, м³;

Ср - средняя объемная теплоемкость ПГ при постоянном давлении ;

Т_Г - температура горения, К ;

Т_О -начальная температура, К.

Следовательно, чтобы рассчитать температуру горения необходимо знать теплоту горения, объем и теплоемкость ПГ:



Т_Г= Т_О+ Q_Н·(1-)/ V_ПГ·Ср;

=0,32 (известно из условия работы)

1. Для вычисления адиабатической температуры a=0, =0.

При нормальных условиях:

Т_Г= 273+ 17795·(1-)/ 4,5·1,75=2533 К;

При заданных условиях :

Т_Г= 273+ 17795·(1-)/ 5·1,75=2306,7 К

2. Для вычисления калориметрической температуры a не равно 1, но =0.

Т_Г= 273+ 17795·(1-0,32)/ 19,3·1,75=799,5 К

3. Для вычисления действительной температуры a не равно 1 и не равно 0.

Т_Г= 273+ 17795·(1-0,32)/ 19,3·1,75=631 К

4. Метод интерполяции:

Q_ГОР=М· Q_Н;

Q_ГОР=72· 17795=1281240 кДж;

Q_СР=Q_ПГ/n_пг^пр;

Q_СР=1281240/62=206652 кДж;

Если Т=700^оС, то Q_пг⁷⁰⁰=47,4·21331,3+32795,1·3+25772,7·2=1161034,3, Q_пг⁷⁰⁰ < Q_ГОР;

Если Т=800^оС, то Q_пг⁷⁰⁰=47,4·24616,2+38237,9·3+29937,5·2=1341396,6, Q_пг⁸⁰⁰ > Q_ГОР;

Следовательно, температура горения находится в интервале от 700 до 800 ^оС. Определяем температуру горения:



Т_Г = Т₁ + ;

Т_Г = 700 + =700+66,6=766,6 К.

1.8 Общая таблица ко второму разделу

Название параметра

Обозначение

Единица измерения

Полученные данные

Примечание

Массовая доля

%

[C]=50

[H]=5,5

[O]=44,5

Группа горючести

К

12

Стехиометрическая концентрация

jСТЕХ

%

6,5

ССТЕХ

кг/м3

0,21

Концентрационный предел распространения пламени

jН

%

3,2

СН

кг/м3

0,1

jВ

%

19,2

СВ

кг/м3

0,61

ПДВК

ПДВК

19,4

Теоретический и практический расход воздуха на горение

Vвтеор Vвпр

м3

Н.у.

З.у.

a=1

a не рано1

a=1

a не рано1

Vт

Vп

Vт

Vп

Vт

Vп

Vт

Vп

6

Объем продуктов полного сгорания

Теплота горения

Адиабатическая температура горения

Калориметрическая температура горения

Действительная температура горения

Температура горения (метод интерполяции )

11.9 Общий вывод ко второму разделу

Акриловая кислота относится к горючим веществам и представляет собой пожарную опасность, т.к коэффициент горючести больше единицы (>1).При горении вещества будет наблюдаться пламя бесцветного или голубоватого цвета. Концентрационные пределы распространения пламени находятся в пределах от 3,2% до 19,2%.

Теоретический и практический расход воздуха на горение и объем продуктов полного сгорания был рассчитан как для нормальных условий так и для заданных условий; с учетом коэффициента избытка воздуха. Данные параметры были рассчитаны 2 способами. Количество тепла, которое выделяется при полном сгорании одного моля вещества равно 27779,2 кДж/кг.

И в пункте 217 курсовой работе были рассчитаны температуры горения с учетом коэффициента теплопотерь и коэффициента избытка воздуха. Самая большая, а именно, адиабатичекая температура горения равна 2533 К.



2. Определение показателей пожарной опасности

2.1 Температура вспышки

Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Вспышка - быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Значение температуры вспышки следует применять для характеристики пожарной опасности жидкости, включая эти данные в стандарты и технические условия на вещества; при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

1 способ

, ^оС.

где: а₀ - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;

а₁ - безразмерный коэффициент, равный 0,659;

t_кип- температура кипения исследуемой жидкости, °С;

а_j - эмпирические коэффициенты, приведённые в табл. 9.3. в зависимости от связей в структурной формуле вещества;

е_j - количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.



Структурная формула акриловой кислоты:

Вид связи	аj	еj
Н- С	1,105	3
С = С	1,72	1
С - С	-2,03	1
С = О	11,66	1
С - ОН(С-О и О-Н)	2,47 и 23,90	1 и 1

t_всп =- 73,14 + 0,659·141 + 1,105· 3+1,72· 1+(-2,03) · 1+11,66· 1+2,47· 1+ +23,90· 1 = 60,1⁰ С.

2 способ

t_всп = а+b·t_кип, ^оС

где: а,b - это эмпирические коэффициенты

Класс вещества	а	b
Кислоты	-43,57	0,708

t_всп = -43,57+0,708·141=56 ^оС

Ответ: при температуре 56 ^оС над поверхность вещества образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания; устойчивое горение при этом не наблюдается.

2.2 Температура воспламенения

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Значение температуры воспламенения следует применять при определении группы горючести вещества, оценке пожарной опасности оборудования и технологических процессов, связанных с переработкой горючих веществ, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты и технические условия на жидкости.

Температура воспламенения жидкости рассчитывается по той же формуле что и температура вспышки, но со своими коэффициентами:

, ^оС, где:

а₀ = - 47,78 °С; а₁ = 0,882;

t_кип - температура кипения жидкости, °С;

а_j - коэффициент j-той химической связи, приведены в табл. 9.5

е_j - число химических связей вида j в молекуле жидкоcти

Вид связи	аj	еj
Н- С	-2,118	3
С = С	-8,98	1
С - С	0,027	1
С = О	-0,826	1
С - ОН(С-О и О-Н)	-0,111 и 8,216	1 и 1

t_восп = -47,78 + 0,882·141 + (-2,118)·3+(-8,98) ·1+0,027·1+(-0,826) ·1+ +(-0,111) ·1+8,216·1 = 68,5⁰ С.

Ответ : При температуре равной 68,5⁰ С вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что при воздействии источника зажигания наблюдается воспламенение жидкости.



2.3 Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.

Значение температуры самовоспламенения следует применять при определении группы взрывоопасной смеси по ГОСТ 12.1.011 для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ. 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества и материалы.

С₃Н₄О₂ + 3 (О₂ + 3,76·N₂) > 3СО₂ + 2Н₂О + 3·3,76·N₂

=3 и <8 то применяем следующую формулу:

, ^оС

Вид связи	аj	еj
Н- С	-2,118	3
С = С	-8,98	1
С - С	0,027	1
С = О	-0,826	1
С - ОН(С-О и О-Н)	-0,111 и 8,216	1 и 1

t_св=300+100+(-2,118)·3+(-8,98) ·1+0,027·1+(-0,826) ·1+ +(-0,111) 1+8,216·1 = 515,5 ^оС

Т_без=515,5·0,8=412,4 ^оС

Ответ: температура при которой вещество будет самовоспламеняться равна 515,5 ^оС. Безопасным нагревом считается нагрев до температуры 412,4 ^оС.

2.4. Концентрационные пределы распространения пламени

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Значения концентрационных пределов распространения пламени необходимо включать в стандарты или технические условия на газы, легковоспламеняющиеся индивидуальные жидкости и азеотропные смеси жидкостей, на твердые вещества, способные образовывать взрывоопасные пылевоздушные смеси (для пылей определяют только нижний концентрационный предел). Значения концентрационных пределов следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при расчете взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей внутри технологического оборудования и трубопроводов, при проектировании вентиляционных систем, а также при расчете предельно допустимых взрывобезопасных концентраций газов, паров и пылей в воздухе рабочей зоны с потенциальными источниками зажигания в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.010, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004.



, %

где:

n_C, n_H, n_O, n_N, -число атомов C, H,N,O.

коэффициенты :

h_C = 8,737 h_O = -0,522 h_N = -0,494

h_f = 2,36·10^-2 h_H = 2,757

- стандартная теплота образования. Из справочника Баратова она равна - 336 кДж/кг.

4,2 %

С₃Н₄О₂ + 3 (О₂ + 3,76·N₂) > 3СО₂ + 2Н₂О + 3·3,76·N₂

=3 и <8 то применяем следующую формулу :

, %

Вид связи	hj	mj
Н- С	1,31	1
С = С	1,39	3
С - С	0,24	1
С = О	-0,84	1
С - ОН(С-О и О-Н)	-1,4 и 1,25	1 и 1

21,1%

Для того чтобы выразить Н(В)КПР в [кг/м³] необходимо воспользоваться формулами :

При нормальных условиях:

С_Н==0,135 кг/м³

С_В==0,68 кг/м³

При заданных условиях:

С_Н==0,12 кг/м³

С_В==0,61 кг/м³

Ответ: распространение пламени на любое расстояние по поверхности возможно в пределах смеси с концентрацией от 4,2% до 21,1%.

2.5 Температурные пределы распространения пламени

Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.

Значения температурных пределов распространения пламени следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности объекта в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010; при расчете пожаровзрывобезопасных температурных режимов работы технологического оборудования; при оценке аварийных ситуаций, связанных с разливом горючих жидкостей, для расчета концентрационных пределов распространения пламени, а также необходимо включать в стандарты или технические условия на горючие жидкости.

Температурные пределы Т_н и Т_в связаны с КПР пламени зависимостью:

где:

j_н(в)кпр - нижний или верхний КПР, %;

Р₀ - атмосферное давление, кПа;

А, В, С_а - константы уравнения Антуана для давления насыщенных паров

Из справочника Баратова:

А=7,09313.

В=1913,0.

С=236.

ВКПР =3%

НКПР = 17%

Тогда:

= 53,4 ⁰С.

= 91 ⁰ С.

Если неизвестна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t_п) вычисляют по формуле



t_п = а₀ + а₁t_кип + , где:

а₀ -- размерный коэффициент, равный минус 62,46°С для нижнего и минус 41,43°С для верхнего пределов;

а₁ -- безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов;

a_j -- эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп.

Вид связи	tн	tв	еj
Н- С	-0,009	0,570	3
С = С	-2,66	-4,64	1
С - С	-0,909	-1,158	1
С = О	5,57	5,86	1
С - ОН(С-О и О-Н)	0,11 и 19,75	1,267 и 17,80	1 и 1

НТПР = -62,46 + 0,655·141 + (- 0,009) ·3+(-2,66) ·1+(-0,909) ·1+5,57·1+0,11·1+19,75·1 = 51,7⁰ С.

ВТПР = -41,43 + 0,723·141 + 0,57·3+(-4,64) ·1+(-1,158) ·1+5,86·1+1,267·1+17,8·1 = 81.3 ⁰С.

Ответ: температурные пределы от 53,4 ⁰С до 91 ⁰С это та температура при которой концентрации паров над ее поверхностью равна соответствующему Н(В)КПР.

2.6 Нормальная скорость распространения пламени

Нормальная скорость распространения пламени - скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении, перпендикулярном к его поверхности.

Значение нормальной скорости распространения пламени следует применять в расчетах скорости нарастания давления взрыва газо- и паровоздушных смесей в закрытом, негерметичном оборудовании и помещениях, критического (гасящего) диаметра при разработке и создании огнепреградителей, площади легкосбрасываемых конструкций, предохранительных мембран и других разгерметизирующих устройств; при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Для органических веществ, состоящих из атомов С, Н, N, O, и для веществ, состоящих из структурных групп, не учтенных в таблице максимальная нормальная скорость горения вычисляется по формуле:

где Т - адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава.

=4,958+7560/2533

=0,8 м/с

Ответ: пламя распространяется со скоростью примерно равной 0,8 м/с.

2.7 Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора

Расчет критического диаметра d_кр длинного цилиндрического огнегасящего канала производится по формуле:



где: Ре_кр = 72 - число Пекле;

Su - нормальная скорость горения;(2,24 м/с)

С_pv - удельная теплоемкость, Дж/кг·К;(1,01·10³ Дж/кг·К)

л - коэффициент теплопроводности исходной смеси, Вт/м·К;(26,2·10^-3 Вт/м·К)

Т - температура, К;(273+141 К)

Р - давление, Па;

R - универсальная газовая постоянная, равная 8,31 Дж/моль·К;

М - молярная масса, кг/моль.

Максимальный экспериментальный безопасный зазор (БЭМЗ) рассчитывается по формуле:

=1,1 мм

БЭМЗ = d_кр/3=1,1/3=0,4 мм

Ответ : 1,1 мм и 0,4 мм

2.8 Минимальная энергия зажигания

Минимальная энергия зажигания - наименьшая энергия электрического разряда, способная воспламенить наиболее легко воспламеняющуюся смесь горючего вещества с воздухом.

Значение минимальной энергии зажигания следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасных условий переработки горючих веществ и обеспечения электростатической искробезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004, ГОСТ 12.1.010 и ГОСТ 12.1.018.

Минимальная энергия зажигания W (Дж) рассчитывается по формуле:

, где

Su² -нормальная скорость распространения пламени

мДж

Ответ: электрический заряд равный 0,6 мДж способен воспламенить стехиометрическую концентрацию акриловой кислоты.

2.9 Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами

Способность взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха и другими веществами - это качественный показатель, характеризующий особую пожарную опасность некоторых веществ.

Данные о способности веществ взрываться и гореть при взаимном контакте необходимо включать в стандарты или технические условия на вещества, а также следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования; при выборе безопасных условий проведения технологических процессов и условий совместного хранения и транспортирования веществ и материалов; при выборе или назначении средств пожаротушения.

Сущность метода определения способности взрываться и гореть при взаимном контакте веществ заключается в механическом смешивании исследуемых веществ в заданной пропорции и оценке результатов испытания.

2.10 Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация флегматизатора в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

Значение минимальной флегматизирующей концентрации флегматизатора следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов методом флегматизации в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

МВКФ=, где

-концентрация горючего в точке флегматизатора;

- число молей флегматизатора

1. Расчет для N_{2 :}

МВКФ=9,3·2,5=23,3%

2. Расчет для Н₂О:

МВКФ=9,7·2=19,4%

3. Расчет для СО₂:

МВКФ=10,1·1,6=16,2%

Ответ: чем меньше будет МВКФ тем эффективнее будет тушить пожар. Соответственно акриловую кислоту лучше тушить диоксидом углерода.

2.11 МВСК Минимальное взрывоопасное содержание кислорода

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

Значение минимального взрывоопасного содержания кислорода следует применять при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) в объемных процентах рассчитывается по формуле:

МВСК = (100- МВКФ-)·С(О₂)/100 ;

1. МВСК для N₂:

МВСК = (100- 23,3-9,3)·0,21=14,1 %

2. МВСК для Н₂О:

МВСК = (100- 19,4-9,7)·0,21=14,9 %

3. МВСК для CO₂:

МВСК = (100- 16,2-10,1)·0,21=15,5 %

Ответ: меньше данной концентрации распространения пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором.

2.12 Максимальное давление взрыва

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

Значение максимального давления взрыва следует применять при определении категории помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.



Р_взр = , где

T₀- начальная температура;

Т- температура взрыва ;

-сумма числа молей конечных продуктов горения;

- сумма числа молей газообразных исходных веществ.

С₃Н₄О₂ + 3 (О₂ + 3,76·N₂) > 3СО₂ + 2Н₂О + 3·3,76·N₂

до зрыва =1+3·4,76=15,3 кмоль после взрыва = 3+2+3·3,76=16,3 кмоль.

Р_взр =

Ответ: давление способно вызвать взрыв равно 1001,3 кПа.

Данное вещество относится к легковоспламеняющим жидкостям, так как его температура воспламенения ниже 61⁰С. При температуре 56 ⁰С над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания ; при этом устойчивого горения наблюдаться не будет.

При температуре воспламенения равной 68,5 ⁰С при воздействии источника зажигания будет наблюдаться воспламенение жидкости. Температура самовоспламенения для акриловой кислоты равна 515,5 ⁰С.Безопасным нагревом считается температура равная 412,4 ⁰С.

Распространение пламени на любое расстояние по поверхности возможно в пределах смеси с концентрацией от 4,2% до 21,1%. Температурные пределы от 53,4 ⁰С до 91 ⁰С это та температура при которой концентрации паров над ее поверхностью равна соответствующему Н(В)КПР. Пламя распространяется со скоростью примерно равной 0,8 м/с. Максимальное давление взрыва равна 1001,3 кПа.

Размещено на Allbest.ru

...