Реакции горения вещества в воздухе

Решение: Расчёт КПР пламени проводим по аппроксимационной формуле. Определяем значение стехиометрического коэффициента при кислороде:

C₁₁H₁₆+15O₂=>11CO₂+8H₂O

Расставим стехиометрические коэффициенты, сделав проверку по кислороду O₂: C₁₁H₁₆+15O₂=>11CO₂+8H₂O

Следовательно: n = 15

тогда значения констант нижнего КПР a =8.684 и b=4.679, а значение констант верхнего КПР т.к. n >7,5 принимаем, а = 0,768; b = 6,554 соответственно.

Определим Нижний и верхний КПР пламени, подставив их значения:

Ответ: НКПР = 5% и ВКПР = 15%

Задача 8

Условие: Амилбензол C₁₁H₁₆

Атмосферное давление - нормальное: 760 мм.рт.ст.

Определить температурные пределы распространения пламени, если его концентрационные пределы в воздухе равны 5 - 15 %.

Решение: По формуле определим давление насыщенного пара амилового спирта, соответствующее нижнему и верхнему температурным пределам распространения пламени где давление насыщенного пара, соответствующее нижнему (верхнему) концентрационному пределу воспламенения; - нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени; - атмосферное давление.

Па; Па.

мм.рт.ст.; мм.рт.ст.

Из уравнения Антуана следует: .

Из табличных данных находим значение констант А, В и С для амилового спирта:

А = 6,92129; В = 1457,020; С = 176,195.

lоgP_Н = lоg38=1,5797; lоgP_В =lоg114 = 2,0569.

Находим температурные пределы распространения (ТПР)

^оС = 369,82 К;

°С = 396,33 К.

Температурные пределы отличны от справочных материалов для горючих веществ.

Задача 5

Условие: Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени паров i-ro вещества в воздухе. Результаты расчета сравнить с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку.

Дано: Амилбензол C₁₁H₁₆

Решение: t = 96 С° до 123 С°

Константы Антуана: A - 6,92129; B - 1457,020; С_А - 176,195

Для расчета необходимо определить давление насыщенных паров, соответствующее нижнему (96°С) и верхнему (123^оС) пределам распространения пламени.

По уравнению Антуана находим давление насыщенного пара для нижнего и верхнего КПР:

Р_н=36,3 мм. рт. ст = 51,2*133,3=4839,83 Па

Р_в=112.2мм. рт. ст = 1348,9*133,3 = 14956,50 Па

Определим НКПР и ВКПР при нормальных условиях: Р₀ = 760 мм рт. ст =101325 Па, по формуле: ,%

Ответ: для горючего вещества C₁₁H₁₆ НКПР при t = 96 С° составляет , а ВКПР при t = 123 С° равен .

Задача 7

Рассчитать температурные пределы воспламенения, температуру вспышки паров i-ro вещества в воздухе. Результаты расчета сравнить с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку.

Условия: Амилбензол C₁₁H₁₆

Определить ТПР пламени, если температура его кипения равна 123 °С.

Решение: Расчет проводим по формуле для вещества в жидкой среде:

где - нижний (верхний) температурный предел распространения пламени; -температура кипений, ^оС; ,-константы для определенных групп (гомологических рядов) жидкостей.

Значение констант принимаем по табличным данным:

k_н(в)= 0,6957 (0,7874); l_н(в) =73,8(50,3)

t_н= 0,6957·123 - 73,8 = 11,7+273 = 284,7 К;

t_в=0,7874·123 - 50,3=46,5+273=319,5 К.

Определим относительную ошибку расчета. По табличным данным находим, что ТПР пламени составляют: 369-396 К.

Следовательно, результаты расчета занижены менее чем на 20%.

Определим температуру вспышки, для этого используем формулу Элея:

где t_ВС - температура вспышки, ^оС; t_КИП - температура кипения, ^оС;

k - Коэффициент, определяющий по формуле:

k=4m_C+m_H+4m_S+m_N-2m_O-2m_Cl-3m_F-5m_Br

где m_C, m_H, m_S, m_N, m_O, m_Cl, m_F, m_Br - количество элементов углерода, водорода, серы, азота, кислорода, хлора, фтора, брома в молекуле горючего вещества.

Для расчета по формуле необходимо принять температуру кипения Амилбензола (C₁₁H₁₆) и значение коэффициента k. Температура кипения 396 К или 123 °С.

Величину k определим по формуле:

k=4·11+16=44+16=60.

Определим искомую величину температуры вспышки

= 123 -18= -16,42 ^оC или 256,58 К.

Согласно справочным данным, температура вспышки Амилбензола равна 343 К (нижний придел ТПР). Определим ошибку расчета:

Результат расчета занижен на 25,19%.

Задача 9

Рассчитать максимальное давление взрыва вещества смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление и температура были близки к нормальным условиям (Р_о=10⁵ Па, Т_о = 298 К). Температура взрыва 2905 К.

Условия: Амилбензол С₁₁Н₁₆

Решение.

Определяем состав, и объем исходной смеси и продуктов горения. Запишем уравнение химической реакции:

С₁₁H₁₆+ 15(O₂+3,76*N₂)=11CO₂+8H₂O+15*3,76*N₂

Из уравнения реакции следует: количество исходной смеси стехиометрического состава равно 70 моля; количество продуктов сгорания 75,4 моля.

Рассчитываем максимальное давление взрыва воздушной смеси вещества:

Избыточное давления взрыва Р будет равно:

Ответ: Па;

Задача 10

Рассчитать безопасную концентрацию кислорода при разбавлении углекислым газом (CO₂) смеси паров вещества в воздухе.

Условия: Амлибензол C₁₁H₁₆.

Решение.

По табличным данным находим теплоту образования Амилбензол (C₁₁H₁₆) 298*10³Дж/моль. Из химической формулы Амилбензол (C₁₁H₁₆) следует, что т_с=11, т_н=16, т_о=0. Значения остальных параметров, необходимые для расчета по формуле: , выбираем по табличным данным для двуокиси углерода (CO₂):

=0,735*10^-5; =0,579; (=1,251;=0,418;=0,542); =2,020;

(=4,642;=1,160;=-2,321).

,

где - стандартная теплота образования горючего, Дж/моль; (по справочным материалам); , , - константы, зависящие от вида химического элемента в молекуле горючего и вида флегматизатора; - количество атомов i-го элемента (структурной группы) в молекуле горючего.

= 32,8%

Следовательно, при снижении концентрации кислорода в четырехкомпонентной системе, состоящей из паров ацетона, двуокиси углерода, азота и кислорода, до 12,36% смесь становится взрывобезопасной.

Задача 11

Рассчитать тротиловый эквивалент взрыва вещества

Условия: Амилбензола С₁₁Н₁₆.

Решение.

Теплота взрыва Амилбензола принимается равной его низшей теплоте сгорания. Значение Q_н для (С₅Н₁₂О) составляет 6002,2 (6,002 *10³) кДж/моль.

При пересчете на 1 кг вещества теплота взрыва составит, для этого определим молекулярную массу вещества:

M _С11H16=12*11+1*16=148*10^-3 кг/моль

Согласно соотношению тротиловый эквивалент взрыва вещества в смеси стехиометрического состава будет:

где - 4,187*10³ кДж/кг - теплота взрыва тротила (тринитротолуола).

Тогда

Ответ:

Задача 12

Определить низшую теплоту сгорания вещества, если известна теплота ее образования.

Условие: Амилбензол C₁₁H₁₆

Теплота образования - 298 кДж/моль

Решение.

Для расчета составим уравнение горения вещества в кислороде:

C₁₁H₁₆ +15O₂= 11CO₂+8H₂O

CO₂=396,6 кДж/моль,

H₂O = 242,2 кДж/моль.

Q_н = (11*396, 6+8*242, 2-1*298) = 6002,2кДж/моль6,002*10³ кДж/кмоль.

Для расчета количества тепла, выделяющегося при горении 1 кг горючего, необходимо полученную величину разделить на его молекулярную массу (148) (C₁₁H₁₆ = 12*11+16*1=148)

40555 кДж/кг.

Ответ: Q_н = 40555 кДж/кг.

Задача 13

Рассчитать теплоту сгорания 1 м³ стехиометрической воздушной смеси вещества.

Условие: Ацетилен C₂H₂

CO₂=396,6 кДж/моль,

H₂O =242,2 кДж/моль

C₂H₂=-224,6 кДж/моль

Решение.

Находим стехиометрический состав горючей смеси по уравнению реакции горения:

C₂H₂+2,5(O₂+*3,76N₂)=2CO₂+Н₂О+2,5*3,76N₂

Весь объем вступивших в реакцию компонентов (1+2,5+2,5Ч3,76) принимаем за 100 %, а количество горючего (1 кмоль) будет соответствовать стехиометрической концентрации

7,75%

Теплоту сгорания 1 м³ вещества определим по формуле:

Q_н = 2*396,6+2*242,2+224,6 = 1502,2 кДж/моль

где объем 1 кмоля газа при стандартных условиях равен 22,4 м³

Теплоту сгорания 1 м³ стехиометрической воздушной смеси вещества определим по формуле:

Ответ: Q = 5197,34 кДж/м³.

Задача 14

Определить количество сгоревшего вещества, кг, если заданный объем выделившейся при сгорании (СО₂) двуокиси углерода, приведенный к нормальным условиям, составил:

Условие: Амилбензол С₁₁Н₁₆

V (CO₂) = 11,9м³

Решение.

Запишем уравнение реакции горения вещества в воздухе

С₁₁Н₁₆ +15(O₂+*3,76N₂)=11CO₂+8H₂O+15*3,76N₂

Из уравнения следует, что при горении 148 кг (молекулярная масса амилбензола) выделяется 11Ч22,4 м³ двуокиси углерода.

Тогда для образования 11,9 м³ двуокиси углерода должно вступить в реакцию m_Г горючего:

= 15,72 кг.

Ответ: m_г =15,72 кг

Задача 15

Определить интенсивность тепловыделения на пожаре органической массы заданного вещества при известной Q_Н (по данным задачи 12), если скорость выгорания 0,015кг/(м²·с), а площадь пожара 150 м².

Условия: Амилбензол C₁₁H₁₆

Q_Н = 40555 кДж/кг.

Решение: Согласно формуле

где q_n - интенсивность тепловыделения, кВт;

F - площадь горения, м^2;

- скорость выгорания, кг/(м²·с)

Ответ: q=91,2 МВт

Размещено на Allbest.ru