Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”




НазваниеНавчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”
страница6/19
Дата20.01.2013
Размер1.76 Mb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

6. Температура горіння речовин


Енергія, що виділяється у зоні горіння витрачається на підготовку горючої речовини, на нагрівання продуктів горіння та на навколишнього середовища тепловим випромінюванням від факелу.

При відсутності теплообміну між системою і навколишнім середовищем (адіабатичні умови), все тепло витрачається на нагрівання продуктів горіння, а загальний тепловміст системи (ентальпія) залишається постійною. Температура, до якої нагріваються продукти горіння, називається температурою горіння, в загальному, вигляді вона визначається як.


, К (20)


де Q’ н - нижча теплота згорання, кДж / кг;

vпг - об’єм продуктів горіння, м3/кг;

Ср - середнєоб’ємний тепловміст продуктів горіння, кДж/(кг К);

Тгор - температура горіння, К.

Розрізняють калориметричну, теоретичну, адіабатичну і практичну температуру горіння. Вид температури горіння залежить від умов та визначається:

Температура горіння

Калориметрична

Теоретична

Адіабатична

Практична

Ткал

Ттеор

Тад

Тпракт

Qпг = Qн

Qпг= Qн - Qдіс

Qпг= Qн

Qпг=Qн - Qпот

п=1

п=1

п 1

п 1

Тпоч=273 К

Тпоч=273 К

Тпоч=273 К

Тпоч 273 К

Рпоч=101.3

кПа

Рпоч=101.3 кПа

Рпоч=101.3

кПа

Рпоч101.3

кПа






7. Визначення температури горіння з використанням энтальпії

продуктів горіння.


Розрахунок температури горіння для речовин індивідуального та складного складу має деякі відзнаки, але у цілому методика однакова.

1. Визначається дійсне число молів продуктів горіння пг з врахуванням надлишку повітря

1.1. Складається рівняння реакції горіння

1.2. Визначається теоретичне число молів повітря оп та теоретичне число молів продуктів горіння опг

1.3. Визначається дійсне число молів продуктів горіння пг з урахуванням надлишку повітря;

2. Визначається нижча теплота згорання речовини з закону Гесса або по довідковим даним;

3. Визначається середня ентальпія продуктів згорання ср


, кДж / моль; (21)

4. Орієнтуючись на ентальпію азоту, визначається температура горіння Т1 у першому наближенні з використанням даних тепловмісту продуктів горіння при різних температурах, таблиця № 1 додатку;

5. Визначається тепловміст продуктів горіння Qпг1 при температурі горіння Т1


Qпг 1=i n пгi , кДж / моль; (22)

6. Визначається температура горіння, в другому наближенні виходячи з того, що друге значення Т2 повинно бути менше, якщо теплота згорання більше тепловмісту продуктів горіння або більше, якщо теплота згорання менш тепловмісту продуктів горіння;

7. Визначається тепловміст продуктів горіння Qпг 2 при температурі горіння Т2


Qпг 2=i n пгi , кДж / моль;

8. Визначається температура горіння методом лінійної інтерполяції


, К ; (23)

Приклад розв'язування задач

Задача 8

Визначити адіабатичну температуру горіння етиленгліколю (C2H6O2 ), якщо теплота його утворення рівна Н of = -453.8 кДж / моль, а горіння здійснювалось з надлишком повітря п = 1.3.


1. Визначаємо дійсне число молів продуктів горіння пг з урахуванням надлишку повітря.

1.1. Складаємо рівняння реакції горіння


C2H6O2+ 2.5 (O2+3.76 N2)=2CO2+3H2O+ 2.5* 3,76 N2 - H оr ;


1.2. Визначаємо теоретичне число молів повітря оп та теоретичне число молів продуктів горіння опг


оп = 4.76 = 4.76* 2.5 = 11.9 моль/моль;


опг = опг = nпгі = 2 + 3+ 2.5* 3.76 = 14.4 моль/моль.


1.3. Визначаємо дійсне число молів продуктів горіння пг з урахуванням надлишку повітря


пг = опг + (п - 1) оп = 14.4 + (1.8-1)* 11.9 =23.9, моль/моль.


2. Визначаємо нижню молярну теплоту згорання речовини з закону Гесса .


Qн=2* (-393.79) +3* (-241.84) - (-453.8) = 1059.3 , кДж / моль


3. Визначаємо середню ентальпію продуктів згорання


, кДж / моль;


4. Орієнтуючись на ентальпію азоту, визначаємо температуру горіння Т1 у першому наближенні, Т1 = 1400 К.

5. Визначаємо тепловміст продуктів горіння Qпг1 при температурі горіння Т1


Qпг1 = 2*65.19+3*53.77+2.5*3.76*43.61+ (1.3-1) *2.5*4.76* 44.00= 858.704., кДж / моль;


6. Визначаємо температура горіння у другому наближенні. Виходячи з того, що тепловміст продуктів горіння при температурі Т1 =1400 К виявилося нижче нижньої теплоти згорання приймаємо Т2 рівним 1600 К.

7. Визначаємо тепловміст продуктів горіння Qпг2 при температурі горіння Т2


Qпг2=2*76.87+ 3*62.97+ 2.5* 3.76* 50.58+ (1.3-1) * 2.5* 4.76* 51.05= 1000.35, кДж / моль;


8. Визначаємо температура горіння методом лінійної інтерполяції


, К.


Отже, адіабатична температура горіння етиленгліколю при даних умовах рівна 1683.3 К.


8. Розрахунок концентраційних меж РОЗПОВСЮДЖЕННЯ

полум’я.


Однім з головних параметрів розвитку процесу горіння є можливість фронту полум’я розповсюджуватися на весь об'єм горючої суміші. Критичні умови, пов'язані з появою і поширенням полум’я, залежать від співвідношення між тепловиділенням за рахунок окислювальної реакції у системі та тепловіддачею у довкілля. Швидкість тепловиділення та кількість тепла, що виділилося залежать від концентрації компонентів, що реагують, температури та інших факторів. На цих висновках нижню концентраційну межу при якій можливо розповсюдження полум’я по горючій суміші.


(24)


де Qгр - гранична теплота розповсюдження горіння, 1830 кДж/м3;

Q’’н - нижня теплота згорання, кДж/м3.

Граничні співвідношення цих компонентів називаються концентраційними межами розповсюдження полум’я (КМПП) і є одним з найважливіших показників вибухопожежонебезпеки речовин і матеріалів. Концентраційні межі характеризують можливість газу - та пароповітряних суміш до кінетичного горіння.

Розрізняють нижню та верхню концентраційну межу розповсюдження полум’я.

Нижньою (верхньою) межею розповсюдження полум’я називається мінімальний (максимальний) вміст горючої речовини у суміші з окислювачем, при якому можливе розповсюдження полум’я по суміші на будь-яку відстань від джерела запалювання.(нв).

Концентраційні межі можуть виражатись як в об’ємних відсотках (%) - об’ємна концентрація, так і в грамах на кубометр (г/мз) - масова концентрація.

Концентраційні межі застосовуються в практиці для оцінки вибухопожежонебезпеки виробництв, забезпечення безпеки технологічних процесів в періоди нормальної роботи, при пуску та зупинці, а також при проведенні вогневих робіт.

Виходячи з КМРП визначається область вибухонебезпечних концентрації, що лежить між нижньою та верхньою КМРП


н < ф  в


При проведенні ремонтних робіт, пов'язаних з застосуванням відкритого вогню та інструменту, при роботі котрого з’являються іскри, умови безпеки, а також для забезпечення вибухонебезпеки закритих апаратів з горючими газами фактична концентрація вибирається з урахуванням умов безпеки. При цьому область вибухонебезпечних концентрацій для пари та газів що знаходяться у закритих об’ємах визначається із умов що


н.б < ф в.б ,


де н.б , в.б , - нижня та верхня безпечна концентраційна межа розповсюдження полум’я, %.

Безпечні межі розповсюдження полум’я можуть бути визначені по формулам


н.б 0,9(н - 0,21)

в.б  1,1(в + 0,42).


Для розрахунку нижньої концентраційної межі розповсюдження полум’я, можна скористатися більш точною методикою, що враховує вплив теплоти утворення речовини і вклад у теплоту згорання різних функціональних груп. Розрахунок проводиться по формулі


(25)

де Hоr - теплота утворення речовини у газоподібному стані, кДж / моль;

mj , mr - число атомів та структурних груп.


Значення коефіцієнтів hj, hs наведені в таблиці1.4


Таблиця №1.4

hj

hs

hf

hC

hH

hO

hN

hCl

hCC

hO-C

\C


0.0246

9.134

2.612

-0.522

-0.494

-3.57

7.88

6.50





Найбільш простою методикою розрахунку КМРП можна віднести розрахунок по апроксимаційній формулі

Об’ємну , (26)

Масову , (27)


де a і b - коефіцієнти, приймаються по табл1.5; - стехіометричний коефіцієнт у рівнянні реакції горіння; М - молярна маса речовини, кг/кмоль; Vt - мольний об'єм газу при заданих умовах, мз/кмоль.


Таблиця. 1.5 Коефіцієнти a, b - для визначення концентраційних меж розповсюдження полум’я

Область застосування

Константи

a

b

Для НКМРП

8.684

4.769

Для ВКМРП

При β 7.5

1.55

0.56




При β  7.5

0.768

6.554

Для більш точного визначення концентраційних меж розповсюдження полум’я можна використатися наступними формулами:

для нижньої концентраційної межи

, (28)

де hs - вміст s-тої структурної групи на концентраційні межі розповсюдження полум’я, що надані для НКМРП у таблиці № 1.6 для ВКМРП у таблиці №1.7

ms - число s-тої структурної групи у хімічної формулі речовини;


Таблиця № 1.6 Значення коефіцієнтів hs для НКМРП

Вигляд структурної групи




Вигляд структурної групи

hs

C-C

3.75

C-Cl


0.71

C=C

11.10

O-H

0.52

C-H

4.47

N-H

1.90

C-O

0.90

N-N

13.84

C=O

3.12

CC

31.05

C-N

( трьох валентний)

2.27

CC

(ароматичний зв’язок )

7.36


Таблиця № 1.7 Значення коефіцієнтів hs для ВКМРП

Вигляд структурної групи

hs

Вигляд структурної групи

hs

C-C

-0,84

C-Cl


0,71

C=C

0,24

O-H

1,25

C-H

1,39

N-H

0,69

C-O

-1,40

N-N

13.84

C=O

1,31

CN

2.07

C-N

( трьох валентний)

-1,17

CC

(ароматичний зв’язок )

0,89

-C=O

\ H

-1.47

C=

O 

C=


1.11

Для перерахунку обємної концентрації у масову та назад можна використати формулу


(29)


Вивчаючи теоретичний матеріал необхідно розглянути ці умови, визначити механізм їхнього впливу на межі розповсюдження полум’я та можливість їхнього використання на практиці для забезпечення безпеки технологічних процесів і припинення горіння на пожежі.


Приклад розв'язування задачі

Задача.

Розрахувати об’ємні і масові концентраційні межі розповсюдження полум’я та область вибухобезпечних концентрацій пари етилформіату C3H6O2 при стандартних умовах.

  1. Складаємо рівняння реакції горіння етилформіату


C3H6O2 +3.5 (О2+3.76 N2)=3CO2+3H2O+3.5*3,76 N2

= 3.5


  1. Визначаємо молярну масу етилформіату


М=С*12+Н*1+О*16*=3*12+6*1+2*16=74 кг/кмоль


3.По таблиці визначаємо коефіцієнти a та для нижньої межі і вираховуємо нижню концентраційну межу




4. По таблиці визначаємо коефіцієнти a та b для верхньої границі і вираховуємо верхню концентраційну межу.




5. Визначаємо масову НКМРП в г/м3



6. Визначаємо масову ВКМРП в г/мз



7. Визначаємо нижню безпечну межу розповсюдження полум’я

н.б  0.9(2.85 - 0.21)  2.38 %

  1. Визначаємо верхню безпечну межу розповсюдження полум’я

в.б  1.1(16.71 + 0.42)  18.84 %


Висновок: таким чином встановлено, що концентраційні межі розповсюдження полум'я для етилформіату становлять 2.85 - 16.71 %, чи 87.88 - 515.23 г/м3 . Суміш парів етилформіату з повітрям буде утворюватися при концентраціях менш 2.38 % чи більш 18.84 %.


Приклад розв'язування задачі

Задача.


Провести розрахунок концентраційних меж розповсюдження для етилформіату C3H6O2 з використанням формули (30).

  1. Записуємо структурну формулу етилформіату




  1. Виписуємо значення hs – вмісту s-тої структурної групи на КМРП. Для полегшення роботи складаємо таблицю



Табл.1.8

Вигляд

структурної

групи

Кількість

груп


hs







Для НКМРП

Для ВКМРП

C-C

1

3.75

-0,84

C-H

6

4.47

1,39

C-O

2

0.90

-1,40

C=O

1

3.12

1,31



  1. Визначаємо нижню та верхню концентраційну межу розповсюдження полум’я

Нижня концентраційна межа розповсюдження полум’я



Верхня концентраційна межа розповсюдження полум’я



Висновок: область вибухонебезпечних концентрацій для етилформіату знаходиться від 2.82 до 16.64 %.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconВ. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005
Смирнов В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005....
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хнамг 2010
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України. 2-е видання
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хдамг 2002
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconМеханізмів І машин навчальний посібник 2010
Рекомендовано Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДипломатичне представництво: організація І форми работи: навчальний посібник
Порівняльне право Європи: Основи порівняльного правознавства. Європейські традиції
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon№1: Сутність, роль та методологічні основи менеджменту 9
Навчальний посібник для студентів напрямів 100400 «Транспортні технології» І 050200 «Менеджмент організацій»
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon«Основи готельного менеджменту» Роглев Х. Й
Затверджено Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів економічних спеціальностей вищих навчальних...
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconModule : Evolutional studies Module code
Корж О. П. Основи еволюціі: Навчальний посібник. – Суми: Університетська книга, 2006. 381 с
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница