Теория горения и взрыва

);μ – мольная доля горючего газа в смеси.4. Расчет КПР для определенной температуры (Т2), если известен КПР для температуры Т1: (3.6)(3.7.)где φнгi, φвгi– соответственно нижний и верхний КПР при температурах Т1 и Т2.В оценочных расчетах НКПР температуру принимают 1550 К, для ВКПР– 1100 К. Таким образом, расчет КПР пламени определяют потенциальную опасность воспламенения газовоздушной смеси в определенных условиях. и возникновения пожара или взрыва.Литература: [2, 5].ЛитератураМатвеев В.Г Упрощение механизма горения водорода / В.Г.Матвеев // Физика горения и взрыва. 2001. - Т. 37. - № 1. - С. 3-5.Зеленкин, В.Г. З483 Теория горения и взрыва: конспект лекций / В.Г. Зеленкин, С.И. Боровик, М.Ю. Бабкин. – Челябинск, 2011. – 166 с.Перминов, В.А. Теория горения и взрыва [Интернет-ресурс]. –URL: http://portal.tpu.ru/SHARED/p/PERMINOV/academic/Tab1/tgv.pdfПомеранцев, В.В. Основы практической теории горения / В.В. Померанцев. - Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 312 с.Лопанов, А.Н. Физико-химические основы теории горения и взрыва: учебное пособие / А.Н. Лопанов. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2012. – 149 с.Дымникова, О.В. Теория горения и взрыва: метод. указания к выполнению курсовой работы / О.В. Дымникова. - ДГТУ. Ростов-на-Дону. 2010. - 24 с.ЗадачаДано:№ВеществоL, мB, мH, мt, °СG, г/м2сР, Па13Ацетон СН3СОСН3806,54281,80,16122000Г.В. – ацетон СН3СОСН3 (жидкость);Температура t = 28оС (301 К);Давление Р = 122 кПа;К–т избытка воздуха =1,8;G = 0,16 г/м2с;Объем помещения Vпом = SBH = 80*6.5*4 = 2080 м3;Поверхность испарения Sис = 3 м2 .Определить:Vв; Vпг; % состав П.Г.; Qн; tг; d; Cнас; Cст; Рвз; НКПР; ВКПР; НТПР; ВТПР; tвс; ис.РешениеОпределение объёма воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг Г.В.а) Химическое уравнение реакции горения ацетона на воздухе (сохраняем перед формулой Г.В. коэффициент nгв = 1).СН3СОСН3 +4(О2 + 3,76 N2)= 3СО2 + 3Н2О+ 43,76 N2б) Масса 1 Кмоля Г.В. составит: М = 12 3 + 1 6 + 16 1 = 58 кгв) Объём 1 Кмоля любого газа или пара при заданных условиях определяется по формуле:= 20,512 м3Объём любого газа из уравнения реакции горения можно определить по формуле: Vi =, где ni – количество Кмолей соответствующего газа или пара: nгв=1; nСО2 = nН2О= 3;nО2 = 4; nN2=43,76.г) Рассчитаем реальный расход воздуха с учётом заданных условий и избытка воздуха:= 12,12 м32. Определим объём и процентный состав продуктов горения 1 кгацетона. а) Объём п.г.: VО2и = =1,132м3VCO2 = VH2O = = 1,061 м3 VN2 = = 9,574 м3Объем продуктов горения:VПГ = VCO2 + VH2O + VN2 + VО2и = 1,061+1,061+ 9,574 +1,132 = 12,828 м3б) Опр. % состав ПГ., приняв Vпг за 100%. i =СО2 = Н2О = = =8,3%О2 = =27,6%N2 = =74,6%3. С помощью формулы Менделеева определим теплоту сгорания для 1 кг ГВ. а) Приняв массу 1 Кмоля за 100%, опр. массовое процентное содержание элементов в ГВ:i =с= 36100/58 = 62,07 %; н= 6100/58= 10,34%; o= 16100/58= 27,59%б) По формуле Д.И. Менделеева:Qн = 339,4 с + 1257 н -108,9 (o - s ) -25,1 (9 н + w ) = = 339,4*62,07+1257*10,34-108,9*(27,59)-25,1*(9*10,34) = 28724 кДж / кг4. Определим плотность паров ацетона по отношению к плотности воздуха: d = где Мп – молекулярная масса пара (или газа) Мв = 29 – средняя молекулярная масса воздуха (постоянная)=2,05. Рассчитаем концентрацию насыщенных паров ацетона. а) Находим давление насыщенных паров при 301 К (табл. 6) [6]. Оно равно примерно 37240Па.б) концентрация паров в % по объёму составит: =30,52%в) выразим эту концентрацию в г/м3: =863г/м36. Рассчитаем стехиометрическую концентрацию паров ацетона в смеси с воздухом, приняв объём всей смеси за 100%. а) в процентах по объёму: ст = 4,99%б) в г/м3: Сст = 141,098 г/м37. Рассчитаем концентрационные пределы распространения пламени паров ацетонаа) в % по объёму: н,в= , где а и b – табличные данные(из табл.3.2. для НКПР а = 8,684; b = 4,679, для ВКПР при стехиометрическом коэффициенте кислорода nО2≤7,5а = 1,550; b = 0,560) [5, с. 64]. nО2 – к-во кмолей кислорода для окисления 1 кмоля Г.В. (из уравнения реакции горения).2,5%14,8%б) в г/ м3: Сн,вг/м370,69 г/м3418,49 г/м38. Определим время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров ацетона. а) Взрывоопасная концентрация паров образуется при достижении НКПР = 70,69 г/м3Опр. массу ацетона, которую нужно испарить, чтобы образовалась НКПР: m = Vпом Cн; m = 2080 * 70,69 = 147035 гб) Опр. время испарения из формулы массовой скорости испарения: G = ; откуда = ; по условию задачи: S=3 м2; G = 0,16 г/м2с, 306323 с = 85 ч = 3,5 сут. 9. Определим температуру горения. (1) Для этого рассчитаем теплосодержание П.Г. при нескольких температурах и выберем два значения при t = 100о, между которыми находится значение Qн.а) Опр. среднее теплосодержание 1 м3 П.Г.: qср = 2239,2кДж / м3б) Исходя из состава ПГ (74,6% приходится на долю азота), примем t1 =1500оС, т.к. при этой т-ре qср ближе всего к табличному значению qN2, и рассчитаем теплосодержание ПГ, пользуясь табл.4:q со2= 3505,7*1,061 = 3719,55 кДж q h2o = 2781,3*1,061 = 2950,96 кДжq N 2 = 2176,7*9,574 = 20839,73 кДж q О 2 = 2295,7*1,132 = 2598,73 кДж .Q1500 = qпг = 30108,97 кДжв) т.к. теплосодержание ПГ не может превышать тепловыделения, примем t2 =1400 оС и рассчитаем теплосодержание ПГ при этой t2,q со2= 3241,4*1,061 = 3439,13кДж q h2o = 2560,9*1,061 = 2717,11кДжq N 2 = 1861,2*9,574 = 17819,13кДж q О 2 = 2129,8*1,132 = 2410,93кДж .Q1500 = qпг = 26386,30кДжг) Истинную температуру горения находим интерполяцией.Q (кДж)30108,97 Qн = 2872426386,30tгор ≈ 1450°СПринимаяем теплосодержание ПГ в выбранном интервале температур от t1 =1500 оС до t2 =1400 оС постоянной, т.е. зависимость Q(t) считаем прямолинейной.Более точно рассчитываем температуру горения по формуле:tгор=1400 + (1500 - 1400)*(28724 - 26386.3)/(30109 - 26386.3) = 1462.8 °С10. Рассчитаем температурные пределы распространения пламени заданного вещества. а) определим давление пара на нижнем и верхнем пределах распространения пламени:Р t н,в = = 2,54*122000/100 = 3098,8 ПаР t в= 14,8*122000/100 = 18056 Паб) по таблице давлений пара опр. ТПР ацетона по вычисленным значениям. Для этого выберем две температуры с разностью в 10 оС так, чтобы при одной из них табличное значение давления насыщенных паров было больше расчётного, при другой – меньше. Интерполяцию выполняем аналогично п.4 г. Искомый ТПР должен получиться в выбранном температурном интервале:tн (НТПР) = 253 + (263 - 253)*(3098.8 - 2890)/(5147 - 2890) = 253,9К = -19,1°Сtв (ВТПР)=283 + (293 -283)*(18056 - 14670)/(24472 - 14670) = 286,5 К = 13,5оС11. Рассчитаем температуру вспышки. а) по Табл.4 приложения определим температуру кипения ацетона: t кип = 56,5 оСб) определим k - к-т горючести, зависящий от содержащихся в молекуле атомов:k = 4”C” + 4”S” + ”H” + ”N” – 2”O” – 2”Cl” – 3”F” – 5”Br” , где”C”, ”S”, ”H”, ”N”, ”O”, ”Cl”, ”F”, ”Br” - количество атомов соотв. элемента в молекуле ГВ.В молекуле ацетона: 3 атома С, 6 атомов Н, 1 атом О, тогда k = 4*3 +6–2*1 =16в) определим температуру вспышки по формуле Элея: : tвс = tкип -18, tвс == –15,5оС, 12. Рассчитаем давление при взрыве паров при стехиометрической концентрации, считая что tвз = tгРвз = = = 738653,97Па, Где: Твз = t вз + 273 = 1462,8+ 273 = 1735,8Кnпг = nСО2+ nН2О +nN2 = 3 + 3 + 4*3,76 = 21,04 кмольnсм = nгв + nО2 + nN2 = 1 + 4 +4*3,76 = 20,04 кмольВыводы:Определены показатели пожарной опасности ацетона при заданных параметрахРасход воздуха на горение Vв = 12,12 м3Объём и процентный состав продуктов горения:Vпг = 12,828 м3 СО2 = Н2О = 8,3 %; О2 = 27,6 %; N2 = 74,6%)Низшая теплота сгорания Qн = 28724 кДж / кгПлотность паров по воздуху d = 2,0, т.е. пары ацетона в два раза тяжелее воздуха.Давление и концентрация насыщенных паров: Рнас37240 Па;нас =30,52%;Снас = 863 г/м3 .Стехиометрическая концентрация паров ст = 4,99 % по объемуСст = 141,1 г/м3Концентрационные пределы распространения пламени н,(НКПР) = 2,5 % Сн = 70,69 г/м3в,(ВКПР) = 14,8 % Св = 418,49 г/м3Время образования взрывоопасной концентрации паров = 306323 с = 85 ч = 3,5 сут.Температурные пределы распространения пламени tн (НТПР) = 253,9 К = -19,1оС tв (ВТПР) = 286,5 К = 13,5оС Безопасными для режимов хранения, перевозки, перекачки являются температуры до -19,1 оС и выше 13,5оСТемпература вспышки tвс = –15,5оСТ.е.ацетон является ЛВЖ I - го разряда (особо опасным).Температура горения tгор = 1462,8 осМаксимальное давление взрыва Рвз = 738653,97 Па