МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ
И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ.
АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖПРНОЙ СЛУЖБЫ
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Теория горения и взрыва»
Выполнил: слушатель 2 «Б» курса ФЗО
Пугачев М.В., номер зачетной книжки 10143
Проверил:
Москва 2011 г.
СОДЕРЖАНИЕ.
1. Расчет адиабатической температуры……………………………………….…3
2. Расчет температуры взрыва……………………………………………………4
3. Определение концентрационных пределов распространения пламени…….4
4. Определение минимальной флегматизирующей концентрации азота……..5
5. Определение МВСК и концентрации горючего в точке флегматизации…..5
6. Зависимость КПР от концентрации флегматизатора………………………..6
7. Определение температурных пределов распространения пламени……..…6
8. Определение температуры самовоспламенения………………………...…..7
9. Определение максимального давления взрыва……………………………...8
10. Определение тротилового эквивалента вещества……………………….…8
11. Таблица расчитанных значений……………………………………………..9
12. Таблица справочных значений………………………………………………9
13. Вывод о пожарной опасности и погрешности расчетных метадов……….9
14. Определение количества вещества, которое должно испариться в помещении чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь……………………………………………………………………………...10
15. Список литературы………………………………………………………….12
Исходные данные:
- вещество – 2,2,3 – триметилбутан;
- химическая формула - ;
- температура кипения – ;
- размеры помещения - метра;
Для расчета воспользуемся методом последовательной подстановки.
Запишем уравнение химической реакции горения.
Следовательно продукты горения состоят из:
, , ,
Низшую теплоту сгорания определим по формуле:
Средняя энтальпия продуктов горения:
Выбираем первую приближенную температуру горения
Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при
выбираем температуру горения, равную
Так как определим температуру горения по формуле:
Средняя внутренняя энергия продуктов горения:
Принимаем первую приближенную температуру по азоту:
Рассчитываем внутреннюю энергию продуктов горения:
показывает что - завышена
Выбираем
Нижний и верхний концентрационные пределы определяем по аппроксимационной формуле:
МФК азота
5. Определить МВСК и концентрация горючего в точке флегматизации.
Концентрация горючего в точке флегматизации:
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода:
6. Определим зависимость КПР от концентрации флегматизатора.
7. Определяем температурные пределы распространения пламени.
Определим давление насыщенного пара триметилбутана, соответствующее нижнему и верхнему температурным пределам
Из уравнения Антуана следует:
А=5,91723; В=1200,563; С=226,05
8. Определим температуру самовоспламенения.
Структурная формула вещества:
5
1 2 3 4
6 7
Количество функциональных групп:
, так как в молекуле содержаться пять группы
Количество углеродных цепей:
Определяем длину каждой цепи:
Средняя длинна цепи:
По таблице определяем, что температура самовоспламенения равна 712 К
по формуле :
или 710,3 К
9. Определим максимальное давление взрыва.
Из уравнения имеем количество продуктов горения: 56,36 моль
количество исходной смеси: 53,36 моль
Давление (max) взрыва:
где и температура до и в момент взрыва
- давление до взрыва
- это абсолютное давление.
Избыточное давление:
10. Определим тротиловый эквивалент вещества.
Теплота взрыва принимается равной низшей теплоте сгорания. При пересчете на 1 кг теплота взрыва составит:
Теплота взрыва 1 кг тротила:
Тротиловый эквивалент равен:
11. Рассчитанные значения параметров горения и взрыва заносим в таблицу.
12. Справочные значения показателей
13. Вывод о пожарной опасности и погрешности расчетных метадов.
Эксперементальные значения горючего незначительно отличаются от расчетных.
Так как тротиловый эквивалент и максимальное давление высоки, а температура самовоспламенения вполне возможна, в эксплуатации донное горючее вещество весьма пожаровзрывоопасно.
Без наличия флегматизатора горючее в концентрации от 1% до 6,5 % способно воспламениться с распространением горения на всю смесь.
Диапозон температуры распространения пламени, также вполне возможны в эксплуатации вещества.
14. Определить количество, которое должно испориться в помещении8*4*3,5 метра чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь.
Имеем помещение объемом 112 с нормальными условиями
(. Из уравнения химической реакции находим стехиометрическую концентрацию горючего вещества в паровоздушной смеси:
Найдем объем паров горючего вещества:
Определим массу паров горюющего вещества:
Ранее был найден тротиловый эквивалент для 1 кг горючего вещества:
Определим тротиловый эквивалент парогазовой смеси в ограниченном объеме (помещении). Коэффициент: .
Найдем :
Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной волны:
Определение минимальной флегматизирующей концентрации диоксида углерода для предотвращения взрыва паровоздушной смеси в заданном помещении. Количество молей флегматизатора в точке флегматизации:
МФК:
Найдем объем флегматизатора в данном помещении:
Массу флегматизатора найдем по формуле:
где:
Результаты расчетов оформляем в виде таблице:
ВЫВОД:Горюче-воздушная смесь 2,2,3 – триметилбутана очень взрывоопасна (большое значение МТНТи ) поэтому необходимо применять добавления в эту смесь достаточного количества флегматизатора для исключения взрыва.
15. Список используемой литературы
1. «Теория горения и взрыва» А.С.Андросов, И.Р. Бегишев, Е.П. Салеев, Москва 2007 г.
2. « Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва» А.С.Андросов, Е.П. Салеев, Москва 2008 г.
3. «Задание и методические рекомендации по выполнению курсовой работы» И.Р. Бегишев, Москва 2010 г.
4. Справочная литература из сети Интернет.
heapdocs.com
Экзамен по теории горения и взрыва
Горение - это интенсивная химическая окислительная реакция, сопровождающаяся выделением тепла и пламени.
В зависимости от агрегатного состояния исходного вещества и продуктов горения различают гомогенное горение, горение взрывчатых веществ и гетерогенное горение.
Гомогенное горение – это исходные вещества и продукты горения находятся в одинаковом агрегатном состоянии.
Горение взрывчатых веществ связано с переходом вещества из конденсированного состояния в газообразное.
Гетерогенное горение – исходные вещества находятся в разных агрегатных состояниях.
Движение пламени по газовой смеси называется распространением пламени. И в зависимости от скорости может быть дефлаграционным (несколько м/с), взрывным (сотни м/с), детонационным (тысячи м/с).
Для дефлаграционного (нормального) распространения горения характерны: передача тепла от слоя к слою, при этом пламя перемещается в направлении исходной горючей смеси. Этот вид горения в свою очередь на ламинарное и турбулентное горение.
При ламинарном горении характерна нормальная скорость распространения пламени, т.е. скорость перемещения фронта пламени относительно несгоревшего газа в направлении перпендикулярна к его поверхности. Эта величина является показателем пожарной опасности и зависит от состава горючей смеси, давления и температуры.
При турбулентном горении происходит завихрение газовых потоков, улучшающие перемешивание реагирующих газов и увеличивающие скорость распространения пламени.
Одной из разновидностей горения является взрывчатое горение(взрыв) – это быстрое превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу.
Детонация – это процесс химического превращение системы окислитель-восстановитель, представляет собой совокупность ударной волны и следующей за ней зоны химических превращений исходных веществ.
При этом химическая энергия, выделяющаяся в детонационной волне, подпитывает ударную, не давая ей затухать.
В основном явления детонации проявляются при горении газообразных сред в трубах и особую опасность представляет переход детонационной волны из трубопровода в закрытую ёмкость или в полуоткрытую систему (производственные помещения), содержащую детонационные системы, т.к. мгновенно детонирует весь объём смеси.
Горение возникает при наличии горючего вещества, окислителя и источника воспламенения. В реальных условиях окислителем является кислород воздуха. При горении систем, не содержащих газообразных частей и состоящих только из твёрдых или жидких фаз – пламя может не возникать, то есть происходит беспламенное горение или тление.
Окислитель – обычно это кислород воздуха, но могут быть и другие (горение металлов в среде хлора). В зависимости от состава различные горючие вещества требуют определённого количества окислителя.
Теоретически необходимое количество воздуха для получения продуктов полного горения:
Окись углерода 1 кг – 2,5 кг воздуха
Метан 1 кг - 17,2 кг воздуха
Бензин 1 кг – 15 кг воздуха
На практике полное сжигание не может быть осуществлено без избыточного количества воздуха. Оно зависит от методов сжигания и находится в пределах от 15 до 50%.
Продукты горения большинства веществ газообразны и при достаточном количестве воздуха состоят из водяного пара и углекислого газа. Присутствуют также окиси азота и серы в малых кол-вах. В случае недостаточного кол- ва воздуха,т.е. неполного сгорания, в состав продуктов горения могут так же входить метан, окись углерода и водород.
Теплота горения. Каждое горючее вещ-во хар-ся высшей и низшей теплотворной способностью. Высшая теплотворность- это кол-во тепла, кот. Выделится при сгорании и при послед. Конденсации влаги, содерж-ся в продуктах горения. Если влага остается в газообразном, парообразном сост, то это низкая теплотворность.
Температура горения- это температура до которой в процессе горения нагреваются продукты горения и исходного горючего вещ-ва. Если предполагать что все тепло при сгорании топлива идет на нагрев продуктов горения то t горения будет наз-ся теоретической. Действительная температура всегда ниже и определяется следующим:
1)кол-вом тепла, выделяемом при горении.
2)составом и кол-вом продуктов горения
3)кол-вом тепла, отданного в окр.среду.
Скорость горения определяется временем, в течении которого сгорает определённое количество горючего вещества. На практике скорость горения определяется временем в течении которого происходят чисто физические процессы: теплопередачи, излучения, испарения и др. Совокупность всех этих процессов определяет реальную скорость горения, на которую оказывают влияние следующие факторы:
Природа горючего вещества( тв, ж, г)
Концентрация вещества
Давление и температура.
3. Механизм процесса горения (4+5)
studfiles.net
Оглавление
Часть
1. Расчет параметров горения и взрыва 3
Часть
2. Сравнение полученных расчетных значений со справочными данными 17
Часть
3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении 19
Список литературы 24
Содержание
Выдержка из текста
Часть
3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещенииЗадание: Для помещений заданных размеров 8,0×5,0×4,0 м определить: — какое количество 2-метил-3-этилпентана С 8Н 18 (кг) должно испариться в этом помещении, чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушнаясмесь, — тротиловый эквивалент взрыва этой паровоздушной смеси, — безопасное расстояние по действию воздушной ударной волнывзрыва, — минимальное количество диоксида углерода (кг), которое потребуется для предотвращения взрыва в этом помещении. При расчетах принять, что пары вещества равномерно распределеныпо помещению и помещение относительно герметично. Давление и температуру в помещении считать нормальными. Решение:3.1. Количество 2-метил-3-этилпентана С 8Н 18(в кг), которое должно испариться в помещении размерами 8,0×5,0×4,0 чтобы в тем создалась наиболее взрывоопаснаяпаровоздушная смесь, находим из условия образования в помещении паровоздушной смеси стехиометрического состава. Для этого из уравнения материального баланса горения находим стехиометрическую концентрацию2-метил-3-этилпентана.Запишем уравнение горения 2-метил-3-этилпентана в воздухе: С 8Н 18 + 12,5О 2 +12,5· 3,76N2 =
8 СО 2 + 9Н 2О +12,5· 3,76N2.
стехиометрическая смесьСтехиометрическая смесь содержит 1 моль 2-метил-3-этилпентана, 12,5 молей кислорода и 12,5· 3,76 молей азота. Концентрация горючего в такой смеси: Определим объем помещения: По рассчитанной концентрации вещества и известному объему помещения находим объем паров 2-метил-3-этилпентана:Определим массу паров 2-метил-3-этилпентана, воспользовавшись понятием киломоля вещества:3.2. Тротиловый эквивалент взрыва (МТНТ) парогазовой смеси в помещении рассчитываем при условии, что теплота взрыва приблизительно равна низшей теплоте сгораниявещества, а доля потенциальной энергии перешедшей в кинетическуюэнергию взрыва (γ) при взрыве паровоздушной смеси в помещении равна
1. Найденный в п. 1.11 тротиловый эквивалент вещества ηТНТ = 10,7. Тогда: МТНТ = ηТНТ · mг · γ = 10,7 · 13,5 · 1 = 144,45 кг.3.3. Размер безопасной зоны (Rбез) по действию давления воздушнойударной волны находим следующим образом:3.4. Для определения количества диоксида углерода (в кг), необходимого для предотвращения взрыва в помещении, находим его минимальную флегматизирующую концентрацию. Так как сгорание идет в основном с образованиемСО, определим низшую теплоту сгорания 2-метил-3-этилпентана для такого случая. Запишем химическое уравнение горения: С 8Н 18 + 8,5О 2 =
8 СО + 9Н 2О. Низшая теплота сгорания метана в этом случае по закону Гесса:= 112,7· 8 + 242,2· 9 — 211,2 = 2870,2 кДж/моль.Составим уравнение материального баланса процесса горения 2-метил-3-этилпентана, включив в него и флегматизатор (СО 2):С 8Н 18 + 8,5О 2 +8,5· 3,76N2 + nфСО 2 =
8 СО + 9Н 2О +8,5· 3,76N2 + nфСО 2, где nф — число молей флегматизатора. Тогда: Из правой части уравнения материального баланса видно, что объемпродуктов горения составляет: = 8 моль/моль; = 9 моль/моль; = 8,5· 3,76 = 31,96 моль/моль.= 13,7 моль/моль.Перепишем уравнение материального баланса для сгорания смесипредельного состава: С 8Н 18 + 8,5О 2 +31,96N2 + 13,7СО 2 =
8 СО + 9Н 2О +31,96N2 + 13,7СО 2. В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 2-метил-3-этилпентана приходится = 8,5 моль кислорода, = 8,5∙ 3,76 моль азота и =13,7 моль флегматизатора. Минимальная флегматизирующая концентрация диоксида углерода будетравна: Найдемобъемфлегматизатора в данном помещении: Определим массу флегматизатора:3.5. Результаты расчетов, выполненных по пунктам 3.1−3.4, оформляем в виде таблицы (табл. 3.1).
Таблица 3.1Параметры взрыва паровоздушной смеси 2-метил-3-этилпентанав помещении объемом 160 м
3 Расчетные параметрыНаиболее взрывоопасная концентрация 2-метил-3-этилпентана в паровоздушной смеси,φстех % об. Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещенииm, кгТротиловый эквивалент взрываМТНТ, кгБезопасное расстояние по действию воздушной ударной волныRбез, мКоличество небходимого СО 2 для предотвращения взрываМСО
2. кгЧисленные значения параметров 1,6513,5144,4578,778,0Вывод:Горюче-воздушная смесь 2-метил-3-этилпентанавесьма взрывоопасна ввиду большого значения МТНТ и Rбез>>a, b, h. Поэтому необходимо добавлять в эту смесь флегматизатор в количестве, достаточном для предотвращения взрыва. Список литературы
1. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: Учебное пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. — 240 с. 2. Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу «Теориягорения и взрыва»: Учебное пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2008. — 80 с. 3. Бегишев И.Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (методические указания по выполнению курсовой работы для слушателей ИзиДО): Учебно-методическое пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. — 60 с. 4. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г. Н идр. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения.Справочн. Изд. В 2-х книгах, 1990. — М.: Химия. — 384 с. 5. ГОСТР 52 136−2003. Газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов и паров электрические. Часть
1. Общие требования и методы испытаний.6. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов исредства их тушения. Справочник: в 2-х ч. — М.: Асс. «Пожнаука», 2004. — Ч. I. — 713 с.; Ч. II. — 774 с.
Список литературы
1. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: Учебное пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. — 240 с.
2. Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва»: Учебное пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2008. — 80 с.
3. Бегишев И.Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (методические указания по выполнению курсовой работы для слушателей ИзиДО): Учебно-методическое пособие. — М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. — 60 с.
4. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г. Н и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочн. Изд. В 2-х книгах, 1990. — М.: Химия. — 384 с.
5. ГОСТ Р 52 136−2003. Газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов и паров электрические. Часть
1. Общие требования и методы испытаний.
6. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. — М.: Асс. «Пожнаука», 2004. — Ч. I. — 713 с.; Ч. II. — 774 с.
список литературы
referatbooks.ru
