Расчетно-аналитическое исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование динамики (стр. 2 из 4)

Определение теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания смеси газов

Произведем расчет необходимого количества воздуха для каждого компонента смеси.

Состав смеси газов (по заданию): С₃H₆ – 20%; CO – 10%; C₄H₁₀ – 30%; H₂S – 40%.

Уравнения горения компонентов:

С₃H₆+ 4,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 3CO₂ + 3H₂O + 16,92N₂ + Q

= 4,5;

СО + 0,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = CO₂ + 1,88N₂ + Q

= 0,5

C₄H₁₀ + 6.5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 4CO₂ + 5H₂O + 24,44N₂ + Q

= 6,5

H₂S + 1,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = SO₂ + H₂O + 5,64N₂ + Q

Т.к. окисление сероводорода протекает в условиях избытка воздуха (α=1,3 по условию) образуется сернистый ангидрид.

1,5

Расчет воздуха, необходимого для горения смеси газов рассчитаем с помощью уравнения:

(4)

где,

- содержание кислорода в газовой смеси (% об.);

- содержание -го компонента в газовой смеси (% об.).

Т.к. кислорода не содержится в исследуемой газовой смеси уравнение (4) примет вид :

16,67 (м³/м³)

Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании дипропилового эфира

Определим теоретический объем продуктов горения дипропилового эфира по формуле:

(5)

Из уравнения реакции:

С₆Н₁₄О + 9(О₂ ∙ 3,76N₂) = 6CO₂ + 7H₂O + 33,84N₂ + Q

(м³/м³)

Определим избыток воздуха:

(6)

(м³/м³)

Определим практический объем продуктов горения:

(7)

(м³/м³)

Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании газовой смеси

Определим теоретический объем продуктов горения газовой смеси по формуле:

(8)

С₃H₆+ 4,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 3CO₂ + 3H₂O + 16,92N₂ + Q

СО + 0,5(О₂ ∙ 3,76N₂)= CO₂ + 1,88N₂ + Q

H₂S + 1,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = SO₂ + H₂O + 5,64N₂ + Q

C₄H₁₀ + 6,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 4CO₂ + 5H₂O + 24,44N₂ + Q

Из реакций горения (окисления) получим:

3∙0,2 + 1∙0,1 + 4∙0,3

1,9 (м³/м³)

3∙0,2 + 1∙0,4 + 5∙0,3

2,5 (м³/м³)

Из формулы (5) получим:

(м³/м³)

С помощью (6,7) найдем избыток воздуха и практический объем продуктов горения:

(м³/м³)

Определение низшей теплоты сгорания дипропилового эфира

Уравнение для определения низшей теплоты сгорания индивидуальных веществ имеет вид:

(9)

Используя справочные данные [3], находим стандартные теплоты образования:

= 293,4 кДж/моль;

= - 393,6 кДж/моль;

= - 241,9 кДж/моль.

3761,5 (кДж/моль)

Определение низшей теплоты сгорания смеси газов

Определение проводится по формуле:

(10)

(кДж/моль)

Используя (10) получим:

(кДж/моль)

Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва дипропилового эфира

Так как в случае определения адиабатической температуры горения теплопотери отсутствуют, то всё выделившееся тепло идёт на нагрев продуктов горения. Среднее теплосодержание 1 моля продуктов горения будет составлять [4]:

(кДж/кмоль)

Воспользуемся зависимостью теплосодержания газов от температуры [5], для установления температуры, которой соответствует такое теплосодержание. Сделаем это ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения. Из табл. 2 приложение 2 [5] видно, что при температуре 2200 °С теплосодержание азота 74121,1 кДж/кмоль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры:

(кДж/кмоль)

Но это больше, чем выделилось тепла в результате реакции горения

≥

, поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 2200 °С. Воспользуемся методом последовательных приближений и определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов горения до 2100 °С:

(кДж/кмоль)

Т.к.

уже меньше, чем

, то из этого можно сделать вывод, что температура горения дипропилового эфира имеет значение между 2100 и 2200 °С.

Уточним искомую температуру линейной интерполяцией между двумя этими ближайшими значениями:

Давление взрыва определим по формуле:

(атм)

Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва смеси газов

Аналогично пункту 1.5.1. проведем расчет среднего теплосодержания продуктов горения смеси газов:

(кДж/кмоль)

Из табл. 2 приложение 2 [5], теплосодержание азота при температуре 700 °С 21331,3 (кДж/кмоль). Вычислим, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты реакций до такой температуры:

(кДж/кмоль)

Это больше, чем выделилось тепла в результате реакций горения (окисления)

≥

, поэтому можно сказать, что температура горения (окисления) смеси газов меньше, чем 700 °С. Определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов реакций до 600 °С:

(кДж/кмоль)

Т.к.

≤

, уточним искомую температуру линейной интерполяцией: