Используя данные таблицы 1 и приложения, определить показатели пожарной опасности: группу горючести, температуру вспышки; концентрационные пределы распространения пламени (в % и г/м3) при t = 25, 45 и 65 oC, построить график зависимости КПР от температуры; температурные пределы распространения пламени, низшую теплоту сгорания по следствию из закона Гесса; максимальное давление взрыва, тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва в технологическом оборудовании. Рассчитать объем воздуха, объем и процентный состав компонентов продуктов горения.
Таблица 1 – Исходные данные для расчета
Дано:
С6Н14
m = 5 кг;
α = 1.1;
Рн = 0.1 МПа;
tн = 19 0С;
tB3P = 2380 0С.
Найти: группу горючести, tВСП, КПР, ТПР, QН , РВЗР, VВ, VПГ, φПГ.
Ответ
объем воздуха, необходимый для сгорания 5 кг 2,2-диметилбутана равен 70,6 м3, объем выделившихся в результате горения продуктов равен 75,57 м3, процентное содержание углекислого газа равно 11,3%, воды – 13,1%, азота – 73,8%, избыточного кислорода – 1,8%; температура вспышки 2,2-диметилбутана равна -48 0С; КПР при стандартной температуре составляют 1,15 – 7,22 об.%, 39,7 - 249.4 г/м3, при температуре 45 0С область воспламенения составит 1,13 – 7,39 об.%, 36,5 – 238,9 г/м3, при температуре 65 0С область воспламенения составит 1,11 – 7,57 об.%, 33,7 – 230,0 г/м3. Таким образом, с увеличением температуры НКПР 2,2-диметилбутана незначительно уменьшается, ВКПР - сильно возрастает. Изменение ВКПР приблизительно в 9 раз превышает изменение НКПР. Температурные пределы распространения пламени равны -43…- 14 0С; низшая теплота сгорания равна 3869,67 кДж/моль; максимальное давление при взрыве равно 1040077,6 Па; тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва паров 2,2-диметилбутана при взрыве в технологическом оборудовании составит 49,8 кг.
Решение
1. Составляем уравнение реакции горения 2,2-диметилбутана в воздухе и определяем стехиометрический коэффициент β (коэффициент перед кислородом):
1С6Н14 + 9.5(О2 + 3.76 N2) → 6СО2 + 7Н2О + 9.5∙3.76 N2
Коэффициент в = 9.5.
2. Рассчитываем объём, занимаемый 1 кмоль воздуха при заданных условиях по формуле:
где 22,4 - объем, занимаемый 1 кмоль газа при нормальных условиях (Т = 273К, Р = 101325 Па).
Р0 - нормальное атмосферное давление, равное 101325 Па.
Т0 - нормальная температура, равная 273К.
Т - заданная температура, К.
Р - заданное давление, Па.
3. Рассчитываем молярную массу 2,2-диметилбутана.
М (C6H14) = 12 ∙ 6 + 1 ∙ 14 = 86 кг/кмоль
4. Рассчитываем объём воздуха, необходимого для полного сгорания заданной массы 2,2-диметилбутана по формуле:
где 4,76 - число кмоль воздуха (1 кмоль О2 + 3,76 кмоль N2);
β - стехиометрический коэффициент, стоящий перед кислородом в уравнении реакции горения.
m - масса вещества, кг;
Vt - объем, занимаемый 1 кмоль воздуха при заданных условиях, м3/кмоль;
М - молярная масса вещества, кг/кмоль;
α - коэффициент избытка воздуха.
5. Определяем избыточное количество вещества кислорода и азота.
6. Рассчитываем общее количество вещества продуктов горения.
ΣnПГ = nСO2 + nH2O + nN2 + nN2изб + nО2изб, кмоль;
ΣnПГ = 6 + 7 + 35,72+ 3,6 + 0,95 = 53,27 кмоль
7. Определяем общий объём образующихся продуктов горения по формуле:
где Vt - объем, занимаемый 1 кмоль продуктов горения при заданных условиях, м3/кмоль;
m - масса вещества, кг;
М - молярная масса вещества, кг/кмоль;
ΣnПГ - количество вещества продуктов горения, кмоль.
8. Определяем мольный процентный состав компонентов продуктов горения.
Принимаем общее количество вещества продуктов горения за 100%, а количество вещества конкретного продукта реакции за φ %.
Для СО2 получаем следующую пропорцию:
ΣnПГ = 53,27 кмоль - 100%
nСО2 = 6 кмоль - φСО2 %,
отсюда
Аналогично находим процентное содержание оставшихся продуктов горения:
При расчете процентного содержания азота суммируем его количество перешедшее в продукты горения в результате реакции и из избытка воздуха.
9. Определяем группу горючести 2,2-диметилбутана.
Для этого рассчитываем его коэффициент горючести по формуле:
К = 4nC + 4nS + nH + nN - 2nO - 2nCl - 3nF - 5nBr
где nC, nS, nH, nN, nO, nCl, nF, nBr- соответственно число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора, брома в молекуле вещества.
Если расчётное значение К < 0 - вещество негорючее, 0 < К < 2 - вещество трудногорючее, К > 2 - вещество является горючим
.
Записываем количество атомов составляющих 2,2-диметилбутана (С6Н14):
nС = 6; nН = 14.
Рассчитываем коэффициент горючести:
К = 4nC + 4nS + nH + nN - 2nO - 2nCl - 3nF - 5nBr = 4∙6 + 14 = 38
Вывод: К > 2, следовательно, 2,2-диметилбутан - горючее вещество.
10. Определяем температуру вспышки.
Для этого по справочнику [3] находим температуру кипения 2,2-диметилбутана: tкип = 49,75 °С.
Определяем температуру вспышки по формуле Элея:
где tкип - температура кипения жидкости, С;
К - коэффициент горючести.
°С
Справочное значение -48 °С [3].
11. Рассчитываем нижний и верхний концентрационный пределы распространения пламени 2,2-диметилбутана при стандартных условиях по формуле:
где - нижний (верхний) концентрационные пределы распространения пламени, % об.;
β - число молекул кислорода, необходимое для полного окисления молекулы горючего;
a и b - константы определяемые по табл. 1 приложения 4.
Концентрационные пределы распространения пламени при заданных условиях рассчитываются по формулам:
где - концентрационные пределы распространения пламени при стандартной температуре, %(об.);
- концентрационные пределы распространения пламени при заданной температуре , %(об.);
1550 К и 1110 К - температура горения соответственно на нижнем и верхнем концентрационных пределах распространения пламени.
Рассчитываем КПР при стандартной температуре. Для расчета выбираем из табл. 1 Приложения 4: a = 8,64, b = 4,679.
Для расчета при β > 7.5 a = 0,768, b = 6,554.
Рассчитываем КПР при температуре Т = 273,15 + 45 = 318,15 К.
Рассчитываем КПР при температуре Т = 273,15 + 65 = 338,15 К.
Строим графики зависимостей КПР от температуры.
Из графика делаем вывод, что с увеличением температуры НКПР 2,2-диметилбутана незначительно уменьшается, ВКПР - сильно возрастает. Изменение ВКПР приблизительно в 9 раз превышает изменение НКПР. Таким образом, с ростом температуры область воспламенения паров 2,2-диметилбутана расширяется.
12. Рассчитываем концентрационные пределы распространения пламени 2,2-диметилбутана в граммах на кубометр ( или ):
где Vt - объем занимаемый 1 кмоль газа при заданной температуре и давлении, м3/кмоль;
М - молярная масса, кг/кмоль.
Определяем мольный объем паров 2,2-диметилбутана при заданных температурах:
При Т = 298,15 К
При Т = 318,15 К
При Т = 338,15 К
Рассчитываем КПР паров 2,2-диметилбутана при заданных температурах:
При Т = 298,15К
При Т = 318,15К
При Т = 338,15К
13
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24.
