УСЛОВИЯ ЗАГОРАНИЯ ЖИДКОСТЕЙ В ОТКРЫТОМ ПРОСТРАНСТВЕ



ТЕМПЕРАТУРА ВСПЫШКИ

Если жидкость испаряется в открытое пространство, то часть пара все время диффундирует в окружающее пространство. При этом концентрация пара постепенно изменяется по высоте. Непосредственно над поверхностью жидкости она равняется концентрации насыщенного пара, а на большом расстоянии — снижается практически до нуля (кривая 1). Для жидкостей в закрытом пространстве концентрация пара не зависит от расстояния (прямая 2).

Рисунок1

 

где φф — концентрация пара в заданной точке;

— расстояние от поверхности жидкости.

 

Часто бывает необходимо оценить степень пожарной опасности фактической концентрации φ′ф, образовавшейся в производственном помещении при испарении горючей жидкости в открытое пространство. Для этого достаточно разделить массу испарившейся жидкости mисп на объем помещения Vпом:

 

φ′ф = mисп / Vпом

 

Для того, чтобы рассчитать площадь разлива, с которой происходит испарение, можно применить соотношение:

 

 

где   mжидк - масса разлившейся при аварии жидкости;

ρжидк - плотность жидкости при заданных условиях;

hжидк - толщина слоя жидкости, разлившейся при аварии.

 

В практических расчетах, для определения интенсивности испарения жидкости, пользуются эмпирической формулой:

 

Iисп = Рнп μ (0,734 + 1,637vв) ·10-6, кг/(м²с)

 

где

μ -молярная масса вещества кг/кмоль;

Рнп - давление насыщенного пара при данной температуре, кПа.

vв - скорость воздуха над поверхностью испарения, м/с.

 

В открытой системе, для того, чтобы достичь нижнего концентрационного предела распространения пламени для ненасыщенного пара, жидкость необходимо нагреть до температуры немного выше нижнего температурного предела распространения пламени, что позволит увеличить интенсивность испарения и компенсировать потери пара за счет диффузии. Если при этом к поверхности жидкости поднести источник зажигания, то образовавшийся пар вспыхнет.

Вспышка - быстрое сгорание паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, которое сопровождается кратковременным видимым свечением. При вспышке стойкое горение не наступает, так как скорость испарения жидкости при данной температуре будет меньше скорости выгорания пара.

Температура вспышки - это наименьшая температура жидкости, при которой в условиях специальных испытаний над ее поверхностью образуется пар, способный вспыхивать в воздухе от источника зажигания, однако стойкое горение при этом не возникает.

 

Связь температуры вспышки tвсп с зависимостью концентрации пара φпар от температуры жидкости tжидк схематически отображена на рисунке2.

 

Рисунок2

Жидкость, у которой фактическая температура ниже, чем температура вспышки не представляет пожарной опасности в случае кратковременного воздействия источника зажигания.

 

Температура вспышки принята за основу классификации жидкостей по степени их пожарной опасности. Различают горючие и легковоспламеняющиеся жидкости. К горючим (ГЖ) относят жидкости с температурой вспышки больше 61°С. Жидкости с температурой вспышки 61°С и ниже относят к классу легковоспламеняющихся жидкостей (ЛВЖ).

Легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки 28°С и ниже относят к особо опасным жидкостям.

Кроме температуры вспышки различают еще температуру зажигания - наименьшую температуру жидкости, при которой после воспламенения пара от источника зажигания устанавливается стационарное горение.

На практике очень часто приходится иметь дело со смесями жидкостей. При оценке степени пожарной опасности смеси, следует иметь в виду, что даже маленькие добавки ЛВЖ к ГЖ могут сильно снизить tвсп смеси.

Практическая работа№6

Тема: «Расчет температурных пределов воспламенения».

Цель работы: Изучить температурные пределы распространения пламени (нижний - НТПРП или верхний - ВТПРП); методы расчета ТПВ;условия загорания жидкостей в открытом пространстве.

 Существует несколько полуэмпирических методов расчета ТПВ, однако они мало отличаются друг от друга по точности. Температурные пределы воспламенения жидкостей рассчитывают по температуре кипения:

tн(в)= Кtкип- ;

где tн(в)-нижний(верхний) температурный предел воспламенения,0С.

tкип- температура кипения, 0С.

К,  - константы для определенных групп(гомологических рядов) жидкостей.

Их значения приведены в табл.6 приложения.

Температурные пределы воспламенения могут быть определены по известным значениям концентрационных пределов:

Рн(в)-давление насыщенного пара, соответствующее нижнему(верхнему)концентрационному пределу воспламенение;

φ н(в)- нижний(верхний)концентрационный предел воспламенения;

Ро- атмосферное давление достигается данное давление. Она будет являться соответственно нижним (верхним) пределом воспламенения.

По табл.7 приложения определяем температуру вещества, при которой достигается данное давление. Она будет являться соответственно нижним (верхним) пределом воспламенения.

Примеры решения задач.

Пример №1 .

Определить ТПВ метилового спирта, если температура его кипения равна 650С.

Решение. Расчет проводим по формуле (4.1) значение констант определяем по табл. 6 приложения для нормальных жирных спиртов

t H=0,5746)*65-33,7=3,60С =276,6К

t В=0,6928*65-15,0=300С =303К

Определим относительную ошибку расчета. По табл.5 приложения находим, что ТПВ метилового спирта равны 280+312К:

∆н = ( 276,6-280):280*100=-1,2%

∆в = (303-312):312*100=-2,9%

Следовательно  результаты расчета занижены менее чем на 3 %.

Пример №2

Определить ТПВ ацетона, если его концентрационные пределы в воздухе равны 2,2+13,0 %. Атмосферное давление – нормальное

Решение: По формуле(4.2) определим давление насыщенного пара ацетона, соответствующее нижнему и верхнему температурным пределам воспламенения:

Рн= 2,2 *1013,25*100=22,3 ГПа;

Рв= 13,0*1013,2*100=131,1ГПа

Из табл. 7 приложения следует , что НТПВ находится между температурами 241,9 и 252,2К, а ВТПВ- между 271,0 и 280,7К.

Линейной интерполяцией определим ТПВ:

t H=241,9+ =248,8К;

t в=271+ =280,4К.

Зная справочные значения ТПВ ацетона (253+279К, см. табл. 5 приложения), можно определить относительную ошибку расчета:

∆н=(248,8-253):253*100=-1,7%;

∆в=(280,4-279):279*100=0,5%

Контрольные задачи

1. Определить температурные пределы воспламенения в гомологическом ряду жирных углеводородов: бутан, пентан, гексан, октан, температуры кипения которых соответственно равны 273,5К, 309К, 341К, 398К. построить график изменения КПВ от положения горючего в гомологическом ряду.

2. Сравнить температурные пределы воспламенения н-бутиловых эфиров муравьиной и уксусной кислот. На основании полученных данных сделать вывод о их сравнительной пожарной опасности. Температура кипения бутил формиата равна 379,8 К , а бутилацетата-399К.

3. Определить температурные пределы воспламенения бутилбензола по его концентрационным пределам. Значения последних рассчитать по аппроксимационной формуле.

4. По концентрационным пределам воспламенеиия (значение которых установить по аппроксимационной формуле) определить температурные пределы воспламенения ацетона и метилэтилкетона. По результатам расчета сделать вывод о сравнительной пожарной опасности этих веществ.

Практическая работа№7

Тема:  «Расчет температур вспышки и воспламенения».

Цель работы: Освоить расчет температуры вспышки в закрытом и открытом тигле; механизм вспышки и способы измерения параметров вспышки.

Температура вспышки -наименьшая температура горючего вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня; устойчивое горение при этом не возникает. Вспышка - быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенски-Мартенса.

По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з.т.) или 66 °C в открытом тигле (о.т.).

Механизм.Для каждой горючей жидкости можно определить давление насыщенных паров. С повышением температуры оно растёт, таким образом, количество горючего вещества на единицу объёма воздуха над жидкостью также растет с ростом температуры. При достижении температуры вспышки содержание горючего вещества в воздухе становится достаточным для поддержания горения. Достижение равновесия между паром и жидкостью требует, однако, некоторого времени, определяемого скоростью образования паров. При температуре вспышки скорость образования паров ниже, чем скорость их горения, поэтому устойчивое горение возможно лишь при достижении температуры воспламенения.

Измерение. Температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ при различных условиях хранения и перевозки. Наиболее известным способом измерения температура вспышки является определение в закрытом тигле по Пенски-Мартенсу ASTM D93, ГОСТ 6356. Для температур ниже 20-50 градусов Цельсия используют другие методы.

Также существуют методы экспериментального определения температуры вспышки жидкостей в открытом тигле.

Наиболее распространенным и достаточно точным является расчет температур вспышки и воспламенения по формуле В. И. Блинова:

Твс(вп)=А/ Рнп∙D0∙n                                                (4.3)

Где Твс(вп)-температура вспышки( воспламенения)

Рнп- давление насыщенного пара при температуре вспышки

D0- коэффициент диффузии паров горючего в воздухе

n- стехиометрический коэффициент при кислороде- количество молей кислорода, необходимое для полного окисления(до СО2, Н2О, SO2)одного моля горючего вещества

А- константа метода определения (табл4.1)

Таблица 4.1

Температура вспышки или воспламенения, К Значение параметра А, м2∙К ∙ГПа/с∙10-2
Температура вспышки в закрытом тигле 28,0
Температура вспышки в открытом тигле 45,3
Температура воспламенения 53,3

 

При отсутствии данных по коэффициенту диффузии, последней определяют по формуле

D0=10-4:                                                  (4.4)

D0-коэффициент диффузии, м2

- количество -того элемента в молекуле горючего вещества

атомные(элементные) составляющие(табл.4.2) Таблица 4.2

Название - того элемента Значение
Углерод 25-50
Водород 1
Кислород 17
Азот 16
Сера 48
Хлор 37
Бром 79
Йод 104
Фтор 16

 

Простым, но менее точным является расчет температуры вспышки в закрытом тигле по формуле Элея:

tвс = tкип -18                                                              (4.5)

где tвс- температура вспышки

tкип- температура кипения

К- коэффициент, определяемый по формуле

К=4мсн+4мsN +2м0+2мCB+3мF+5мBr  ,                       (4.6)

Где -мс, мн, мsN0C,мFBr -  количество элементов углерода, водорода, серы, азота, брома в молекуле горючего вещества.

     Температура вспышки в закрытом тигле может быть определена по нижнему температурному пределу воспламенения:  

tвс =                                                                (4.7)

Эта формула применима ,если 0≤ tвс 1600С.

 

Примеры решения задач

Пример №1

По формуле Блинова определить температуру воспламенения бутилового спирта.

Решение:

1. Определим значение стехиометрического коэффициента С4Н9ОН+6О2=4СО2+5Н2О. следовательно, n=6

2. Определим значение коэффициента диффузии по формуле (4.4). Для этого по табл.4.2. устанавливаем, что ∆М=25+3∙4=37, тогда

D0=10-4: =75,8∙10-7м2

3. По табл. 4.1. выберем значение А=53,3∙10-3 и по формуле(4.3) определим произведение:

ТвпРнп=53,3∙10-2/75,8∙10-7∙6=11,72∙103К∙ГПа.

4. По табл. приложения задаемся температурой 326,4К, давление насыщенного пара, при которой равно 53,33 ГПа, и определим: ТР=326,4∙53,33=17,4∙103К∙ГПа. Сравнивая, полученное значение с вычисленным в п.3. устанавливаем, что

ТвпРнп<ТР.

5. Задаемся по табл.7 приложения задаемся температурой 314,5К. Давление насыщенного пара при этом равно 26,66ГПа.

ТР=314,5∙26,66=8,4∙103К∙ГПа.

6. Так как ТР>ТвпРнп, линейной интерполяцией находим значение температуры воспламенения:

Твп=314,5+103(11,72-8,4)(326,4-314,5)=319К

i. 103(17,4-8,4)

Справочное значение температуры воспламенения составляет 314К. Погрешность расчета

 

∆= ∙100=1,6%.

Пример№2.

По формуле Элея определить температуру вспышки бензола в закрытом тигле.

Решение: Для расчета по формуле (4.5) необходимо знать температуру кипения бензола (С6Н6) и значение коэффициента К. Температура кипения бензола 353К или 800С. Величину К определим по формуле (4.6):  

К=4∙6+6=30

Определим искомую величину температуры вспышки:

tBC =80-18 -18,60 илими254,4 К.

Согласно справочным данным, температура вспышки бензола равно 259К. Определим ошибка расчета:

 ∙100=-1,3%

Результат расчета занижен менее чем на 2 %.

Контрольные задачи

1. По формуле Блинова определить температуру вспышки в открытом сосуде уксуснометилового эфира.

2. По формуле Блинова рассчитать температуру воспламенения бензола.

3. По формуле Элея рассчитать температуру вспышки 2-метилгексана (tкип=90).

4. Рассчитать температуру вспышки в закрытом тигле стирола (С8Н8)по формуле Блинова и Элея. Оценить точность расчета, если tBC стирола по справочным данным равна 303 К.

5. Определить температуру вспышки в закрытом тигле акриловой кислоты по формуле Блинова и Элея.

Домашнее задание

Рассчитать температуру вспышки (воспламенения) i-того вещества по формуле В.И. Блинова и Элея. Значение Д0 взять из справочной литературы или определить по формуле (4.4). Сравнить вычисление значения температуры вспышки (воспламенения) с имеющимися справочными данными и оценить погрешность расчета (табл.4.3).

Таблица 4.3.

Вариант   Горючее вещество Химическая формула Определяемая величина Т-температура
1 Уксусный альдегид С2Н4О Т вспышки в закрытом тигле
2 Ацетон С3Н6О Т воспламенения
3 Пропилбензол С9Н12 Т вспышки в открытом тигле
4 Окись этиленан С2Н4О Т воспламенения
5 Сероуглерод С S2 Т воспламенения
6 Метиловый спирт СН4О Т вспышки в закрытом тигле
7 Толуол С7Н8 Т воспламенения
8 Этилбензол С8Н1`0 Т воспламенения
9 Диэтиловый эфир (С2Н5)2О Т вспышки в открытом тигле
10 Метилэтилкетон С4Н8О Т воспламенения
11 Бутилформиат С5Н10О2 Т вспышки в открытом тигле
12 Амиловый спирт С5Н12О Т вспышки в открытом тигле
13 Бутиловый спирт(третичный) С2Н10О Т воспламенения
14 2-метилбутан С5Н12 Т вспышки в закрытом тигле
15 Октан С8Н18 Т воспламенения
16 Этилциклопентан С7Н14 Т воспламенения
17 Уксуснопропиловый эфир С5Н12О Т вспышки в закрытом тигле
18 Уксусно этиловый эфир С4Н10О Т воспламенения
19 Пропиловый спирт С3Н8О Т воспламенения
20 Бутилбензол С10Н14 Т вспышки в открытом тигле
21 Изобутиловый спирт С4Н10О Т вспышки в закрытом тигле
22 Бензиловый спирт С7Н8О Т воспламенения

 

 

Практическая работа№8

Тема:  «Расчет стандартной температуры самовоспламенения»

Цель работы: Изучить методы измерения температуры воспламенения для некоторых химических веществ; освоить и уметь применять на практике расчет температуры воспламенения.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества выделяются с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение. Воспламенение -пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления, то есть возникает устойчивое горение

Температура вспышки- наименьшая температура горючего вещества, при которой пары над поверхностью горючего вещества способны вспыхивать при контакте с открытым источником огня; устойчивое горение при этом не возникает. Вспышка - быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением. Как правило, при отсутствии указания на метод измерения используется метод Пенски-Мартенса.

По температуре вспышки из группы горючих жидкостей выделяют легковоспламеняющиеся. Легковоспламеняющимися называются горючие жидкости с температурой вспышки не более 61 °C в закрытом тигле (з.т.) или 66 °C в открытом тигле (о.т.).

Температу́ра самовоспламене́ния - наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва. Эта температура требуется для достижения энергии активации реакции горения.

Измерение.Из-за сложностей прямого измерения температуры самовоспламенения газов и паров, за неё принимают минимальную температуру стенки реакционного сосуда, при которой наблюдают самовоспламенение. Эта температура зависит от условий тепломассообмена как внутри реакционного сосуда, так и самого сосуда с окружающей средой, объёма смеси, а также каталитической активности стенки сосуда и ряда других параметров.

Показатель применяется для определения допустимой температуры нагревания горючих веществ, электрического и технологического оборудования, а также для установления группы взрывоопасной смеси. Для измерения температуры самовоспламенения жидкостей используют метод ASTM E 659 и метод Кливленда ASTM D92 (ГОСТ 4333).

 Общеизвестна температура самовоспламенения бумаги: 451 °F, или 233 °C, благодаря знаменитому роману Рэя Брэдбери «451 градус по Фаренгейту», в заглавие которого и вынесено это значение.

Энергия активации в химии и биологии - минимальное количество энергии, которую требуется сообщить системе (в химии выражается в джоулях на моль), чтобы произошла реакция. Термин введён Сванте Августом Аррениусом в 1889. Типичное обозначение энергии реакции Ea.

Энергия активации в физике - минимальное количество энергии, которое должны получить электроны донорной примеси, для того чтобы попасть в зону проводимости.

В химической модели, известной как Теория активных соударений (ТАС), есть три условия, необходимых для того, чтобы произошла реакция:

Молекулы должны столкнуться. Это важное условие, однако его не достаточно, так как при столкновении не обязательно произойдёт реакция.

Молекулы должны обладать необходимой энергией (энергией активации). В процессе химической реакции взаимодействующие молекулы должны пройти через промежуточное состояние, которое может обладать большей энергией. То есть молекулы должны преодолеть энергетический барьер; если этого не произойдёт, реакция не начнётся.

Молекулы должны быть правильно ориентированы друг относительно друга.

При низкой (для определённой реакции) температуре большинство молекул обладают энергией меньшей, чем энергия активации, и неспособны преодолеть энергетический барьер. Однако,  в веществе всегда найдутся отдельные молекулы, энергия которых значительно выше средней. Даже при низких температурах большинство реакций продолжают идти. Увеличение температуры позволяет увеличить долю молекул, обладающих достаточной энергией, чтобы преодолеть энергетический барьер. Таким образом, повышается скорость реакции.

 

Расчет температуры воспламенения проводят в следующей последовательности.

1. Определяют количество углеродных цепей:

м = МР Р-1):2                                                   (4.8)

где м-общее число молей

МР- количество функциональных групп в молекуле горючего вещества –СН, -ОН, фенильная группа может быть как концевой, так и в середине цепи.

2. Определяют длину каждой цепи(количество атомов углерода) и длину цепи:

 

𝜄cp=                                                                      (4.9),

 

где

При определении  надо иметь в виду, что группа ОН удлиняет цепь, а фенильная группа уменьшает ее на один атом углерода.

3.По табл.8-10 приложения по средней длине цепи определяют температуру самовоспламенения. Температуру самовоспламенения можно также рассчитать по формуле:

tс = 300+116  при 𝜄cp≤5                     (4.10)

tс = 300-38  𝜄cp≥5                           (4.11)

Примеры решения задач.

Пример №1

Рассчитать температуру самовоспламенения 2,2 –диметилгексана.

Решение:

1. Запишем структурную формулу горючего вещества и определим количество цепей      

Мр=4,так как в молекуле содержится четыре группы СН3

 

m= =6

2. Находим длину каждой из шести цепей и среднюю длину:

mi 1-6 7-6 8-6 1-7 1-8 7-8
Ci 6 6 6 3 3 3

𝜄cp= =4,5

По табл.8 приложения определяем, что температура самовоспламенения равна 643К; по формуле (4.10)

tс=300+116 0С или 655К

Пример №2

Рассчитать температуру самовоспламенения изопропилового спирта.

Решение:

1. Определим количество цепей исходя из структурной формулы:

Мр=3,так как в молекуле содержится две группы СН3, одна группа ОН:

m= =3

2. Находим длину каждой цепи и среднюю длину:

mi 1-3 3-4 1-4
Ci 2+1 2+1 3

 В цепях 1-3 и 3-4 содержится по два атома углерода и одна группа ОН, которая удлиняет цепь на один атом углерода

𝜄cp= =3

3. По табл.10приложения находим, что температура самовоспламенения изопропилового спирта равна 706К; по формуле (4.10)

tс=300+116 =4640С или747К.

Согласно справочным данным, температура самовоспламенения равна 693К.

Относительная ошибка расчета с использованием таблицы составляет:

∆= 100=1,9%

Если расчет вести по формуле (4.10),она возрастет до:

∆= 100=6,3%

Пример №3

Определить температуру самовоспламенения 1-метил-4-этилбензола.

Решение:

1. Структурная формула вещества:

 

Мр=3,так как в молекуле две метильные и одна фенильная группы.

2. Определим длину цепей:

mi 1-4 1-2 2-4
Ci 3-1 1-1 2-1

Длина цепи уменьшается на один атом углерода, так как в нее входит фенильная группа:

𝜄cp= =1,0.

3. По табл.9 приложения определяем, что температура самовоспламенения равна 712К.

Контрольные задачи

4. Рассчитать температуру самовоспламенения нормального бутилового спирта, вторичного бутилового спирта и третичного бутилового спирта. Сделать выводы о влиянии разветвления углеродной цепи на температуру самовоспламенения.

5. Определить температуру самовоспламенения этана, бутана, гексана, декана, построить график зависимости температуры самовоспламенения от их положения в гомологическом ряду .

6. Определить температуру самовоспламенения 2-метил-4-изопропилгептанола. Сделать вывод о сравнительной пожарной опасности предельных углеводородов и предельных одноатомных спиртов.

7. Рассчитать температуру самовоспламенения толуола и 1-4-диизопропилбензола и сделать вывод о влиянии длины боковой цепи на сравнительную пожарную опасность ароматических соединений.

8. Рассчитать температуру самовоспламенения октана, октанола-1, этилбензола и сделать вывод о влиянии строения вещества на их сравнительную пожарную опасность.

Домашнее задание

Рассчитать стандартную температуру самовоспламенения i-того вещества. Сравнить расчетное значение с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку расчета ( табл.4.4)    

Таблица 4.4.

Вариант Горючее вещество Структурная формула
1 1,3-диметил 4-пропил бензол (СН3)2С6Н8( С3Н7)
2 2-метил-3-этилгексан С3Н7- СН-( С2Н5)- СН-( СН3)- СН3
3 1-метилбутанол С2Н5 СН( СН3)ОН
4 дифенилметан СН2 ( С6Н5)2
5 толуол СН3  С6Н5
6 3,3-диметилпентан С 2Н5 С( СН3)2 С2Н5
7 октан С8Н18
8 1,3-диметил-бутанол-1 СН3СН(сн3) СН2сн( СН3)он
9 дифенилэтан С2Н4( С6Н5)2
10 1-метил2-этил-4-пропилбензол (СН3)( С2Н5)( С3Н7) С6Н3
11 3,3диметилпентанол-1 С2Н5 С( СН3)2 С2Н4 ОН
12 2-этил-3метилпентанол-1 С2Н5СН( СН3) 2 С2Н4 ОН
13 2,2-лиметилгексан С4Н9 С( СН3)2 СН3
14 1,2-диметил-4-этилбензол С6Н3 ( СН3)2( С2Н5)
15 2,3-диметилпентан СН3 СН( СН3)СН( СН3) С2Н5
16 метилдифенилметан (СН3 )СН( С6Н5)2
17 2-митил пропинол -2 ( СН3)3СОН
18 3-метилпентанол-2 СН3СН(ОН)СН(СН3) С2Н5
19 2,2,3,3-тетрометилбутан СН3 С(СН3)2С( СН3)2 СН3
20 2,3-диметилоктан СН3 СН( СН3)СН(СН3) С5Н11
21 4-метил-4-этилгептан С3Н7 С( СН3)( С2Н5) С3Н7
22 3-метилпентанол-2 С2Н5 СН( СН3)СН(ОН)СН3

Потенциал горючести

ГРУППА ГОРЮЧЕСТИ -классификационная характеристика способности любых веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.     

НЕГОРЮЧИЕ (несгораемые)- вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом).

    ТРУДНОГОРЮЧИЕ (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

ГОРЮЧИЕ (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие жидкости (ГЖ) с Твсп < 61 °С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ).

Особо опасными ГЖ называют ЛВЖ с Твсп< 28°С.

ГАЗЫ считаются горючими при наличии концентрационных пределов воспламенения (КОВ); трудногорючими - при отсутствии КПВ и наличии Тсв; негорючими - при отсутствии КПВ и Тсв.

ЖИДКОСТИ считаются горючими при наличии Тв; трудногорючими - при отсутствии Тв и наличии Тсв; негорючими - при отсутствии Тв, Тсв, Твсп, температурных и концентрационных пределов распространения пламени (воспламенения).

 

Практическая работа№9

Тема: «Потенциал горючести»

Цель работы: Изучить классификацию веществ и материалов по горючести освоить способ расчета потенциала горючести химических веществ; уметь оценивать флегматизирующую и огнетушащую эффективность химически активных ингибиторов, инертных газов.

Потенциал горючести является наиболее комплексным показателем горючести вещества. С его помощью можно сравнить степень горючести газов и паров, рассчитывать состав смесей с заданной горючестью, оценивать флегматизирующую и огнетушащую эффективность химически активных ингибиторов, инертных газов.

Потенциал горючести представляет собой избыточную (со знаком минус ) или не достаточную (со знаком плюс) энергию, заключенную в горючей системе, по условиях.

Потенциал горючести, отнесенный к некоторым условиям горения, называет приведенным потенциалом горючести (табл.12 приложение).

Из определения следует если:

∆Пг<0- смесь горючая;

∆Пг>0-смесь не является горючей;                                                   (5.1)

∆Пг=0- смесь предельна по горючести.

Для многокомпонентных смесей:

∆Пг, см=                                                 (5.2)

Где ∆Пг, см- потенциал горючести смеси газов и паров, кДж/моль;

∆ Пг,   - потенциал горючести  - того компонента смеси , кДж/моль;

 - мольная доля  - того компонента смеси;

Примеры решения задач.

Пример №1 Определить, является ли горючей смесь содержащая 30%окиси углерода, 40%метана, 25% двуокиси углерода и 5% паров 1,2-дибромтетраафторатана(фрион1,1,4 в2).

Решение: Согласно условиям (5.1) горючесть индивидуальных веществ и их смесей в воздухе определяется знаком потенциала горючести. Поэтому по формуле (5.2) и табл.12 приложения определим потенциал горючести смеси:

∆Пг, с=0,3(-38,0)+0,4(-57,2)+0,25∙16,7+0,05∙227=-18,7ккаал/моль.

Так как потенциал горючести отрицателен, то данная смесь газов в воздухе способна к горению.

Пример №2

Определить предельную по горючести смесь состоящую из этилена и дифторхлорбромметана.

Решение: Согласно условиям (5.1)предельной по горючести будет смесь, у которой потенциал по горючести равен 0.

Обозначим модульную долю горючего через тогда мольная доля ингибитора будет равна (1- Согласно формуле (5.2):

 ин=0.

С помощью табл.12 запишем: (-153)+(1- 126=0

ar w:top="1134" w:right="850" w:bottom="1134" w:left="1701" w:header="720" w:footer="720" w:gutter="0"/><w:cols w:space="720"/></w:sectPr></w:body></w:wordDocument>"> =0,45.

Таким образом, смесь газов ,содержащая менее чем 45% этилена и более чем 55% дифторхлорбромметана, не способна к воспламенению и горению при любом соотношении с воздухом.

Пример №3

С помощью потенциала горючести определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода ( МВСК) при разбавлении ацетоновоздушных смесей углекислым газом.

Решение:

1. Согласно определению (глава 3)МВСК находят из условия определенных по горючести смеси паров и газов.

Определим (см пример 2)состав предельной по горючести смеси содержащей пары ацетона и углекислый газ:

=0,129

2. Следовательно, смесь, содержащая 12,9 % паров ацетона и 87,1% двуокиси углерода, является предельной по горючести.

Установлено, что соотношение горючего и воздуха в предельных смесях близко к стехиометрическому. Находим стехиометрическую концентрацию паров ацетона в воздухе.

C3Н6О+4О2+4∙3,76N2=3СО2+3Н2О+4∙3,76 N2

 

φсм= =5%.

 

Таким образом. Смесь, содержащая 5%паров ацетона и 95% воздуха является стехиометрической.

3. Согласно расчетам пп.1 и 2 , находим состав трех компонентной смеси: пары ацетона- углекислый газ-воздух. Предварительно устанавливаем количество двуокиси углерода, которая перейдет со стехиометрической концентрацией ацетона:

 

12,9-87,1                  φСО2= =33,7%.

5 - φСО2

 

Следовательно, 5% +33,7%+95%-100%

95%- φвозд.

 

φвозд.= =71,1%.

Тогда содержание кислорода в предельной по горючести смеси (МВСК)будет равно:

φо2=φо20∙φвозд                              100

 

Где φо20-содержание кислорода в воздухе, %;

φо20= =14,9%.

Согласно справочным данным («Справочник пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности»,- М.:химия,1970,с.51), МВСК ацетоновоздушных смесей ,разбавляемых углекислым газом, равна 14,9%.

Сравнивая полученные данные с результатами расчета МВСК по формуле (3.5) (см. пример 8 в гл 3), можно сделать вывод, что определение МВСК по потенциалу горючести более надежен.

Контрольные задачи

 

1. Определить , будет ли горючей смесь газов, содержащих 40%бутана,10%паров бензола,18%паров диметилового эфира, 20% двуокиси углерода и 12%дифтордихлорметана(фреон12).

2. Определить состав предельной по горючести смеси, содержащей метилэтилкетон и трифторбромметан.

3. Определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении бензол- воздушных смесей двуокисью углерода, парами воды, азотом, 1,2-дибромтетрафторэтаном. Сделайте вывод об эффективности разбавителей.

 

Домашнее задание

Определить предельную по горючести газовоздушную смесь, состоящую из  – того горючего вещества и  – того инертного (химически активного) разбавителя. Определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода в таких смесях, полагая, что точка флегматизации наступает при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя. Сравнить результаты расчета с имеющимися справочными данными (табл.5.1).

Таблица 5.1

Номер варианта Горючее вещество Инертный разбавитель
1 Бензол Азот
2 Бутан Двуокись углерода
3 Диэтиловый спирт Хлорбромметан
4 Метиловый спирт Тетрафторметан
5 Водород Дифторхлорбромметан
6 Пентан Двуокись углерода
7 Пропилен Азот
8 Сероуглерод Вода
9 Циклопропан Гелий
10  Изобутилен Двуокись углерода
11 Изобутилформиат Дифтордихлорметан
12 Метилацетат Азот
13 Этиловый спирт Аргон
14 Изобутан Бромэтан
15 Аммиак 1,2-дибромтетрафторэтан
16 Гексан Двуокись углерода
17 Водород Азот
18 Диметиловый эфир Двуокись углерода
19 Этилен Бромэтан
20 Метилформиат 1,2-дибромтетрафторэтан
21 Окись этилена Двуокись углерода
22 Бутен-1 Двуокись углерода

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 158; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ