Курсовая работа: Курсовая работа по дисциплине Теория горения и взрыва Вариант 27 Выполнил студент группы

При Т₁ = 3000 ⁰СQ₁= U_СО2 ∙ V_СО2 + U_Н2О ∙ V_Н2О + U_N2 ∙ V_N2подставляя численные значения внутренней энергии для этих газов из таблицы V приложения, получим:Q₁ =145,0∙ 8+116,3 ∙ 9 + 78,9 ∙ 45,12 = 5766,67 кДж/мольЭто значительно больше той энергии Qн, которая выделилась при взрыве (5008,4 кДж/моль). Поэтому выберем следующее более низкое значение температуры Т₂ = 2900 ⁰С и определим, какое количество тепла при этой температуре будут содержать продукты взрыва.Т₂ = 2800 ⁰СQ₂ =134,0∙ 8+107,3 ∙ 9 + 73,1 ∙ 45,12 = 5335,97 кДж/мольЭто тоже больше, чем количество тепла, выделившегося при взрыве (Q₂ > Qн), и означает, что температура взрыва ниже этого значения. Рассчитаем, какое количество тепла содержат продукты взрыва при температуре Т₃ =2700 ⁰С.Т₃ =2700Q₃ =128,9∙ 8+102,4 ∙ 9 + 70,2 ∙ 45,12 = 5120,22 кДж/мольЭто тоже больше, чем количество тепла, выделившегося при взрыве (Q₃ > Qн), и означает, что температура взрыва ниже этого значения. Рассчитаем, какое количество тепла содержат продукты взрыва при температуре Т₄ =2600 ⁰С.Т₄ =2600Q₄ =123,7∙ 8+97,8 ∙ 9 + 67,4 ∙ 45,12 = 4910,89 кДж/мольЭто значение уже меньше, чем Qн, на этом основании можно сделать вывод, что температура взрыва горючевоздушной смеси находится между значениями Т3 = 2600 ⁰С и Т2 = 2700 ⁰С. Уточним значение температуры взрыва методом линейной интерполяцииТ_взр= Т₄ + Т_взр= 2600+ _{Если сравнить полученное значение температуры взрыва с адиабатической температурой горения (}2127,9 К) _{можно придти к выводу, что температура взрыва примерно на 800 К выше адиабатической температуры горения. Таким образом, химическое превращение, протекающее в форме взрыва (изохорно-адиабатический процесс), происходит со значительно большим разогревом.}1.3. Расчет концентрационных пределов распространения пламени (КПР) рекомендуется провести по аппроксимационной формуле 22.Для расчета необходимо знать число молей кислорода, необходимое для полного сгорания 1 моля 4-метил-2-этилпентанола. Запишем уравнение горения 4-метил-2-этилпентанола C₈ H₁₈ O + 12О₂ + 12∙ 3,76 N₂  8СО₂ + 9Н₂

О + 12 ∙ 3,76 N₂

Из уравнения видно, что n = 12.

Рассчитываем нижний концентрационный предел распространения пламени по аппроксимационной формуле, воспользовавшись значениями a и b из табл. 2




<sub>%
Аналогично находим верхний концентрационный предел, учитывая, что n ˃ 7,5 (табл. 2).

%
Экспериментальные значения КПР для</sub> 4-метил-2-этилпентанола_{, приводимые в справочной литературе, составляют 0,93 и 6,4 %. Сравнивая их с расчетными, убеждаемся, что для} 4-метил-2-этилпентанола _{расхождение расчетных и экспериментальных данных небольшое.}
1.4. Для расчета минимальной флегматизирующей концентрации (МФК) азота в паровоздушной смеси используют уравнение теплового баланса и понятие предельной адиабатической температуры горения.

_{МФК найдем из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической метановоздушной смеси, формула (24), где Тг = 1500 К:}

V_ф =

Поскольку при этих условиях сгорание идет в основном с образованием СО, определим низшую теплоту сгорания 4-метил-2-этилпентанола для такого случая.

Запишем химическое уравнение горения 4-метил-2-этилпентанола
C₈ H₁₈ O + 8О₂  8СО + 9Н₂О

Низшая теплота сгорания 4-метил-2-этилпентанола в этом случае, по закону Гесса равна :

Q_н=∆Н⁰_fCО ∙ 8 + ∆Н⁰_fН2О ∙ 9 - ∆Н⁰_fC8Н18О ∙ 1

Подставляя значения теплот образования, взятых из табл. II приложения, получим

Q_н= 112,7 ∙ 8 + 242,2 ∙ 9 – 385 = 2696,4кДж/моль.
Теперь составим уравнение материального баланса процесса горения метана, включив в него и флегматизатор (Н₂О)
C₈ H₁₈ O+8О₂+8∙ 3,76 N₂+ nфН2О  8СО + 9Н₂О + 8∙ 3,76 N₂+ nфН2О,

Уравнение:

для данного случая примет вид:V_ф=Из правой части уравнения материального баланса видно, что объем продуктов горенияV_СО=8 моль/моль, V _Н2О= 9 моль/моль, V _N2=8∙ 3,76=30,08 моль/мольПодставляя значения Qн, Тг = 1500 К, С_Рпгi взятые из табл. 1 на стр. 16 ,получим, что объем флегматизатора, соответствующий МФКV_ф== 30,056 моль/мольПерепишем уравнение материального баланса для сгорания смеси предельного составаC₈ H₁₈ O+8О₂+8∙ 3,76 N₂+30,06 Н2О  8СО+ 9Н₂О + 8∙ 3,76 N₂+ 30,06 Н2О,В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 4-метил-2-этилпентанола приходится O₂n = 8 моль кислорода, N₂ n = 8∙3,76 моль азота и ф(Н₂ О) n = 30,06 моль флегматизатора.Минимальная флегматизирующая концентрация паров воды будет равна:_%1.5. Концентрацию горючего в точке флегматизации находят по фор-муле :_{, тогдаконцентрация горючего в точке флегматизации равна:%}Концентрационные пределы распространения пламени для 4-метил-2-этилпентанола воздухе составляют 0,918 и 6,34 % (об.). Этих данных достаточно для построения зависимости КПР от концентрации флегматизатора (рис. 1).1.6. По полученным расчетным значениям КПР, МФК и концентрации горючего в точке флегматизации строят графическую зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатораРисунок 1. Графическую зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатора1.7. Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (концентрация кислорода в точке флегматизации) (МВСК) рассчитывают по формуле 28:

Тогда минимальное взрывоопасное содержание кислорода для нашего случая равно:_%1.8. Температурные пределы распространения пламени (ТПР) определяют по расчетным значениям концентрационных пределов. Для установления зависимости давления паров жидкости от температуры необходимо использовать уравнение Антуана. Значения констант в уравнении Антуана приведены в табл. III приложения настоящих методических указаний. Обратите внимание, что в этой таблице коэффициенты А, В и С приведены для случая, когда давление (Р) выражено в кПа, а температура (t) в ⁰С.По расчету (п.1.3) нижний температурный предел распространения (НТПР) 4-метил-2-этилпентанола 0,918 % об. Затем определяем, какому давлению насыщенного пара соответствует значение нижнего концентрационного предела:где P₀ – атмосферное давление (общее давление паровоздушной смеси)._{кПа.Для нахождения значения НТПР (Тн) по известной величине Рн можно, воспользоваться уравнением Антуана, выражающим зависимость давления насыщенного пара от температуры жидкости.} Для 4-метил-2-этилпентанола А = 5,70756, В = 1134,599, С = 129,195. Подставляя численные значения в уравнение, получим:_68,55⁰_{С =341,55К}1.9. Температуру самовоспламенения веществ (Тсв) определяют по средней длине углеродной цепи (см. раздел 2.5,2 и примеры 10-13). Структурные формулы веществ приводятся в табл. VI приложения.Записываем структурную формулу соединения и нумеруем все атомы углерода в молекуле: Запишем структурную формулу соединения и пронумеруем все атомы углерода, группу -ОН обозначим буквой Г (гидроксил).В молекуле четыре концевые группы: три метильные (-CH3) и одна гидроксильная (-OH), т. е. Мр = 4. Тогда число цепей находим по формуле:

Найдем эти цепи и установим их длину. Для удобства составим следующую таблицу:

Углеродная цепь mi	Г–5	Г–8	Г–7	7-5	7-8	5-8
Длина цепи li	6	6	5	6	6	3

Длина первых четырех цепей, содержащих гидроксильную группу -OH на единицу больше, чем число атомов углерода в цепи.Рассчитываем среднюю длину углеродных цепей как среднее арифметическое значение длины углеродных цепей:По табл. VII приложения находим температуру самовоспламенения 4-метил-2-этилпентанола по значению средней длины цепи в молекуле соединения: Тсв =528 К = 255 ⁰С.1.10. Максимальное давление взрыва (мах) взр P рассчитывают по формуле , в которой используют полученное ранее значение температуры взрыва.Воспользуемся расчетами, проведенными в п.1.2, где было получено значение температуры взрыва для стехиометрической смеси 4-метил-2-этилпентанола Твзр = 2919,58 К.По уравнению C₈ H₁₈ O + 12О₂ + 12∙ 3,76 N₂  8СО₂ + 9Н₂О + 12 ∙ 3,76 N₂определим количество молей газовой смеси до взрыва n_с и после взрыва n_пг:n_с= n_г+ n_О2+ n_N2= 1+ 12 + 12×3,76 = 58,12 моль;n_пг = n_CO2+ n_H2O+ n_N2= 8+ 9+ 12×3,76 = 62,12 моль.Подставляя значения величин в формулу (33), получим:Избыточное давление взрыва ΔРвзр = ^max_взр P – Р₀ = 1157,9 – 101,3 = 1056,6 кПа,так как ^max_взр P < Р_пред, можно сделать вывод, что технологическое оборудование не разрушится.1.11. Тротиловый эквивалент вещества (ηТНТ) определяют по формуле: