Материал: Методические указания по выполнению практических работ студентов по дисциплине «Теория горения и взрыва». Горшков А.Г., Калач А.В

Составители: канд. физ.- мат. наук А.Г. Горшков, д-р хим. наук А.В. Калач, д-р техн. наук П.С. Куприенко

УДК 662(07)

Методические указания по выполнению практических работ студентов по дисциплине «Теория горения и взрыва» направления 280700.62 Техносферная безопасность (профили «Защита в чрезвычайных ситуациях», «Безопасность жизнедеятельности в техносфере», «Защита окружающей среды») очной формы обучения / ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. А.Г. Горшков, А.В. Калач, П.С. Куприенко. Воронеж, 2014. 38 с.

Методические указания предназначены для подготовки к семинарским занятиям по решению задач курса «Теория горения и взрыва» и для самостоятельной работы студентов третьего курса.

Методические указания подготовлены в электронном виде в текстовом редакторе MS Word 2007 и содержатся в файле Горшков_Калач_Куприенко_ПР.pdf

Табл. 12. Библиогр.: 7 назв.

Рецензент канд. техн. наук, доц. А.В. Звягинцева Ответственный за выпуск зав. кафедрой, д-р техн.

наук, проф. П.С. Куприенко

Издается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета

©ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2014

ВВЕДЕНИЕ

Изучение дисциплины «Теория горения и взрыва» проводится на кафедре ТОГОЧС и состоит из цикла лекций, практических занятий и сдачи дифференцированного зачета.

При решении каждой задачи необходимо внимательно прочитать текст задачи, полностью переписать в тетрадь её условие, указать, что нужно рассчитать и привести ход решения задачи со всеми математическими преобразованиями.

В помощь студентам при самостоятельном выполнении задач в методических указаниях приведены примеры решения типовых задач. Приступая к самостоятельному решению задачи, необходимо обдумать план её решения, сравнивая её с предложенным вариантом типовой задачи. В случае появления неясностей при выборе решения следует обратиться к теоретическому материалу той темы, на которую построена задача. Для удобства студентов при выполнении самостоятельной работы в приложении к методическим указаниям даны некоторые необходимые справочные данные.

1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

1.1. Порядок составления уравнения реакции горения

Уравнение реакции горения составляется при многих пожарно-технических расчетах, например, для расчета объема воздуха, объема продуктов горения и т.д.

В условиях пожара горение чаще всего протекает в среде воздуха. Основными компонентами воздуха являются кислород, азот и аргон. Азот вступает в реакцию окисления при температурах значительно выше, чем температура горения, а потому при составлении уравнения реакций горения его объединяют с аргоном и состав воздуха принимают равным: кислород – 21 %; азот – 79 %.

На один объем кислорода в воздухе приходится 79 : 21 = 3,76 объемов азота или на один моль кислорода 3,76 моля азота. При горении веществ на воздухе азот вместе с кислородом поступает в зону горения и на его нагревание затрачивается тепло, поэтому во всех расчетах горе-

Вправой части уравнения реакции горения записывают продукты горения. Состав их зависит от состава горючего вещества.

Вреакции горения принимает участие только кислород. При наличии азота в горючем веществе он выделяется

впродуктах горения в чистом виде N2. При уравнивании левой и правой частей уравнения реакции горения коэффициент перед горючим веществом не ставят, а принимают его равным единице, в связи, с чем коэффициент перед воздухом может получаться дробным.

Обобщённая запись брутто-уравнения материального баланса реакции горения имеет вид:

2

где , nпгi – стехиометрические коэффициенты при соответствующих веществах ([о] - окислитель, [пг] – продукты горения).

Данное уравнение является обобщённым выражением материального баланса любой химической реакции окисления.

Рассмотрим примеры составления уравнений реакций горения горючих веществ в воздухе.

Пример 1. Составить уравнение реакции горения пентана (С5Н12) в воздухе.

При горении углеводородов в воздухе продуктами горения будут углекислый газ (СО2), пары воды (Н2О) и азот (N2) из воздуха:

С5Н12 + (О2 + 3,76 N2) CО2 + Н2О + 3,76 N2.

Соблюдаем материальный баланс (уравниванием), в результате чего число атомов каждого элемента в правой части уравнения будет равно числу атомов этих элементов в левой части.

Начинаем с водорода, затем другие горючие элементы, кислород уравнивается справа налево, множитель перед 3,76N2 равен множителю перед О2. Расчет ведут на один кмоль (1 м3) горючего вещества. Коэффициент перед азотом в продуктах горения будет равен коэффициенту перед скобкой воздуха, умноженному на 3,76.

Окончательная запись уравнения реакции горения пентана в воздухе имеет вид:

С5Н12 + 8 (О2 + 3,76 N2) 5 CО2 + 6 Н2О +8 3,76 N2.

Коэффициент, стоящий перед скобкой воздуха, называется стехиометрическим коэффициентом реакции горения и обозначается . В нашем случае = 8.

Для того чтобы правильно составить уравнение реакции горения необходимо знать основные продукты горения образующиеся при сгорании горючего вещества. Основные продукты горения приведены в табл. 1.

3