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

Таблица 8 Характеристики некоторых горючих веществ

24

3. РАСЧЁТ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ПРЕДЕЛОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПЛАМЕНИ (КПРП)

Под концентрационными пределами распространения пламени понимается область концентраций пара, газа или взвеси вещества в воздухе, при которой смесь способна воспламеняться от источника зажигания с последующим распространения пламени по смеси.

Концентрационные пределы распространения пламени являются одним из важнейших показателей пожарной опасности для газов, жидкостей и пылей.

Нижним (верхним) концентрационным пределом распространения пламени называется - минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания (ГОСТ 12.1.044 – 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения).

3.1. Расчёт НКПРП индивидуальных соединений по предельной теплоте сгорания

Согласно тепловой теории возникновения и прекращения горения, наличие пределов распространения пламени можно объяснить тем, что для распространения пламени по горючей парогазовоздушной смеси требуется выделение некоторого количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла, выделяющееся при горении смесей с содержанием горючего, равным НКПРП, для большинства веществ является величиной примерно постоянной и равно 1830 кДж/м3. Эту величину называют предельной теплотой сгорания Qпр. Если известно значение низшей теплоты сгорания вещества Qн, то можно определить концентрацию горючего в предельной по горючести

25

смеси, %:

где Qпр – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 м3 предельной смеси горючего с воздухом, а Qн – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1 м3 горючего.

Пример 1: Рассчитать НКПРП ацетилена, если его низшая теплота сгорания составляет 1256 кДж/моль.

Решение: Предельная теплота сгорания измеряется в кДж/м3, поэтому и низшую теплоту сгорания необходимо перевести в кДж/м3. Согласно закону Авогадро, объём одного моля любого газа при нормальных условиях равен

22,4·10-3 м3, тогда:

НКПРП находим по формуле:

1830н 56092 100 3,3 % , .

Значения низшей теплоты сгорания некоторых органических веществ приведены в табл. 9.

Таблица 9 Значения низшей теплоты сгорания некоторых

органических веществ

Значения теплоты сгорания других веществ можно найти в справочной литературе или рассчитать по следствию из закона Гесса.

Пример 2: Рассчитать, какое минимальное количество изоамилацетата должно испариться в ёмкости объёмом 200 м3, чтобы в ней создалась минимальная взрывоопасная концентрация его паров. НКПРП рассчитать по предельной теплоте сгорания.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения изоамилацетата в воздухе:

С7Н14О2 + 9,5 (О2 + 3,76 N2) = 7 СО2 +7 Н2О + 9,5 3,76 N2. 2. Рассчитываем низшую теплоту сгорания изоамил-

ацетата по закону Гесса (теплоты образования веществ взяты из справочной литературы):

Qн = 396,9·7 + 242,2 7 – 564,6 = 3909,1 кДж/моль.

Поскольку предельная теплота сгорания выражена в кДж/м3, то и низшую теплоту сгорания выражаем в кДж/м3, учитывая, что объём одного моля изоамилацетата при нормальных условиях составляет 0,0224 м3:

Qн 3909,1 174513 кДж/м3. 0,0224

3. Рассчитываем НКПРП изоамилацетата, учитывая, что предельная теплота сгорания для большинства горючих веществ одинакова и равна 1830 кДж/м3:

1830 100 1,05% .

н174513

4.Рассчитываем объём паров изоамилацетата, необходимого для создания НКПРП в ёмкости объёмом 200м3:

5. Рассчитываем количество изоамилацетата, при испарении которого в ёмкости объёмом 200 м3 создаётся минимальная взрывоопасная концентрация (т.е. НКПРП), учитывая, что 1 моль изоамилацетата (М = 130 г/моль) при

27

нормальных условиях занимает объём 0,0224 м3:

m 130 2,12 12304г 12,3кг. 0,0224

Ответ: для образования в ёмкости объёмом 200 м3 минимальной взрывоопасной концентрации изоамилацетата в ней должно испариться 12,3 кг вещества.

3.2. Расчёт КПРП по аппроксимационной формуле

По аппроксимационной формуле можно рассчитать значения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени органических веществ для стандартных условий, т.е. при температуре 25 оС или 298 К, %:

где - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания молекулы соединения, определяется из уравнения реакции горения, можно также определить по формуле:

=nc+ns+(nh-nx)/4-no/2,

где nc; ns; nh; no – число атомов (соответственно) углерода, серы, водорода, кислорода в молекуле соединения; nx – число атомов галоидов в молекуле соединения, окисляющих водород до галоидоводорода, а углерод – до галоидоуглеводорода; a, b – константы, имеющие определённы значения для НКПРП и ВКПРП в зависимости от значения , приведённые в табл. 10.

При температурах, отличных от 298 К (25 ºС), КПРП (в об. %) рассчитываются по формулам:

28