Курсовая работа (п): Расчет взрывопожароопасности метана, нефти, торфа

где    h_f =0,0246 моль·кДж^-1 - эмпирический параметр теплоты образования вещества, - стандартная теплота образования вещества в газообразном состоянии при 25°С, кДж·моль^-1;

h_j, h_r, h_s, - коэффициенты, характеризующие вклад j-х атомов (С, H ) r и s-х структурных групп, влияющих на нижний предел (h_c=9,134; h_н=2,612)

m_j, m_r, m_s - число атомов j-го элемента, r и s-х структурных групп в молекуле вещества;

l, p, q - число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества

Для метана:            = –74,85 кДж·моль^-1;

         5,3%об. (спр. 5%)

Для п-гептана:         = –206,1 кДж·моль^-1;

   0,984%об.(спр.1,07%)

Верхний предел  распространения пламени (φ_в) в % об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента кислорода (β) по формулам:                           при β ≤ 8

                                                 при β > 8,  

Для метана:       β=2,  h_j =1,39 – коэффициент, учитывающий химическое строение вещества и m_j =4 – число связей j -го элемента.    

          17,98%об.   (справоч: 15 %об.)                

    Для п-гептана:    β=11 

            %об. (справоч:  6,7%об.)         

       4.5. Температурные пределы распространения пламени п-гептана

Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.    Так как неизвестна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, H, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t_п) вычисляют по формуле

,                                              (29)

где   a_о - размерный коэффициент, равный минус 62,46 °C для нижнего и минус 41,43 °С для верхнего пределов; a₁ - безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов; a_j,l_j - эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп, приведены в табл.4.   

                                                           Табл.4

   Вставляя численные данные, получим:

       t_н = -62,46+0,655*98,42+(-0,909*6)+(-0,009*16)= –3,6⁰С    (спр. = – 7⁰С)  

       t_в = -41,43+0,724*98,42+(-1,158*6)+0,57*16= 32,3⁰С        (спр. = 26⁰С)  

       4.6.  Минимальная флегматизирующая концентрация инертного

                             разбавителя для метана и п-гептана

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация инертного разбавителя в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

     Концентрацию флегматизатора в точке флегматизации φ_фс  для горючих, состоящих из атомов С, Н, О, N, вычисляют по формуле:    φ_фс = φ_гф ν_ф  , 

где φ_гф  - концентрация горючего в экстремальной точке области распространения пламени (в точке флегматизации):

                         φ_гф = 100 / [1 + 2,42 (m_C + 0,5 m_H -  m_O) + ν_ф ],

   ν_ф = (8,097 m_C + 65,57l m_H + 69,079 m_O -  l7,469 m_N + ΔH^o_f) / (H^‘_ф – H^o_ф)

      В качестве флегматизатора взят азот N₂, для которого разность

                 (H^‘_ф – H^o_ф)=34,9 кДж/моль  (табл. данные).

Для метана:       = –74,85 кДж·моль^-1;  m_C=1 и m_H=4  

                    ν_ф = (8,097*1 + 65,57l*4 – 74,85) / 34,9=5,6   

    φ_гф = 100/1+2,42*3+5,6=7,2%об.         φ_фс = φ_гф ν_ф = 7,2*5,6 = 40,32%об.

    Для п-гептана:    = –206,1 кДж·моль^-1;  m_C=7 и m_H=16  

                    ν_ф = (8,097*7 + 65,57l*16 – 206,1) / 34,9=25,78 

  φ_гф = 100/1+2,42*15+25,78=1,59%об.         φ_фс = φ_гф ν_ф = 1,59*25,78 = 40,87%об.

4.7.   Минимальное  взрывоопасное содержание кислорода

                                в  метане  и  п-гептане

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода(МВСК) - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором. МВСК в паро- и газовоздушных смесях в процентах рассчитывают по формуле:

                              МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642   .                  

Для метана:

МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642=(100–40,32-7,2)*0,20642=10,8%(об.)  

Для п-гептана:

МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642=(100–40,87-1,59)*0,20642=11,88%(об.)

 4.8.  Максимальное давление взрыва для метана и п-гептана

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

      Расчет максимального давления взрыва газо- и паровоздушных смесей распространяется на вещества, состоящие из атомов С, H, O, N, S, F, Сl, Вr, P, Si.

      Максимальное давление взрыва р_макс без учета степени диссоциации продуктов горения в кПа вычисляют по формуле

,                                                       (41)

где       р_н - начальное давление, при котором находится исходная смесь, кПа;

Т_ад (V) - адиабатная температура горения стехиометрической смеси горючего с воздухом при постоянном объеме, К;

- сумма числа молей конечных продуктов горения;

Т_и - температура исходной смеси, К;

- сумма числа молей газообразных исходных веществ.

             Расчет производится при:  р_н=101,3Кпа  и  Т_и=298,15К

Для метана:   по справ.данным   Т_ад (V) = 2118К 

Из уравнения материального баланса процесса горения метана с воздухом:

                        CH₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2*3,76N₂

Исх.продукты сгор.     

Конечн. продукты сгор.

           (по справ.данным – 706Кпа)

Для п-гептана:      по справ.данным   Т_ад (V) = 2395К

Из уравнения материального баланса процесса горения п- гептана с воздухом:

              С₇Н₁₆+11(O₂ + 3,76N₂) = 7CO₂ + 8H₂O + 11*3,76N₂   

Исх.продукты сгор.     

Конечн.продукты   сгор.

                                                                           (по справ.данным – 843Кпа)

Заключение

                  Расчетные и справочные данные приведены в табл.5

                                                            табл.5

                                                   Приложение

Список литературы:

1. Акатьев В.А.  Основы взрывопожаробезопасности.

/ Учебное пособие. – М.: РГСУ, 2008 –552с.

2. Баратов А. Н.  Пожарная безопасность. Взрывобезопасность.

/Справочник. – М.: Химия, 1987 – 272с.

3. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов

и жидкостей. – М.: Наука, 1972 –720с.

4. Корольченко А.Я.  Процессы горения и взрыва.

– М.: Пожнаука, 2007– 266с.

5. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность.

Общие требования.

6. СНиП 31-03-2001. Производственные здания.

7. http://promeco.h1.ru/lek/bgd12.shtml –  Пожарная профилактика.

Требования к зданиям.   

      8. http://www.pogaranet.ru/qa/565.html – Физико-химические свойства СН₄ 

      9.  http://www.pogaranet.ru/qa/565.html – Физико-химические свойства С₇Н₁₆ 

10. http://www.xumuk.ru/bse/2747.html - Торф.

11. http://www.nigma.ru/ - Решение хим. реакций и уравнений.