Текст работы

Введение

В курсовой работе предлагается теоретически на основании расчетных методов определить параметры горения и взрыва выбранного горючего вещества, охарактеризовать его пожаровзрывоопасные свойства и сравнить полученные расчетные значения с экспериментально установленными показателями пожарной опасности, имеющимися в справочной литературе.
Для помещений заданных размеров определить массу горючего вещества, при испарении которого в помещении образуется наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь, определить тротиловый эквивалент взрыва такой смеси, рассчитать безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны и количество флегматизатора, необходимого для предотвращения взрыва.

Номер варианта	Вещество	Химическая формула	Размеры помещения аxbxh, м
27	4-метил-2-этилпентанол (2-этилизогексанол)	С8Н18О	7,0х4,0х3,0

1. Расчёт параметров горения и взрыва

.1 Расчёт адиабатической температуры горения

Адиабатическую температуру горения вещества находят при условии отсутствия теплопотерь, для стехиометрической смеси горючего с воздухом, т.е. при a = 1.
) Составляем уравнение реакции горения 4-метил-2-этилпентанола в воздухе.
8H18О+ 12(О2 + 3,76N2) ® 8СО2 + 9Н2О + 12×3,76N2

По уравнению реакции находим состав продуктов сгорания при сгорании 1 моль 4-метил-2-этилпентанола:
8Н18О = 1; nCO2 = 8; nН2О = 9; nN2 = 45,12.

Объём продуктов сгорания составляет:
2 = 8 моль/моль; VН2О = 9 моль/моль; VN2 = 45,12 моль/моль.

). Используя следствие закона Гесса, рассчитываем низшую теплоту сгорания 4-метил-2-этилпентанола:
сгор.= nCO2*∆fH0298CO2 + nH2O*∆fH0298H2O - nC8H18О*∆fH0298C8Н18О, кДж/моль;

По табл. III приложения[1] определяем значения стандартных теплот образования горючего вещества и продуктов горения:

∆fH0298C8H18О = 385 кДж/моль;
∆fH0298CO2 = 393,51 кДж/моль;
∆fH0298H2O= 241,84 кДж/моль
Qсгор. = 8*393,51 + 9*241,84 - 385 = 4939,64 кДж/моль.

)Так как теплопотери отсутствуют, то всё выделившееся тепло идёт на нагрев продуктов горения. Среднее теплосодержание 1 моля продуктов горения будет составлять:

кДж/моль.

Воспользовавшись зависимостью теплосодержания газов от температуры [1,табл. IV, прил.], устанавливаем какой температуре соответствует такое теплосодержание. Ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения, определяем что при температуре 2300°С теплосодержание азота 77,8 кДж/моль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры.
При Т1 = 2300 °С
Но это больше, чем выделилось тепла в результате реакции горения , поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 2300 °С. Определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов горения до 2200 °С.

Так как , значит Тг углеродная цепь miГ - 5Г - 6Г - 88 - 58 - 66 - 5длина цепи li665663
Находим среднюю длину углеродной цепи по формуле:

lcp = (m1*l1+m2*l2+m3*l3+m4*l4+m5*l5+m6*l6)/
=(1*6+1*6+1*5+1*6+1*6+1*3)/6 = 5,3

По табл. VIII Приложения [1] для алифатических спиртов находим по средней длине цепи температуру самовоспламенения. Для алифатического спирта, имеющего среднюю длину углеродной цепи, равную 5,3, температура самовоспламенения будет равна 579 К.

.10 Расчёт максимального давления взрыва

По уравнению реакции горения число моль газов до взрыва.

= 1 + 12 + 12*3,76 = 58,12 (моль)

По уравнению реакции горения число моль продуктов горения.

= 8 + 9 + 12*3,76 = 62,12 (моль)

Рассчитываем давление взрыва паров 4-метил-2-этилпентанола при заданных условиях. На момент взрыва принимаем: давление и температура были близки к нормальным условиям(Р0 = 0.1 МПа; Т0 = 273К)

Рвзр= Р0*Твзр*nпг/(Т0* nсм) = 0,1*2887*62,12/(273*58,12)=1,13 (МПа).
mTHT = QH/QTHT

где QH - теплота взрыва 4-метил-2-этилпентанола, равная его низшей теплоте сгорания кДж/кг; при пересчёте на 1 кг вещества QH = 5605,3/µC8H18О = 4939,64 /130 = 38МДж/кг;
QTHT = 4,187*103 кДж/кг - теплота взрыва тротила.
mTHT = 38*106/(4,187*106) =9,1(кг тротила)

2. Сравнение полученных расчётных значений со справочными данными

Расчётные значения параметров горения и взрыва вещества 4-метил-2-этилпентанола

Параметр горения и взрыва	Адиабатная температура горения, Тад,К	Температура взрыва, Твзв,К	КПР,%	МФК(N),%	МВСК,%	ТПР, 0С	Температура савоспламенения, Тсв,К	Макс. Давление взрыв Рмак,МПа	Тр Тил экв в-ва кг
Значение параметра	2371	2887	0,92-6,34	49,7	10,38	68,5- 102,4	579	1,13	9,1

Справочные значения параметров горения и взрыва вещества 4-метил-2-этилпентанола

Параметр горения и взрыва	Адиабатная температура горения, Тад,К	Температура взрыва Твзв,К	КПР,%	МФК(N2),%	МВСК,%	ТПР, 0С	Температура савоспламен-ния, Тсв,К	Макс. давление взрыв Рмак,МПа	Тр тил экв в-ва кг
Значение парметра	2359 [3]	2890 [3]	0,93-6,4 [3]	48 [2]	10,75 [2]	70,0-106,0 [3]	586 [3]	1,15 [2]	9 [3]

Данные, полученные расчётным путём незначительно отличаются от справочных величин. Следовательно, предложенные расчётные методы можно использовать для определения параметров горения и взрыва вещества 4-метил-2-этилпентанола. На основании полученных данных можно сделать вывод о том, что 4-метил-2-этилпентанол является легковоспламеняющейся опасной жидкостью. При его горении можно использовать воздушно-механическую пену, порошки. При объёмном тушении - аэрозольные составы.
. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении

). Количество вещества А (в кг), которое должно испариться в помещении размерами a×b×h чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь, находят из условия образования в помещении паро-воздушной смеси стехиометрического состава.
Из уравнения горения видно, что стехиометрическая смесь 4-метил-2-этилпентанола с воздухом содержит 1 моль 4-метил-2-этилпентанола, 12 моль кислорода и 45,12 молей азота. Концентрация горючего в такой смеси

φг = nC8H18О*100/(nC8H18О + nO2 + nN2) = 1*100/(1+12+45,12)=1,72%.

Объём паров вещества в помещении:
= axbxh* φг = 7*4*3*0,0172 = 1,45м3.

Масса паров вещества, которая должна испариться в помещении чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь:
= Vr*MC8H18О/Vµ = 1,45*130/22,4 = 8,42 кг.

) Тротиловый эквивалент взрыва (МТНТ) парогазовой смеси в по-мещении :

МTHT = QH*m/QTHT = 8,42*38*106/(4187*103) = 76,4(кг тротила)

где QH - теплота взрыва 4-метил-2-этилпентанола, равная его низшей теплоте сгорания кДж/кг; при пересчёте на 1 кг вещества QH = 4939,64/µC8H18О = 4939,64/130 = 38МДж/кг;
QTHT = 4,187*103 кДж/кг - теплота взрыва тротила.

). Размер безопасной зоны по действию давления воздушной ударной волны:
без = 15 = 15 = 63,6 м.

). Определение количества диоксида углерода, необходимого для предотвращения взрыва в помещении:
Объём флегматизатора (СО2) будет равен:

,

Где Vпгi - объём i - го продукта горения, моль/моль;
, - теплоёмкость продуктов горения и флегманизатора, кДж/моль*К [1, табл. 1];н - низшая теплота сгорания 4-метил-2-этилпентанола.
Так как в этих условиях сгорание идёт в основном с образованием СО, рассчитаем низшую теплоту сгорания 4-метил-2-этилпентанола для такого случая.
Запишем уравнение горения 4-метил-2-этилпентанола:
H18О + 8О2 = 8СО + 9Н2О

Теплота сгорания 4-метил-2-этилпентанола в этом случае по закону Гесса:

Qн.= nCO*∆fH0298CO + nH2O*∆fH0298H2O - nC8H18О*∆fH0298C8Н18Он.= 8*112,7 + 9*242,2 - 385 = 2696,4кДж/моль.

Составим уравнение материального баланса процесса горения 4-метил-2-этилпентанола, включив в него и флегманизатор (СО2):
H18О + 8О2 + 8*3,76*N2 + nфСО2 = 8СО + 9Н2О +8*3,76N2 + nфСО2,

где nф - число молей флегманизатора.
Тогда получим



Из правой части уравнения материального баланса видно, что объём продуктов сгорания := 8 моль/моль; VН2О = 9 моль/моль; VN2 = 30,08 моль/моль;
Объем флегматизатора в предельной по горючести стехиометрической смеси составит:

12,07 моль/моль.
Перепишем уравнение материального баланса для сгорания смеси предельного состава:
H18О + 8О2 + 8*3,76*N2 + 12,07СО2 = 8СО + 9Н2О +8*3,76N2 + 12,07СО2
В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 4-метил-2-этилпентанола приходится 8 моль кислорода, 30,08 моль азота и 12,07 моль флегманизатора.
Минимальная флегматизирующая концентрация СО2 составит:

.

Объём паров вещества(СО2) в помещении:
= axbxh* φф = 7*4*3*0,2363 = 19,85м3.

Масса паров вещества СО2
(СО2) = Vr*MCO2/Vµ = 19,85*44/22,4 = 38,93 кг.

Результаты расчетов, выполненных по пунктам 3.1-3.4, оформляем в виде таблицы.
Параметры взрыва паровоздушной смеси 4-метил-2-этилпентанола в помещении объёмом V = 84 м3.

Расчётные параметры	Наиболее взрывоопасная концентрация 4-метил-2-этилпента-нола в паровоздушной смеси, φг,%(об)	Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещении m, кг	Тротиловый эквивалент взрыва МТНТ, кг	Безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны Rбез, м	Количество необходимого СО2 для предотвращения взрыва MCO2, кг
Числовые значения параметров	1,72	8,42	76,4	63,6	38,93

В курсовой работе были рассмотрены и рассчитаны пожароопасные свойства 4-метил-2-этилпентанола, такие как температура горения, температура взрыва, концентрационные и температурные пределы распространения пламени, температуры самовоспламенения, максимального давления взрыва, тротиловый эквивалент. Также были рассмотрены в качестве флегманизаторов азот и диоксид углерода, определено их количество для погашения пожара.

Литература

1. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. - 240 с.
. Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва»: Учебное пособие. - М.: Академия ГПС МЧС России, 2008. - 80 с.
.Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н и др. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочн. Изд. В 2-х книгах, 1990. - М.: Химия. - 384 с.
. Г.Т. Земский «Физико - химические и огнеопасные свойства химических органических соединений» в 2-х книгах. .М. 2009г.кн.1-502с., кН.2-458с.