Задача № 9

Самый легкий газ, выделенный из смеси, участвует в изотермическом процессе. При этом получена зависимость между объемом V и давлением р Представьте этот цикл на диаграмме V, m.

Теоретическая часть

Известно, что ни один термодинамический параметр нельзя изменить, не затронув один или два других параметра, так как все они взаимосвязаны. Такой переход называется изопроцессом, а уравнение его закономерности выражается газовым законом. Принципы изменения всех трех термодинамических параметров задает уравнение состояния.

Изопроцессы подразделяют на изотермические (Т = const), изохорные (V = const), изобарные (p = const).

При изучении изопроцессов получают зависимости (рис. 1), отражающие изменение термодинамических параметров.

Рисунок 1. Зависимость между объемом V и давлением р в изопроцессе

Определим, какой изопроцесс изображён на каждом участке графика 1-3, а также изменение термодинамических параметров:

- участок 1→2: T = const, V уменьшается, р возрастает, что соответствует изотермическому сжатию ( , при T₂ = T₁);

- участок 2→3: р = const, V понижается, Т уменьшается, что соответствует изобарному охлаждению;

- участок 3→1: V = const, p возрастает, Т возрастает, что соответствует изохорному нагреванию ( , p₂ = p₃; исключаем V₂ и T₂ из уравнения, получаем уравнение состояния, описывающее поведение газа изучаемой зависимости или ).

Схема изменения термодинамических параметров указанного цикла выглядит следующим образом:

Схема 1. Изменение термодинамических параметров в изопроцессе

Изобразим зависимость, представленную на рис. 1 в координатах V = f(T) и р = f(T) (рис. 2).

а б

Рисунок 2. Изопроцесс в координатах V = f(T) – а и р = f(T) – б

Для представления цикла изопроцесса в координатах V = f(m) воспользуемся уравнением (9). Для участков:

- 1→2: при T = const, m не изменяется, так как T, M_ср и R – постоянные, следовательно, m пропорциональна произведению р·V;

- 2→3: при р = const, m уменьшается;

- 3→1: при V = const, m возрастает.

Таким образом, зависимость приобретает вид:

Рисунок 3. Изопроцесс в координатах V = f(m)

Практическая часть

V

Изобарный

изохорный

4

3

изохорный

1

2

изобарный

P

0

Р

Изобарный

изохорный

3

2

изохорный

4

1

изобарный

0

m

Задача №10

Опишите пожаровзрывоопасные свойства газообразных веществ, составляющих смесь, а также средства тушения пожаров с их участием.

Физические свойства

1-бутен — бесцветный газ с характерным запахом, температура кипения −6.6 °C, смеси бутилена с воздухом взрывоопасны. Плотность газа- 2,503 кг/м3

Получение

В промышленности бутилен получают каталитической дегидратацией бутанола при +300-350 °C; крекингом нефти, каталитическим крекингом вакуумного газойля.

Сероочистка бутиленовой фракции

Прямогонную бутан-бутиленовую фракцию после каталитического крекинга необходимо очищать от сернистых соединений, которые в основном представлены метил- и этил- меркаптанами. Метод очистки ББФ от меркаптанов заключается в щелочной экстракции меркаптанов из углеводородной фракции и последующей регенерации щелочи в присутствии гомогенных или гетерогенных катализаторов кислородом воздуха с выделением дисульфидного масла.

C4H8. Вещество указанного состава было впервые получено в 1825 г. наряду с бензолом (см. это слово) знаменитым Фарадэ из сжиженной части светильного газа, приготовленного по способу Tailor'a сухой перегонкой жиров. Современная теория указывает на возможность существования пяти изомерных бутиленов: 1) этилэтилен или нормальный бутилен CH2:CH(C2H5); 2) симметрическийдиметилэтилен или псевдобутилен (СН3)СН:СН(СН3); 3) несимметрический диметилэтилен или изобутилен СН2:С(СН3)2; 4)тетраметилен и 5) метилтриметилен CH(CH3)— до сих пор еще не известен; из них четыре первых приготовлены и изучены главным образом русскими химиками (А. Зайцев, Эльтеков, Е. Вагнер, Бутлеров, Шешуков, Густавсон и др.). Все бутилены газообразны, при охлаждении сжижаются и при повышении температуры кипят: 1-й при —5°; 2-й при +1°; и 3-й при —7°. По химическим свойствам очень близки с амиленами (см.). Наиболее изучен со стороны превращений — изобутилен (см. это слово). М. Львов. Δ.

Средства тушения: Инертные газы

Физические свойства

Бутилен — бесцветный газ с характерным запахом, температура кипения −6.6 °C, смеси бутилена с воздухом взрывоопасны. Плотность газа- 2,503 кг/м3

Получение

В промышленности бутилен получают каталитической дегидратацией бутанола при +300-350 °C; крекингом нефти, каталитическим крекингом вакуумного газойля.

Сероочистка бутиленовой фракции

Прямогонную бутан-бутиленовую фракцию после каталитического крекинга необходимо очищать от сернистых соединений, которые в основном представлены метил- и этил- меркаптанами. Метод очистки ББФ от меркаптанов заключается в щелочной экстракции меркаптанов из углеводородной фракции и последующей регенерации щелочи в присутствии гомогенных или гетерогенных катализаторов кислородом воздуха с выделением дисульфидного масла.

C₄H₈. Вещество указанного состава было впервые получено в 1825 г. наряду с бензолом (см. это слово) знаменитым Фарадэ из сжиженной части светильного газа, приготовленного по способу Tailor'a сухой перегонкой жиров. Современная теория указывает на возможность существования пяти изомерных бутиленов: 1) этилэтилен или нормальный бутилен симметрическийдиметилэтилен или псевдобутилен (несимметрический диметилэтилен или изобутилен ; 4)тетраметилен и 5) метилтриметилен CH)— до сих пор еще не известен; из них четыре первых приготовлены и изучены главным образом русскими химиками (А. Зайцев, Эльтеков, Е. Вагнер, Бутлеров, Шешуков, Густавсон и др.). Все бутилены газообразны, при охлаждении сжижаются и при повышении температуры кипят: 1-й при —5°; 2-й при +1°; и 3-й при —7°. По химическим свойствам очень близки с амиленами (см.). Наиболее изучен со стороны превращений — изобутилен (см. это слово). М. Львов. Δ.

Средства тушения: Инертные газы.Этилен, этен, С₂Н₄

Физико-химические свойства: Бесцветный газ. Мол. масса 28,05; плотн. по воздуху 0,974; т. кип. -103,7°С; коэф. диф. газа в воздухе 0,13 см2/с; тепл. сгор. -1318 кДж/моль; в воде раствор. плохо.

Пожароопасные свойства: Горючий газ. Т. самовоспл. 435°С; конц. пределы распр. пл.: 2,7-34% об. в воздухе, 2,9-80% об. в кислороде, 5-40% об. в оксиде азота, 12,5-70,5% об. в диоксиде азота; макс. давл. взрыва 830 кПа; макс. скорость нарастания давл. 37,7 МПа/с; миним. энергия зажигания 0,12 мДж; МВСК 10% об. при разбавлении газовоздушной смеси азотом и 12,1% при разбавлении диоксидом углерода; БЭМЗ 0,59 мм; макс. норм. скорость распр. пл. 0,735 м/с.

Средства тушения: Инертные газы, аэрозольные составы. Для предупреждения взрыва при аварийном истечении этилена и тушения факела в закрытых объемах необходимая миним. конц. диоксида углерода составляет 42% об., азота 52% об.

Ацетилен – бесцветный горючий газ C₂H₂ с атомной массой 26,04, немного легче воздуха. Обладает резким запахом.

В промышленности ацетилен обычно получают из карбида кальция (CaC₂) при разложении последнего водой.

Ацетилен самовоспламеняется при температуре 335°С, смесь ацетилена с кислородом воспламеняется при температуре 297–306°С, смесь ацетилена с воздухом – при температуре 305–470°С.

Ацетилен взрывоопасен при следующих условиях:

• при увеличении температуры более 450–500°С и давления более 1,5–2 ат (около 150–200 кПа);

• при атмосферном давлении ацетилено-кислородная смесь с содержанием ацетилена от 2,3 до 93% взрывается от искры, пламени, сильного местного нагрева и др.;

• при аналогичных условиях смесь ацетилена с воздухом взрывается при содержании в ней ацетилена от 2,2 до 80,7%;

• в результате длительного соприкосновении ацетилена с серебром или медью образуется взрывчатое ацетиленистое серебро или медь, взрывающиеся при повышении температуры или ударе.

Взрыв ацетилена способен вызвать значительные разрушения и тяжелые несчастные случаи: при взрыве 1 кг ацетилена выделяется примерно в два раза больше тепла, чем при взрыве 1 кг тротила и примерно в 1,5 раза больше, чем при взрыве 1 кг нитроглицерина

Вывод

Хранилища газообразных и жидких углеводородов являются необходимым элементом функционирования трёх основных составляющих топливно-энергетического комплекса страны: единой системы газоснабжения, системы снабжения нефтепродуктами и системы энерго- и теплоснабжения. Создание хранилищ газонефтепродуктов проводится на основе новейших достижений науки и техники в этой области с учётом экологической ситуации района размещения хранилищ и соблюдением правил безопасности. В наибольшей степени этим условиям отвечают подземные хранилища, создаваемые в пористых, проницаемых горных породах (для природного газа) и в отложениях каменной соли (для газообразных и жидких углеводородов), которые обеспечивают лучшую защиту окружающей среды от вредного воздействия газонефтепродуктов, имеют высокую пожаровзрывобезопасность и защищённость от воздействия всех видов современного оружия.

Умение прогнозировать поведение веществ в условиях пожара, оценить влияние тех или иных условий, при которых возможно протекание и прекращение горения, возможно на основе химических теорий.

Расчёт некоторых физико-химических свойств, состава углеводородных газов необходим, к примеру, для прогнозирования возможных ситуаций при аварийных режимах (размер зон, ограниченных нижним концентрационным пределом распространения пламени; размеры зон распространения облака горючих газов при аварии и времени достижения облаком мест расположения различных объектов; определение давления в аппаратах при высоких температурах в условиях пожара (нарастание давления, критические температуры) и др.).