10. Расчет температурных пределов распространения пламени.
Определение температурных пределов распространения пламени по уравнению Антуана .
Определяем давление насыщенного пара на нижнем и верхнем температурных пределах распространения пламени.
По табл. 8 Приложения 3 находим значения констант А, В и С уравнения Антуана для н-Амилового спирта.
А = 7.18246
В = 1287.63
С = 161.33
Подставляем значения констант и давлений насыщенного пара в уравнение Антуана и определяем температурные пределы распространения пламени.
Рассчитываем нижний температурный предел.
Рассчитываем верхний температурный предел.
11. Расчет температуры вспышки.
Расчет температуры вспышки по формуле Элея.
Для этого по табл. 4 Приложения 3 находим температуру кипения н-Амилового спирта: tк = 137.85 °С.
Подставляем полученные значения tк и коэффициента горючести (К = 30).
Расчет температуры вспышки н-Амилового спирта через нижний температурный предел распространения пламени.
Подставляем полученное значение tн = 48 °С.
Расчет температуры вспышки этилацетата по формуле tвсп=а+b*tкип.
Н-Амиловый спирт относится к классу спиртов. Находим значения эмпирических коэффициентов для данного класса в табл. 8.1.
а
= -41.69
Используя выбранные коэффициенты и температуру кипения н-Амиловый спирта рассчитываем его температуру вспышки по формуле (8.1).
Расчет температуры вспышки по формуле Блинова (8.3).
Определяем коэффициент диффузии паров н-Амиловый спирта в воздухе по формуле, используя данные табл. 8.2. Для н-Амиловый спирта:
Мj = 25+2 mC (неароматический цикл, mC меньше 8), mC = 5, mH=12.
=
0.073см2/с
Справочное значение D0 = 0.073 см2/с.
Рассчитываем коэффициент β.
β = mС + mS + (mH - mX)/4 - mO/2 + 2.5mP = 5 + 12/4-1/2 = 7.5
Из формулы находим значение Рвсп(tвсп +273), используя полученные величины D0=0.073 = 7.5 и АБ = 280 кПа см2 с-1 К.
кПа
К
Температуру
вспышки определяем методом последовательных
приближений. Принимаем в первом
приближении tвсп
=
оС.
Находим по уравнению Антуана давление
пара при температуре вспышки. По табл.
8 Приложения 3 находим значения констант
А, В и С уравнения Антуана для н-Амиловый
спирта.
А = 7.18246
В = 1287.63
С = 161.33
В этом приближении Рвсп = 5.96 мм. рт. ст. или 0.795 кПа, значение будет равно:
Рвсп(tвсп +273) = 0.795 (39 + 273) = 248 кПа К.
Эта
величина меньше величины
кПа К. Следовательно принимаем tвсп
= 49оС.
В этом приближении Рвсп = 12.02 мм. рт. ст. или 1.6 кПа, значение будет равно:
Рвсп(tвсп +273) = 1.6 (49 + 273) = 515.2 кПа К.
Эта величина больше величины кПа К. Следовательно принимаем tвсп = 49оС.
Справочное значение температуры вспышки н-Амиловый спирта составляет 52 °С [табл. 11 Приложения 3]. Как видно из проведенных расчетов, наименее точный результат дает формула Элея. Остальные методы позволили рассчитать температуру вспышки н-Амиловый спирта с отклонением 2 оС.
12. Расчет максимального давления взрыва паров н-Амилового спирта.
В п. 5 было показано, что исходная паровоздушная смесь состоит согласно уравнению реакции горения из паров н-Амилового спирта, кислорода и азота. Для удобства обозначим указанные вещества цифрами 1, 2 и 3. Состав исходной смеси:
n1 = 1 моль, n2 = 7.5 моль, n3 = 28.2 моль.
Общее количество вещества в исходной смеси составит
nСМ = n1 + n2 + n3 = 1 + 7.5 + 28.2 = 36.7 моль.
Продукты взрыва состоят согласно уравнению реакции горения из углекислого газа, паров воды и азота. Для удобства обозначим указанные вещества цифрами 4, 5 и 6. Состав продуктов горения:
n4 = 5 моль, n5 = 6 моль, n3 = 28.2 моль.
Общее количество вещества в исходной смеси составит
nПГ = n3 + n4 + n5+n6 = 5 + 6 +28.2 = 39.2 моль.
Подставляем рассчитанные значения nСМ, nПГ, Твзр (пункт 5) и данные из условия задачи в формулу (11.5).
973171 Па
В результате объемного взрыва давление возрастает приблизительно в 9 раз.
13. Расчет тротилового эквивалента возможного аварийного взрыва стехиометрической смеси паров н-Амилового спирта с воздухом в технологическом оборудовании.
Для
расчета тротилового эквивалента
используем формулу, массу горючего
вещества из условия задачи и рассчитанную
в п. 3 массовую низшую теплоту сгорания
н-Амилового спирта, равную
Дж/кг.
32.3
кг
ТНТ.
14. Расчет безопасного расстояния по действию ударной волны взрыва стехиометрической смеси паров н-Амилового спирта с воздухом.
Для расчета размер безопасной зоны по действию давления ударной используем рассчитанный ранее тротиловый эквивалент взрыва.
м
Ответ: объем воздуха, необходимый для сгорания 4 кг н-Амилового спирта равен 23.9 м3, объем выделившихся в результате горения продуктов равен 50.42 м3, процентное содержание углекислого газа равно 10%, воды – 12%, азота – 73.45%, кислорода – 4.55 %, низшая теплота сгорания равна 3121 кДж/моль или 35470 кДж/кг или 13060 кДж/м3; адиабатическая температура горения н-Амилового спирта составляет 1772 К; температуры взрыва паров н-Амилового спирта равна 2423 К; н-Амиловый спирт – горючее вещество К > 2; КПР при стандартной температуре составляют 1,44 – 8.21 об.%, 51.79 – 295.25 г/м3, при температуре 45 0С область воспламенения составит 1,42 – 8.41 об.%, 47.86 – 283.45 г/м3, при температуре 65 0С область воспламенения составит 1,39 – 8.61 об.%, 44.08 – 273.04 г/м3. Таким образом увеличение температуры НКПР н-Амилового спирта незначительно уменьшается, ВКПР-сильно возрастает. Изменение ВКПР приблизительно в 8 раз превышает изменение НКПР, стехиометрическая концентрация паров н-Амилового спирта в воздухе составляет 2.72 %; минимальная флегматизарующая концентрация Н2О для смеси паров н-Амилового спирта с воздухом равна 35.6 %; минимальное взрывоопасное содержания кислорода в тройной смеси пары н-Амилового спирта + воздух + Н2О равно 2.48 %; температурные пределы распространения пламени равны 48 – 77.7 0С; температура вспышки н-Амилового спирта равна 490С; максимальное давление при взрыве равно 973171 Па; тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва паров н-Амилового спирта при взрыве в технологическом оборудовании составит 32.3 кг; безопасное расстояния по действию ударной волны взрыва стехиометрической смеси паров н-Амилового спирта с воздухом составит 47.8 м.