Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Теория горения и взрыва. Учебное пособие (практикум)

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 117 8 9 10 11 > Следующая >>>









iвзр

взр

nТР

 

   

101,325 2312,97 2 2 2 3,76

935,96

273 25 1 2 2 3,76

9,2 7020,3 . .

взр

P КПа

атм мм рт ст

    

  

    



Вариант

Вещество

, оС

, мм рт.ст.

Амилбензол

780

Н-Амиловый спирт

760

Анизол

778

Анилин

762

Бутилацетат

776

Бутиловый спирт

764

Бензол

-5

774

Диэтиловый эфир

768

Ксилол

772

Уайт-спирит

-6

770

Этиленгликоль

740

Трет-Амиловый спирт

758

Гексан

742

Метиловый спирт

756

Толуол

-10

744

; [КПа]

Вопросы и задания

Рассчитать температуру и давление при взрыве паров горючей жидкости при начальной температуре ... оС и давлении ... мм рт. ст. Концентрация стехиометрическая.

Рекомендуемая литература: [1, 2, 4, 6, 9]

- 61 -

ТЕМА 11. ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕНИЯ

АЭРОГЕЛЕЙ И АЭРОЗОЛЕЙ

11. Температурные показатели пожарной опасности аэрогелей и аэрозолей

Цель практического занятия: научиться определять темпе-

ратурные показатели пожарной опасности аэрогелей и аэрозолей.

Знания и умения, приобретаемые студентом в результате

освоения темы занятия, формируемые компетенции или их части: способность работать самостоятельно (ОК-8); способность ис-

пользовать законы и методы математики, естественных, гуманитарных и экономических наук при решении профессиональных задач (ОК-11); способность применять на практике навыки проведения и описания исследований, в том числе экспериментальных (ОК-16).

Актуальность темы практического занятия: овладение ме-

тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.

Теоретическая часть

Во всех случаях для процесса горения характерны три стадии:

1. Возникновение горения.

2. Распространение пламени.

3. Погасание пламени (прекращение горения).

Импульс началу реакции горения (воспламенения) горючей

смеси дает:

 либо нагрев самой смеси горючего и окислителя (самовос-

пламенение, самовозгорание);

 либо внешний источник воспламенения: искра, пламя,

нагретое тело, ударная волна (зажигание).

Самовоспламенение – это явление резкого увеличения ско-

рости экзотермических реакций, приводящее к самопроизвольному возникновению горения вещества в отсутствии источника зажигания.

Теория теплового самовоспламенения разработана академиком Семеновым Н.Н., который исходил из представления об ускорении реакций окисления с температурой и преобладания скорости тепловыделения над теплоотводом.

- 62 -

При окислительной реакции, проходящей с полной отдачей образующегося тепла, горение не возникает. Горение возникает лишь в условиях резкого самоускорения химического процесса, связанного с накоплением либо тепла в системе (так называемое тепловое самовоспламенение), либо катализирующих промежуточных продуктов реакции (цепное самовоспламенение). Суть теории заключается в следующем. Рассмотрим поведение горючей смеси, заключенной в сосуд объемом V с постоянной температурой стенок Т0. В смеси протекает химическая реакция. Температура во всех точках сосуда одинакова и равна Т.

Самовозгорание представляет собой процесс низкотемпературного окисления дисперсных материалов, заканчивающийся тлением или пламенным горением. Склонность к самовозгоранию веществ определяется комплексом их физико-химических свойств: теплотой сгорания, теплоемкостью, теплопроводностью, удельной поверхностью, объемной плотностью и условиями теплообмена с внешней средой.

Для развития процесса самовозгорания решающее значение имеет возможность накопления в материале тепла, выделяющегося при окислении (или деятельности микроорганизмов). Чем лучше условия аккумуляции тепла, тем раньше при более низкой температуре начинается самовозгорание.

Процессы самовозгорания развиваются в материалах при довольно низкой температуре (до 250 оС) в течение длительного времени. В таких условиях для поддержания процесса самовозгорания недостаточно тепла, выделяющегося при окислении внешней поверхностью. Обязательным условием является вовлечение в реакцию окисления или разложения всей массы материала. И чем больше масса, тем легче развивается в ней процессы самонагревания и самовозгорания. Увеличение температуры окружающей среды сокращает время до самовозгорания.

Можно выделить два механизма самовозгорания:

Тепловое самовозгорание заключается в следующем. Мно- гие дисперсные материалы взаимодействуют с кислородом воздуха уже при обычной температуре. В условиях, благоприятствующих накоплению тепла в массе материала, происходит повышение температуры. Это в свою очередь повышает скорость реакций

- 63 -

окисления, повышая при этом температуру и т. д. В итоге может произойти самовозгорание материала.

Тепловое самовозгорание – физико-химический процесс, скорость которого зависит от скорости химической реакции, поступления кислорода к реагирующей поверхности и от интенсивности теплообмена материала с окружающей средой.

При хранении дисперсных материалов на воздухе кислород проникает вовнутрь материала между частицами. Попадая в поры, кислород адсорбируется в поверхностном слое, что вызывает повышение температуры. Наличие развитой поверхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом является необходимым условием для начала теплового самовозгорания.

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играют пористость и адсорбционная способность материала. Чем больше пор, тем больше развита поверхность контакта и адсорбция на ней кислорода. Поэтому наиболее склонны к самовозгоранию материалы с большей пористостью.

Саморазогрев массы материала неоднороден. Вследствие разных условий теплоотвода, центральная зона объема нагревается быстрее, чем поверхность, и на начальной стадии самовозгорания характерно сохранение внешнего вида материала, хотя внутри происходит обугливание. Затем на обугленной поверхности развиваются процессы тления, которые могут перейти в пламенное горение. Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических веществ является уголь, то главную роль играют закономерности самовозгорания угля.

Следует отметить, что значительную роль в самовозгорании угля играет его способность адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Установлено, что при этом уголь может нагреваться до 65-70 оС. Например, при адсорбировании 0,01 г Н2О выделится 22,6 Дж тепловой энергии.

Ускорению процесса самовозгорания способствует накопление тепла, развитая поверхность, легкая воспламеняемость, то есть малая энергия активации, и повышение температуры. Кроме того, самовозгорание развивается и при наличии в веществе примеси.

Например, если в аммиачной селитре (NH4NO3) примесей нет, то ее перевозка и хранение безопасны. Температура разложения лежит в пределах 200оС. Но при малых добавках органики или ча-

- 64 -

стиц металлов начинается автокаталитическое разложение, и селитра самовозгорается при 110оС. Считают, что автокатализ вызывают выделяющиеся СО2 и водяной пар. Добавка масел в селитру также вызывает взрывчатое её разложение (поэтому её применяют для приготовления взрывчатки).

Большую роль в опасности самовозгорания играет длительность периода до самовозгорания. У разных веществ она различна.

Микробиологическое самовозгорание. К микробиологиче- скому самовозгоранию склонны, главным образом, материалы растительного происхождения. Они служат питательной средой для бактерий и грибов.

Возможности развития микробиологического процесса ограничены, так как температура самонагревания материала не должна превышать 75оС. Поскольку при более высокой температуре микроорганизмы, как правило, погибают. Примерами микробиологического самовозгорания можно назвать обугливание пшеницы в буртах, самонагрев навозной кучи и т. п.

В самовозгорании угля могут участвовать и адсорбция, и микроорганизмы (в начальной стадии), и примеси. Так, существовали теории, что причинами самовозгорания угля является сульфиды железа (FeS), карбонаты железа Fe(CO)4 и др. В настоящее время считают, что в основном влияют при-меси железа, независимо от вида его химических соединений.

Основными показателями, характеризующими опасность самовозгорания веществ, являются:

 температура самонагревания;

 температура тления;

 условия теплового самовозгорания;

 способность взрываться и гореть при контакте с водой, кис-

лородом воздуха и другими окислителями.

Последний показатель качественно характеризует особую пожарную опасность веществ, называемую пирофорностью.

К пирофорным относятся вещества, имеющие температуру самовоспламенения ниже температуры окружающей среды, в отличие от большинства веществ, которые самовоспламеняются только в результате нагрева извне. Самовозгорающие вещества очень пожароопасны.

Самовозгорающие вещества можно разделить на три группы:

- 65 -

1. Самовозгорающиеся при соприкосновении с воздухом: фосфор, сернистые металлы, порошок магния, уголь, сажа и др. Например, в трассирующих пулях, фейерверках используются самовозгорающиеся вещества.

2. Воспламеняющиеся при соприкосновении с водой – это щелочные металлы, их карбиды, и др. Например, карбид кальция, применяемый в ацетиленовых генераторах. Негашеная известь не горит, но выделяющееся при её реакции с водой тепло может нагреть материалы до температуры самовоспламенения.

3. К третьей группе относятся органические соединения, которые воспламеняются при контакте с кислородом и другими окислителями (хлором, бромом, окислами азота); это масла. Сюда относятся и вещества, получаемые в результате эндотермических реакций, например, ацетилен, которые при воздействии тепла или удара разлагаются с возможным возникновением взрыва.

Зажигание – это процесс инициирования начального очага

горения в горючей смеси за счет ввода в смесь извне высокотемпературного источника тепловой энергии. Происхождение источника зажигания может быть различным. Его высокая температура может быть следствием нагрева (накаленное тело), химической реакции (пламя, тепловые жиры), электрического разряда (электрические и электростатические искры), механического трения (зажигание спички, искры при заточке инструмента) или соударения (кремень) твердых тел.

Поджигание заключается в быстром локальном разогреве горючей смеси, который приводит к резкому протеканию реакции в разогретом объеме. Зажигание при контакте с накаленной поверхностью происходит, если температура этой поверхности превышает некоторое предельное значение, называемое температурой зажигания.

Температура зажигания горючей смеси всегда выше температуры самовоспламенения. Это обусловлено разными условиями теплоотвода из зоны реакции: при самовоспламенении смесь окружена высоконагретыми стенками, а при зажигании – холодными.

Однако не всякий высокотемпературный источник вызывает в горючей смеси очаг пламени. Пламя появляется лишь в том случае, если энергия, выделяющаяся из источника превышает некоторую величину, называемую минимальной энергией зажигания.

- 66 -

Вариант

Вещество

То, оС

Ро, мм рт.ст.

Стирол

754

Пентан

746

Этанол 4 752

Амилметилкетон

-6

748

Бутилбензол

750

Бутилвиниловый эфир

-4

769

Ацетон 4 779

Этиловый спирт

-2

749

Гептан 2 761

Октан

765

Гексан

759

Бутиловый спирт

-6

757

Анилин

769

Бензол

-11

770

Ксилол

754

Энергии зажигания должно быть достаточно для создания устойчивого горения, т.е. передачи тепла от горящих первых слоев горючей смеси исходным слоям, и повышение температуры до температуры горения Тг.

При температуре горения создается стационарный самоподдерживающийся режим распространения пламени, т.е. процесс горения.

Для расчетов используется материалы, методика и пример, приведенные в практическом занятии 10.

Вопросы и задания

Рекомендуемая литература: [2, 5, 6, 8, 9]

- 67 -

lktt

КИПВН)(

)(ВН

КИП

ТЕМА 12. ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРЕНИЯ

ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

12. Расчет температурных пределов распространения пламени (воспламенении)

Цель практического занятия: научиться проводить расчеты

температурных пределов распространения пламени (воспламенении).

Знания и умения, приобретаемые студентом в результате

Актуальность темы практического занятия: овладение ме-

тодами расчета параметров пожарной опасности веществ необходимо для практической деятельности студентов.

Теоретическая часть

Нижний (верхний) температурный предел распространения

пламени – температура жидкости, при которой концентрация насыщенных паров равна нижнему (верхнему) концентрационному пределу распространения.

Существует несколько полуэмпирических методов расчета

температурных пределов распространения пламени, однако они мало отличаются друг от друга по точности.

Температурные пределы распространения пламени (ТПР)

жидкостей рассчитывают по температуре кипения

(12.1)

uде

нения пламени;

дов) жидкостей.

– нижний (верхний) температурный предел распростра-

– температура кипений, оС;

k, l – константы для определенных групп (гомологических ря-

- 68 -

100

)()(OBH

P

)(BH



%2,1100

280

2806,276



%9,2100

312

312303



2230

100

1013252,2



13172

100

1013250,13



Температурные пределы распространения пламени могут

быть определены по известным значениям концентрационных пределов

(12.2)

uде

– давление насыщенного пара, соответствующее нижне-

му (верхнему) концентрационному пределу воспламенения;

– нижний (верхний) концентрационный предел распро-

странения пламени;

– атмосферное давление.

Из уравнения Антуана определяем температуру вещества, при

которой достигается данное давление. Эта температура будет являться соответственно нижним (верхним) пределом воспламенения.

Пример 1. Определить ТПР пламени метилового спирта, если

температура его кипения равна 65оС.

Решение. Расчет проводим по формуле (5.1), значение кон-

стант определяем по табл. (выдается преподавателем) для нормальных жирных спиртов

tH=0,5746·65-33,7=3,6°С=276,6 К;

tВ=0,6028·65-15,0=30оС=303 К.

Определим относительную ошибку расчета. По табл. (спра-

вочные данные) находим, что ТПР пламени метилового спирта составляют 280 – 320К:

Следовательно, результаты расчета занижены менее чем на 3%.

Пример 2. Определить температурные пределы распростра-

нения пламени ацетона, если его концентрационные пределы в воздухе равны 2,2 – 13,0%. Атмосферное давление – нормальное.

Решение. По формуле (5.2) определим давление насыщенного

пара ацетона, соответствующее нижнему и верхнему температурным пределам распространения пламени,

Па;

- 69 -

Па

78,16

32,133

2230



9,98

13332

13172

НР

t 

lg

25088,237

2235,125058,7

721,1281





Ht

8088,237

9994,125058,7

721,1281





Bt

КT

8,248

33,1366,26

)9,2412,252)(33,133,22(

9,2417 







КТ

4,280

99,7932,133

)2717,280)(99,797,131(

271 







Вариант

Вещество жидкость

Вещество газ

Амилбензол

Ацетилен

Н-Амиловый спирт

Метан

Анизол

Окись углерода

Анилин

Этан

Бутилацетат

Водород

Бутиловый спирт

Пропан

Бензол

Сероводород

Диэтиловый эфир

Бутан

мм.р.ст.;

мм.р.ст.

Из уравнения Антуана следует

Из табл. (справочные данные) находим значение констант А, В

и С для ацетона

А=7,25058;В=1281,721;С=237,088.

lgPН=1,2235;lgPВ=1,9994.

С=248 К;

С=281 К.

Из табл. (справочные данные) следует, что НТПР пламени

находим между температурами 241,9-252,2оС, а ВТПР пламени – между 271,0 и 280,7 К.

Линейной интерполяцией определим ТПР пламени:

Вопросы и задания

Рассчитать температурные пределы воспламенения паров i-ro

вещества в воздухе. Результаты расчета сравнить с имеющимися справочными данными и определить относительную ошибку

- 70 -

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 117 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]