Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Прогнозирование чрезвычайных ситуаций. Прогнозирование последствий взрыва облака топливно-воздушной смеси. Учебное пособие
.pdf
Варианты задания для самостоятельного решения
Требуется рассчитать стехиометрическую концентрацию горючего
вещества в облаке ТВС в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Бензин Б-70
Бензин Б-72
Бензин АИ-93 (л)
Бензин АИ-93 (з)
Диз. топливо (з)
Диз. топливо (л)
Керосин К-20
Керосин К-22
Керосин К-25
Уайт-спирит
Масло трансформаторное
Масло АМТ-300
Масло АМТ-300Т
Растворитель Р-4
Растворитель Р-5
Растворитель Р-12
Растворитель М
Растворитель РМЛ-218
Растворитель РМЛ-315
Растворитель РМЛ
Вещество Химическая формула
С7,267 Н
С6,991Н13,108
С7,024Н13,708
С6,911Н12,168
С12,343Н23,889
С14,511Н29,120
С13,595Н26,860
С10,914Н21,832
С11,054Н21,752
С10,5Н21,0
С21,74Н42,28
С22,25Н33,48 S0,34N0,07
С19,04Н24,58S0,196N0,04
С5,452Н7,608О0,535
С5,309Н8,655О0,397
С6,837Н9,217О0,515
С2,761Н7,147О1,187
С4,791Н8,318О0,974
С5,962Н9,779О0,845
С2,645Н6,810О1,038
14,796
2.7. Расчет значения концентрации горючего вещества
в облаке ТВС
Так как определение значения концентрации горючего вещества в
облаке ТВС невозможно, то в качестве
мать концентрацию, соответствующую нижнему концентрационному
пределу воспламенения паров горючего вещества.
41
3
(кг/м )С
г
допускается прини-
Нижний концентрационный предел воспламенения веществ, моле-
f
s
f
f
f
кулы которых состоят из атомов углерода, водорода, кислорода, азота,
серы, кремния, фосфора, хлора (но не более одного атома хлора в молекуле) и фтора для начальной температуры 25 °С ориентировочно
можно рассчитать через стандартную теплоту образования вещества
по формулам
где
С
h
– эмпирический коэффициент при теплоте образования газа,
нк пр
hH hm hm
1
С
нк пр
100
l
0
fjjrr
11
js
100
q
hm
1
s
p
, (2.38)
s
, (2.37)
моль/кДж (табл. 2.3);
0
– стандартная теплота образования вещества в газообразном
H
состоянии при температуре 25 °С, кДж/моль;
, ,
hhh
jrs
– коэффициенты соответственно j-го элемента (C, H, O,
N, Cl) и число r и s-й структурных групп, влияющих на
нижний предел воспламенения;
, ,
mmm
jrs
– число атомов j-го элемента r и s-х структурных групп
в молекуле вещества;
p, l, q – обозначение числа химических элементов и типов струк-
турных групп в молекуле вещества, влияющих на нижний
предел воспламенения.
Значения коэффициентов
лорода, азота и хлора, а также значения коэффициентов
h
для атомов углерода, водорода, кис-
j
h
и
r
ведены в табл. 2.3.
Значения коэффициента
,sh
соответствующие s-й структурным
группам, приведены в табл. 2.4
h
при-
42
Таблица 2.3
Значения коэффициентов hj, hr и h
для веществ, состоящих из атомов
f
С, Н, О, N, Cl
h
hr
j
h
,
f
hC hH hO hN hCl h
О h / \
C≡С
C – C
моль/кДж
9,134 2,612 –0,522 –0,494 –3,57 7,88 6,50 0,0246
Таблица 2.4
Значения коэффициента hs
Вид структурной группы h
С – С
С = С
С – Н
С – О
С = О
С – N (трёхвалентный)
С – Сl
O – H
N – H
N – N
C ≡ C
s
3,75
11,10
4,47
0,90
3,12
2,27
0,71
0,52
1,90
13,84
31,05
44,13
Пример расчета
Требуется определить значение концентрации нитрометана, соот-
ветствующего его нижнему концентрационному пределу распростра-
43
нения пламени. Теплота образования нитрометана составляет
f
–113,1 кДж/моль. Структурная формула ацетона имеет вид:
Н – О
| |
Н – С – N
| ||
H O
Решение
1. По химической формуле ацетона определим количество атомов в
молекуле нитрометана:
1; 3; 1; 2 .mm m m
C Н N О
2. По структурной формуле определим, что нитрометан не имеет
связей, относящихся к r структурным группам. Следовательно, в уравнении (2.37):
p
rr
0.
s
1
hm
3. По формуле (2.37) и по данным табл. 2.3 рассчитаем
С
нк пр
hH hm hm
1
1 0, 0246( 113,1) 1 9,134 3 2,612 1(0,494) 2( 0,522)
Если рассчитывать
100
С
по формуле (2.38), то необходимо сле-
нк пр
100
l
0
fjjrr
js
11
p
нк пр
:С
5,8 %.
дующее.
1. По структурной формуле определить виды и количество связей
между атомами молекулы ацетона:
1 группа С-N, 2 группы N – O, 3 группы С-Н.
44
2. По табл. 2.4 определить значения коэффициента
s
зям атомов.
:С
3. По формуле (2.38) рассчитать
нк пр
h
по всем свя-
С
нк пр
100 100
s
q
hm
1
ss
12,27 34,47
6, 4 %
.
Варианты задания для самостоятельной работы
Требуется определить значение концентрации горючего вещества,
соответствующее его нижнему концентрационному пределу распространения пламени в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ацетилен
Этилен
Метилацетилен
Бензол
Метиловый спирт
Винилацетилен
Декан
Окись этилена
Этиловый спирт
Бутан
Бутановый спирт
Ацетон
Пропиловый спирт
Этан
Метилбензол
Дихлорэтан
Сероводород
Циклогексан
Пропан
Амиловый спирт
Вещество Химическая формула
С
2Н2
С
2Н4
С
3Н4
С
6Н6
ОН
СН
3
С
4Н4
С
10Н22
О
С
2Н4
ОН
С
2Н5
0
С
4Н1
ОН
С
4Н9
О
С
3Н6
СН(ОН)СН3
СН
3
С
2Н6
2Н4Cl2
S
H
2
6Н12
С
3Н8
O
5H12
С
6Н5СН3
С
С
C
45
Еще один способ расчета значений концентрационных пределов
j
j
распространения пламени индивидуальных веществ был предложен
А.Я. Корольченко [10]. Ценность предложенного метода заключается в
том, что средняя квадратичная погрешность при расчетах не превышает 8 %.
В соответствии с данным методом нижний концентрационный предел распространения пламени для веществ, состоящих из атомов C, H,
O, N, S, Si, P, F, Cl, находим по следующей
формуле [10]:
где
h
– коэффициент теплоты образования газа, моль/кДж
обр
С
нк пр
1
hH hm
обр обр
(табл. 2.5);
0
– стандартная теплота образования вещества в газообраз-
H
обр
ном состоянии при 25 °С, кДж/моль;
h
– коэффициент теплоты образования j-го элемента в молекуле
j
(табл. 2.5);
– число атомов j-го элемента в молекуле;
m
l – количество элементов в молекуле.
Значение коэффициентов hj для формулы (2.39)
Значение hj Значение
h
j
hC
h
h
h
h
H
O
N
S
3,929
4,476
–0,522
–0,494
10,602
100
0
, (2.39)
j
j
l
1
Таблица 2.5
h
Si
h
P
h
F
h
Cl
h
обр
34,352
27,944
5,283
–1,767
0,0399
46
Пример расчета
Требуется рассчитать значение нижнего концентрационного предела распространения пламени для хлорпропилтриэтоксисилана
С9Н21О3ClSi, если известно, что теплота образования вещества
0
H
–1212,51 кДж/моль.
обр
Решение
1. В соответствии с химической формулой хлорпропилтриэтоксисилана вещество содержит следующее число атомов его составляющих:
9; 21; 3; 1; 1.mm mmm
CH OClSi
2. В соответствии с данными табл. 2.5 определим значение коэффициентов
, , , , и .hhhhhh
обр CHOCl Si
3. По формуле (2.39) определим значение нижнего концентрационного предела распространения пламени для хлорпропилтриэтоксисилана:
100
l
hH hm
1
1 0, 0399( 1212,51) 3,929 9 4,476 21 0, 522 3 1, 767 34,352
0
обр обр
100
0,88 %.
j
1
jj
47
Задание для самостоятельной работы
Определить нижний концентрационный предел распространения
пламени вещества в соответствии с заданным вариантом.
Номер
варианта
Вещество Химическая формула
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Ацетилен
Этилен
Метилацетилен
Бензол
Метиловый спирт
Винилацетилен
Декан
Окись этилена
Этиловый спирт
Бутан
Бутановый спирт
Ацетон
Пропиловый спирт
Этан
Метилбензол
Дихлорэтан
Сероводород
Циклогексан
Пропан
Амиловый спирт
СН
3
С
2Н2
С
2Н4
С
3Н4
С
6Н6
ОН
СН
3
С
4Н4
С
10Н22
О
С
2Н4
ОН
С
2Н5
С
4Н10
ОН
С
4Н9
О
С
3Н6
СН(ОН)СН3
С
2Н6
2Н4Cl2
S
H
2
6Н12
С
3Н8
5H12
O
С
6Н5СН3
С
С
C
Точность расчетов по формуле (2.39) еще больше увеличивается
(погрешность расчетов в среднем составляет 5 %), если при использо-
и
вании коэффициентов
hh
обр
учитывать их значение для отдельных
j
классов химических соединений. Значения этих коэффициентов с учетом класса химического соединения приведены в табл. 2.6 [10].
48
Значения коэффициентов h
Таблица 2.6
и hj для различных классов химических
обр
соединений
Класс соединений h
Алканы
Алифатические спирты
Алкены
Арамотические углево-
дороды
Алкидхлориды
Алкиламины
Кетоны
Альдегиды
Карбоновые кислоты
Эфиры карбоных кис-
лот
Простые эфиры
hC hH hO hN hCl
обр
0,0399
0,0432
0,0419
0,0489
0,0399
0,0360
0,0453
0,0490
0,0594
0,0510
0,0415
3,919
4,287
4,141
4,904
3,919
3,501
4,534
4,936
6,087
5,161
4,113
4,483
4,889
4,727
5,569
4,483
4,006
5,142
5,583
6,847
5,830
4,679
–
–0,522
–
–
–
–
–0,522
–0,522
–0,522
–0,522
–0,522
–0,494
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–0,586
–
–
–
–
–
–
Пример расчета
Требуется рассчитать значение нижнего концентрационного преде-
ла распространения пламени этилового эфира уксусной кислоты
С4Н8О2, стандартная теплота образования которого
H
0
обр
равна
–442,9 кДж/моль.
Решение
1. В соответствии с химической формулой этиловый эфир уксусной
кислоты, или этилацетат, содержит следующее число атомов, его составляющих:
4; 8; 2.mmm
CHO
2. По данным табл. 2.6 выбираем значения коэффициентов
, , hhh
CHO
с учетом класса химического соединения.
49
обр
,h
3. По формуле (2.39) рассчитаем нижний концентрационный предел распространения пламени этилацетата:
С
1 0, 0510( 442,9) 5,161 4 5,830 8 0,522,2
нк пр
1
hH hm
100
100
l
0
обр обр
jj
j
1
22 %.
Помимо этого А.Я. Корольченко для увеличения точности расчетов
предлагает несколько видоизменить формулу (2.38) и соответственно
коэффициенты для данной формулы. В новой редакции формула будет
иметь следующий вид [10]:
где
С
нк пр
h
– коэффициент связей элементов, входящих в состав молекулы;
S
m
– количество связей в молекуле вещества.
S
1100
, (2.40)
hm
SS
Значения коэффициентов связей приведены в табл. 2.7 [10].
Таблица 2.7
Значения коэффициентов hS в формуле (2.40)
Вид структурной группы h
С – С
С = С
С – Н
С – О
С = О
С – N (трёхвалентный)
С – Сl
O – H
N – H
N – N
C ≡ C
S
41,2
122,1
49,2
10,9
34,3
25,0
7,8
5,7
20,9
152,2
341,5
485,4
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]