4. Расчет температуры потухания

Температура потухания определяется из соотношения:

, (4.16)

где температура потухания, К;

адиабатическая температура горения, К;

E – энергия активации химической реакции горения, кДж/моль;

R – универсальная газовая постоянная, (8,3·10 ^-3 кДж/(моль ·К)).

Для большинства углеродсодержащих горючих веществ температура потухания при нормальных условиях составляет 1200–1500 К.

Примеры

Пример 1. Рассчитать температуру потухания метана, если энергия активации реакции горения в воздухе составляет 117 кДж/моль.

Решение.

Для определения температуры потухания метана по формуле (4.16) необходимо знать его адиабатическую температуру горения, методика расчета которой изложена в гл. 2 (см. табл. 2.3).

Состав продуктов горения:

CH₄ + 2O₂ + 2·3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2·3,76N₂,

Низшая теплота сгорания метана равна 891,6 кДж/моль (табл. 3 приложения).

Средняя энтальпия продуктов горения:

Первая приближенная температура горения 2300 ^оС (табл. 1 приложения).

Теплосодержание продуктов горения при 2300 ^оС:

Так как выбираем температуру горения 2200 ⁰С.

Теплосодержание продуктов горения при 2200 ^оС:

Так как определим линейной интерполяцией адиабатическую температуру горения метана в воздухе:

Рассчитываем температуру потухания по формуле (4.16):

Пример 2. Определить процентное содержание СО₂ в стехиометрической смеси метана в воздухе, при которой достигается температура потухания, если энергия активации реакции горения составляет 117 кДж/моль.

Решение.

Определяем адиабатическую температуру горения метана, а затем температуру потухания (см. пример 1). Т*_г =2509 К, Т_пот=1180 К.

Уравнение теплового баланса (формула 2.10) для случая горения смеси с флегматизатором можно записать:

, (4.17)

где теплоемкость флегматизатора при температуре потухания, кДж/(моль^.К); кДж/(м³·К);

объем флегматизатора , кмоль, м³.

Из (4.13) определим необходимый объем флегматизатора:

. (4.18)

Величина представляет собой теплосодержание i-го продукта горения при температуре потухания, т.е. (табл. 1 и 2 приложения). Тогда формулу (4.14) можно представить в виде:

. (4.19)

Искомую концентрацию флегматизатора определим по формуле:

, (4.20)

где концентрация флегматизатора в смеси, % об.;

объем горючего в смеси, кмоль, м³;

теоретический объем воздуха, кмоль, м³;

Используя данные примера 1 по формуле (4.19) с помощью табл. 1 приложения получим:

Из уравнения химической реакции горения (см. пример 1) следует, что:

По формуле (4.15) находим искомую огнетушащую концентрацию флегматизатора:

4.5. Температура и давление взрыва при взрыве паровоздушных смесей

Исходная горючая смесь, состоящая из горючих веществ и воздуха, обладает запасом энергии – теплотой взрыва.

Теплота взрыва есть сумма низшей теплоты сгорания горючих веществ и внутренней энергии взрывчатой смеси:

, (5.1)

где R – универсальная газовая постоянная, 8,3·10^-3 кДж/(моль·К);

Т_о – начальная температура смеси, К;

разность молей продуктов горения и исходной смеси.

Выделившаяся теплота взрыва расходуется только на нагрев продуктов горения. Поэтому теплоту взрыва можно выразить как сумму внутренних энергий продуктов взрыва:

, (5.2)

где число молей каждого компонента продуктов горения (определенное из уравнения реакции горения с учетом сгоревших веществ);

- внутренняя энергия взрыва i-го продукта горения при температуре взрыва (Дж/моль), значение которой приведены в табл. 12 приложения.

Расчет температуры взрыва ведется методом последовательных приближений, аналогично расчету температуры горения.

Давление при взрыве паровоздушных смесей можно определить по формуле:

кПа,

где начальное давление смеси, кПа;

начальная температура смеси, К;

сумма молей продуктов горения;

сумма молей продуктов исходной горючей смеси.