Расчёт основных характеристик, параметров состояния и процессов газообразных углеводородов

ΔrHоI = ΔrHоI, 298 · х(C4Н8) = –2530,15·0,043 = - 108,79 (кДж∙моль–1),

ΔrHоII = ΔrHоII, 298 · х(C2Н6) = –1427,81 ·0,677 = -966,62 (кДж∙моль–1).

ΔrHоIII = ΔrHоII, 298 · х(C3Н8) = –2043,96 ·0,28 = -572,3 (кДж∙моль–1).

Определение изменения энтропии и энергии Гиббса реакций сгорания углеводородов можно произвести также согласно следствию из закона Гесса: , где Δr SоТ – изменение стандартной энтропии реакции, νj, νi – стехиометрические коэффициенты перед формулами конечных и исходных веществ соответственно, SоТ(Вj) – абсолютная энтропия продуктов реакции (конечных веществ), SоТ(Аi) – абсолютная энтропия исходных веществ реакции.

, где Δr GоТ – изменение энергии Гиббса реакции, νj, νi – стехиометрические коэффициенты перед формулами конечных и исходных веществ соответственно, ΔfGоТ(Вj) – стандартная энергия Гиббса образования продуктов реакции (конечных веществ), ΔfGоТ (Аi) – стандартная энергия Гиббса образования исходных веществ реакции.

Получаем:

ΔrSoI, 298 = 4·So298(CО2(г)) + 4·So298(H2O(г)) – (So298(C4Н8(г)) + 6·So298(О2(г))) = 4·213,74 + 4·188,83 – (296,48 + 6·205,138) = 82,97 (Дж·моль–1·К–1);

ΔrSoII, 298 = 2·So298(CО2(г)) + 4·So298(H2O(г)) – (So298(C2Н6(г)) + 4,5·So298(О2(г))) = 2·213,74 + 3·188,83 – (229,5 + 3,5·205,138) = 46,49 (Дж·моль–1·К–1);

ΔrSoIII, 298 = 3·So298(CО2(г)) + 4·So298(H2O(г)) – (So298(C3Н8(г)) + 5·So298(О2(г))) = 3·213,74 + 4·188,83 – (269,91 + 5·205,138) = 100,94 (Дж·моль–1·К–1);

DrGоI, 298 = 4·D f Gо298(CО2(г)) + 4·DfGо298(Н2О(г)) – DfGо298(C4Н8(г)) – 6·DfGо298(O2(г)) = 4·(-394,36) + 4∙(–228,57) - 62,94 – 6·0 = –2554,66 (кДж∙моль–1);

DrGоII, 298 = 2·Df Gо298(CО2(г)) + 4·DfGо298(Н2О(г)) – DfGо298(C2Н6(г)) – 4,5·DfGо298(O2(г)) = 2·(-394,36) + 4·(–228,57) + 20,236 – 4,5·0 = –1682,76 (кДж∙моль–1);

DrGоIII, 298 = 3·Df Gо298(CО2(г)) + 4·DfGо298(Н2О(г)) – DfGо298(C3Н8(г)) – 5·DfGо298(O2(г)) = 3·(-394,36) + 4·(–228,57) + 23,53 – 5·0 = –2073,83 (кДж∙моль–1).

ΔrSoI, 298, ΔrSoII, 298, ΔrSoIII, 298 > 0, так как увеличивается число молекул газообразных веществ во всех реакциях.

DrGоI, 298, DrGоII, 298, DrGоIII, 298 << 0, следовательно, химические процессы термодинамически возможны, т.е. возможно самопроизвольное протекание процессов в прямом направлении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пожаровзрывоопасные свойства газообразных веществ, составляющих смесь, а также средства тушения пожаров с их участием

 

Пожаровзрывоопасность веществ и материалов - совокупность свойств, характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Следствием горения, в зависимости от его скорости и условий протекания, могут быть пожар (диффузионное горение) или взрыв (дефлаграционное горение предварительно перемешанной смеси горючего с окислителем).

Знание пожаровзрывоопасных свойств веществ является основой инженерных методов обеспечения безопасности зданий и сооружений, технологических процессов и оборудования, безопасности людей. Эти данные необходимы для разработки мер предотвращения возникновения пожаров и взрывов, а также для оценки условий их развития и подавления.

Пожаровзрывоопасные вещества постоянно присутствуют в процессах, реализуемых в химической, нефтехимической, газовой, деревообрабатывающей и других отраслях промышленности, на транспорте, в строительстве, т.е. практически во всех сферах деятельности человека.

Показатели пожаровзрывоопасности веществ связаны с их физико-химическими константами: температурой кипения, теплотой испарения, теплотами образования и сгорания. Существенное влияние на опасность веществ оказывает зависимость давления насыщенного пара от температуры.

Согласно данным моего варианта газовая смесь состоит из трёх компонентов: транс – 2 – бутена (C4H8), этана (C2H6) и пропана (C3H8).

Транс – 2 – бутен (C4H8)

Физико-химические свойства: Бесцветный газ. Молекулярная масса (в а.е.м.): 56,11 Температура плавления (в °C): -105,55 Температура кипения (в °C): 0,88 Растворимость (в г/100 г или характеристика): бензол: растворим вода: не растворим диэтиловый эфир: хорошо растворим этанол: хорошо растворим Плотность: 0,6269 (4°C, г/см3). Показатель преломления (для D-линии натрия): 1,3848 (-25°C). Стандартная энтальпия образования ΔH (298 К, кДж/моль): -10,06 (г) Стандартная энтропия образования S (298 К, Дж/моль·K): 296,5 (г) Стандартная мольная теплоемкость Cp (298 К, Дж/моль·K): 87,82 (г) Энтальпия кипения ΔHкип (кДж/моль): 23,83 Теплота сгорания (кДж/моль): 2706,3.

Пожароопасные свойства: Горючий газ. Температура самовоспламенения 324 °С; концентрационные пределы распространения пламени 1,8 - 9,7 % об.

Средства тушения: Огнетушители газовые составы, огнетушащие аэрозоли4.

Этан (C2H6):

Физико-химические свойства: Бесцветный газ. Молярная масса 30,07; плотность жидкого
этана 548,2 кг/м3 при - 90°С; температура кипения - 88,63°С; плотность газа по воздуху 1,0488;
коэффициент диффузии газа в воздухе 0,121 см2/с; теплота образования - 84,68 кДж/моль; теплота сгорания
- 1576 кДж/моль; в воде не растворяется.

Пожароопасные свойства: Горючий газ. Температура самовоспламенения 515°С; концентрационные пределы
распространения пламени: 2,9 - 15% объем. в воздухе, 3 - 66% объема в кислороде; максимальное давление взрыва
675 кПа; максимальная скорость нарастания давления: среднее значение 14,5 МПа/с, максимальное значение 17,2 МПа/с;
нормальная скорость распространения пламени 0,476 м/с; минимальная энергия зажигания 0,24 мДж; МВСК 11,3% об. при разбавлении газовоздушной смеси азотом и 13,8% об. при разбавлении смеси диоксидом углерода; БЭМЗ 0,91 мм.

Средства тушения: Инертные газы. Для предупреждения взрыва при аварийном
истечении этана и тушения факела в закрытых объемах необходимая минимальная
концентрация: диоксида углерода 34% об., азота 46% об5.

Пропан (C3H8):

Физико-химические свойства: Бесцветный газ. Молярная масса 44,096; температура кипения
-42,06°C; lgp = 5,95547 - 813,864/(248,116 + t) при температуре от -189 до -42°С; коэффициент
диффузии газа в воздухе 0,0977 см2/с; теплота образования -103,8 кДж/моль; теплота сгорания
-2044 кДж/моль.

Пожароопасные свойства: Горючий газ. Температура вспышки -96°С; температура самовоспламенения
470°C; концентрационные пределы распространения пламени, % об.: 2,3-9,4 в воздухе, 2,3-55 в кислороде,
2,1-25 в гемиоксиде азота, 5-40 в хлоре, 6,5-33,5 в диоксиде азота; максимальное давление
взрыва 843 кПа; максимальная скорость нарастания давления 24,8 МПа/с; минимальная энергия
зажигания 0,25 мДж; норм. скорость распространения пламени 0,39 м/с.

Средства тушения: Инертные газы, порошки6.

Пожаротушение — это комплекс действий и мероприятий, направленных на ликвидацию возникшего пожара. Возникновение пожара возможно при одновременном присутствии трех компонентов: горючего вещества, окислителя и источника зажигания. Развитие пожара требует присутствия не только горючих веществ и окислителя, но и передачи тепла от зоны горения к горючему материалу. Поэтому тушение пожара можно обеспечить следующими способами:

• изоляцией очага горения от воздуха или снижение путем разбавления воздуха негорючими газами концентрации кислорода до значения, при котором не может происходить горение;
• охлаждением очага горения до температур ниже температур воспламенения и вспышки;
• замедлением скорости химических реакций в пламени;
• механическим срывом пламени путем воздействия на очаг горения сильной струи газа или воды;
• созданием условий огнепреграждения.

Результаты воздействий всех существующих средств тушения на процесс горения зависят от физико-химических свойств горящих материалов, условий горения, интенсивности подачи и других факторов. Например, водой можно охлаждать и изолировать (или разбавлять) очаг горения, пенными средствами — изолировать и охлаждать, инертными разбавителями — разбавлять воздух, снижая концентрацию кислорода, хладонами — ингибировать горение и препятствовать распространению пламени порошковым облаком. Для любого средства тушения доминирующим является только одно огнетушащее воздействие. Вода оказывает преимущественно охлаждающее воздействие, пены — изолирующее, хладоны и порошки — ингибирующее.

Большинство средств тушения не являются универсальными, т.е. приемлемыми для тушения любых пожаров. В ряде случаев средства тушения оказываются несовместимыми с горящими материалами (например, взаимодействие воды с горящими щелочными металлами или металлоорганическими соединениями сопровождается взрывом).

При выборе средств тушения следует исходить из возможности получения максимального огнетушащего эффекта при минимальных затратах. Выбор средств тушения должен производиться с учетом класса пожара.

Под способом пожаротушения понимают совокупность методов воздействия на очаг пожара и доставки огнетушащих средств к очагу горения. На практике применяются различные способы пожаротушения, которые классифицируют по виду средств тушения, методу их подачи, окружающей обстановке, назначению. Все способы тушения могут быть разделены на поверхностные (когда подача средств тушения осуществляется непосредственно в очаг пожара) и объемные (когда в зоне пожара создается среда, не поддерживающая горение). Использование в практике пожаротушения пленкообразующих пенообразователей привело к разработке и внедрению нового способа тушения пожаров нефтепродуктов в резервуарах путем подачи пены под слой горючего с дальнейшим ее всплыванием и растеканием по поверхности горящего нефтепродукта.

Поверхностное тушение применяется практически для всех видов пожаров. Для его реализации необходимы средства, которые можно подавать в зону горения дистанционно: вода в виде компактных и распыленных струй, пена, порошки.

Объемное тушение можно применять в замкнутых объемах с небольшой степенью негерметичности. Для объемного тушения применяются такие средства, которые можно распределять внутри защищаемого объема и создавать в каждом его элементе огнетушащую концентрацию. В качестве средств объемного тушения используют инертные газы, хладоны, тонкораспыленную воду, комбинированные составы и иногда порошки. В последние годы в качестве средства объемного тушения успешно используются газоаэрозольные составы, генерируемые при сгорании твердотопливных аэрозолеобразующих композиций.

Свойства и особенности применения средств тушения

Вода и водные растворы

Вода является наиболее широко применяемым средством тушения пожаров, связанных с горением различных веществ и материалов. Достоинствами воды являются ее дешевизна и доступность, относительно высокая удельная теплоемкость, высокая скрытая теплота испарения, химическая инертность по отношению к большинству веществ и материалов. К недостаткам воды относятся высокая электропроводность (особенно в случае применения воды с добавками, повышающими ее огнетушащие и эксплуатационные свойства), относительно низкая смачивающая способность, недостаточная адгезия к объекту тушения и т.п.

Вода, являясь эффективным охлаждающим агентом, широко применяется для защиты от возгорания соседних с горящим объектов, охлаждения резервуаров с нефтепродуктами при их тушении другими огнетушащими средствами.

Для повышения огнетушащей способности воды применяют распыленную или тонкораспыленную воду. В последнее время все более широкое применение находит вода аэрозольного распыления, со средним диаметром капель порядка 50 мкм. Вода в таком состоянии занимает как бы промежуточное положение между жидкостью и газом и сочетает в себе преимущества как жидкостного, так и газового средств тушения. Аэрозольное состояние воды достигается путем выброса либо перегретой воды, либо газонасыщенной (раствор СО2 в воде) под давлением через специальные распылители.

Для повышения смачивающей (проникающей) способности воды в нее добавляют различные смачиватели. Последние, благодаря снижению поверхностного натяжения, также способствуют повышению дисперсности распыленной воды. Водные растворы полиоксиэтилена получили название "скользкая вода". Линейные молекулы полимера, ориентируясь вдоль потока, снижают его турбулизацию, что приводит к повышению пропускной способности трубопроводов.

Воду нельзя применять для тушения веществ, бурно реагирующих с ней с выделением тепла, горючих, а также токсичных и коррозионно-активных газов. К таким веществам относятся многие металлы, металлоорганические соединения, карбиды и гидриды металлов, раскаленные уголь и железо.

Кроме того, нельзя применять воду для тушения нефти и нефтепродуктов, поскольку может произойти выброс или разбрызгивание горящих продуктов. Нельзя также использовать компактные струи воды для тушения пылей во избежание образования взрывоопасной среды.

Пены

Пены широко используются для тушения пожаров на промышленных предприятиях, складах, в нефтехранилищах, на транспорте и т.д. Пены представляют собой дисперсные системы, состоящие из пузырьков газа, окруженных пленками жидкости, и характеризующиеся относительной агрегатной и термодинамической неустойчивостью. Если пузырьки газа имеют сферическую форму, а их суммарный объем сопоставим с объемом жидкости, то такие системы называются газовыми эмульсиями. Для получения воздушно-механической пены требуются специальная аппаратура и водные растворы пенообразователей. Наиболее важной структурной характеристикой пены является ее кратность, под которой понимают отношение объема пены к объему ее жидкой фазы. Воздушно-механическая пена подразделяется на низкократную (кратность до 30), среднекратную (30 - 200) и высокократную (выше 200). Наиболее широко применяется пена среднекратная (50 - 150), реже — низкократная. Пена высокократная находит ограниченное применение в пожаротушении, в основном при объемном тушении.

Пены, применяемые для тушения пожаров, в банке данных условно по типу пенообразователей разделены на три группы: пены, полученные из пенообразователей общего назначения, фторорганических пенообразователей и пенообразователей целевого назначения.