Теория горения и взрыва

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ  ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ  СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

Уральский институт ГПС МЧС России

Кафедра химии и процессов горения

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 1

По дисциплине:

Теория горения и  взрыва

 

вариант № 04

 

Выполнил:    ____________________________________

^{(должность,  звание)}

 ^{(подпись, фамилия, имя, отчество)}

Обратный адрес            ___________________________________

____________________________________

Дата выполнения работы 

 

Проверил:    ___________________________________

^{(должность,  звание)}

___________________________________

^{(фамилия,  инициалы)}

Дата проверки работы  ___________________________________

Результат проверки  ___________________________________

^{(зачтено  - незачтено)}

___________________________________

^{(подпись,  фамилия, инициалы  преподавателя)}

 

 

 

Екатеринбург

2012

 

 

 

Задание № 2

 

Рассчитать объём воздуха и  продуктов горения при сгорании горючего газа (табл. 3) объёмом V м³ при заданных условиях (табл. 3), если горение происходит при избытке воздуха a.

Табл.3

Номер варианта	Название вещества	Химическая формула	Температура t °С	Объём, м3	a
4	Бутан	С4Н10	15	4	1,5

 

Решение.

 

1. Составляем уравнение реакции горения бутана в воздухе:

 

С₄Н₁₀ + 6,5 (О₂ + 3,76 N₂) = 4CО₂ + 5Н₂О + 6,5×3,76 N₂

 

2. Объём воздуха, необходимый для сгорания 1 кг бутана рассчитываем по формуле: , молекулярная масса бутана составляет 68 кг/кмоль. Учитывая, что горение происходит при заданной температуре, то для определения объема, который занимает 1 кмоль, воспользуемся уравнением идеальных газов , откуда , P_o=101,3 кПа,T_o=273K

(м³/кг)

(м³/кг)

4. Действительный объём воздуха, пошедшего на сгорание 1 кг этиленгликоля рассчитывается с учётом коэффициента избытка воздуха a:

(м³/кг)

4. Избыток воздуха составит:

(м³/кг)

5. Теоретический объём продуктов горения рассчитываем по формуле:

(м³/кг)

6. Действительный объём продуктов горения составит:

(м³/кг)

7. Объём воздуха практически необходимого для сгорания 5м^3г бутана составит соответственно 80,5 м³, при этом выделится 85 м³ продуктов сгорания.

 

Ответ: на сгорание 5м^3г бутана необходимо 80,5 м³ воздуха, при этом образуется 85 м³ продуктов горения.

 

 

 

Задание №4

 

Определить, какое количество вещества (табл. 5) может выгореть в закрытом помещении объёмом V_п, если известно, что горение прекращается при содержании кислорода в помещении, равном . Для расчёта коэффициента избытка воздуха рекомендуется воспользоваться формулой (11).

Табл.5

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	Vп, м3	.
4	Этанол	С2Н5ОН	400	14

 

Решение.

1. Составляем уравнение реакции горения этилового спирта в воздухе:

 

С₂Н₆О + 3(О₂ + 3,76 N₂) = 2 CО₂ + 3 Н₂О + 3×3,76 N₂

 

2. Определим молекулярную массу этанола: М=24+6+16=46 г/моль
3. Так как условия не заданны, примем их за нормальные, то есть T=298K, P=101.3kPa

Объём воздуха, необходимый для  сгорания 1 кг этанола рассчитываем по формуле:

(м³/кг)

Теоретический объём продуктов  горения рассчитываем по формуле:

(м³/кг)

4. Определим коэффициент избытка воздуха по формуле:

5. Действительный объём воздуха, пошедшего на сгорание 1 кг этанола рассчитывается с учётом коэффициента избытка воздуха a:

(м³/кг)

6. Из пропорции находим количество этанола, которое выгорит в помещении объемом Vп=400 м³:

 

Ответ: В закрытом помещении объемом 400 м³ при падении содержания кислорода в воздухе до 14% выгорит 17,5 кг этанола.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №6

 

Вычислить температуру горения  горючего вещества (табл. 7), если горение протекает при коэффициенте избытка воздуха a, а доля потерь тепла излучением составляет h.

Табл. 7

Номер варианта	Название вещества	Элементный состав вещества, масс. %							a	h
		С	Н	О	S	N	W	зола
4	Бензин	85	8,0	5,0	-	2,0	-	-	1,4	0,3

 

Решение.

1. Рассчитаем низшую теплоту сгорания горючего вещества, используя формулу Д.И. Менделеева.

2. Рассчитаем объёмы продуктов горения при полном сгорании 1 кг горючего вещества сложного состава (см. формулы) (29-31).

;

;

3. В связи с тем, что горение происходит при избытке воздуха, то в продуктах горения будет присутствовать избыточный воздух, который не участвовал в горении.

Рассчитаем избыточный объём воздуха при полном сгорании 1 кг горючего вещества по формуле:

4. Рассчитаем температуру горения по формуле из уравнения теплового баланса:

Ответ: действительная температура горения вещества сложного состава составила 1294 К.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание №7

 

Рассчитать, какое минимальное  количество горючей жидкости (табл. 8) должно испариться в закрытом помещении  объёмом V_п при нормальных условиях, чтобы создалась взрывоопасная концентрация горючих паров. Условно принять, что пары горючей жидкости равномерно распределены в объёме помещения. Нижний концентрационный предел распространения пламени рассчитать по предельной теплоте сгорания.

Табл.8

Номер варианта	Название горючей жидкости	Химическая формула	Объём помещения, м3
4	Гексан	С6Н14	500

 

Решение.

1. Составляем уравнение реакции горения гексана в воздухе:

 

С₆Н₁₄ + 9,5 (О₂ + 3,76 N₂) = 6 СО₂ +7 Н₂О + 9,5 *3,76 N₂

 

2. Рассчитываем низшую теплоту сгорания гексана по закону Геса ( теплоты образования веществ взяты из приложения к методическим рекомендациям):

Q_н = 396,9×7 + 242,2×7 – 167,3 = 3909,5 кДж/моль (справочные данные 3864 кДж/моль).

 

Поскольку предельная теплота сгорания выражена в кДж/м³ и составляет 1830 кДж/м³, то и низшую теплоту сгорания выражаем в кДж/м³, учитывая что объём одного моля гексана при нормальных условиях составляет 0,0224 м³:

4. Рассчитываем НКПРП гексана, учитывая что предельная теплота сгорания для большинства горючих веществ одинакова и равна 1830 кДж/м³:

5. Рассчитываем объём паров гексана, необходимого для создания НКПРП в ёмкости объёмом 800м³:

6. Рассчитываем количество гексана, при испарении которого в ёмкости объёмом 500 м³ создаётся минимальная взрывоопасная концентрация (т.е. НКПРП), учитывая, что 1 моль гексана (М = 86 г/моль) при нормальных условиях занимает объём 0,0224 м³:

Ответ: для образования в ёмкости объёмом 500 м³ минимальной взрывоопасной концентрации гексана в ней должно испариться 20,16 кг вещества.

 

 

 

 

 

 

 

Задание №9

 

Рассчитать минимальную флегматизирующую концентрацию инертного разбавителя, об. %, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной  смеси вещества А при разбавлении её флегматизатором Ф (табл. 10), а также минимальное взрывоопасное содержание кислорода и безопасную концентрацию кислорода.

Табл. 10

Номер варианта	Название вещества А	Химическая формула	Флегматизатор Ф
4	Диэтиловый эфир	С4Н10О	Водяной пар

 

Решение:

Минимальную флегматизирующую концентрацию находим из условия минимальной  адиабатной температуры горения  диэтилового эфира, где  Т_г = 1500 К.    

Низшая теплота сгорания диэтилового  эфира Q_н = 2514 кДж/моль (табл. V приложения к методическим рекомендациям).

Составим уравнение реакции  горения диэтилового эфира:

С₄Н₁₀O + 6 (О₂ + 3,76 N₂) = 4СО₂ + 5Н₂О + 6×3,76 N₂

VCO₂ = 4 моль/моль; VН₂О = 5 моль/моль; VN₂ = 6*3,76 моль/моль.

Значения теплоёмкостей продуктов  горения берем в табл. 17 методических рекомендаций. Объем флегматизатора в предельной по горючести стехиометрической смеси рассчитаем по формуле:

, он составит:

моль/моль

Минимальная флегматизирующая концентрация паров воды составит:

Концентрация горючего в точке  флегматизации:

МВСК (концентрация кислорода в  точке флегматизации):

Значение безопасной концентрации кислорода для диэтилового эфива  в смеси с водяным паром  составит:

j_О2без = 1,2j_О2ф – 4,2 = 1,2*11,5 – 4,2 = 9,6 %

 

Ответ: минимальная флегматизирующая концентрация инертного разбавителя, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной смеси диэтилового эфира при разбавлении её водяным паром составит 44,1%, при этом концентрация горючего в точке флегматизации будет 1,9%, минимальное взрывоопасное содержание кислорода составит 11,5%, а безопасная концентрация кислорода 9,6%.