Теория горения и взрыва

Часть 3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещенииЗадание:Для помещений заданных размеров 8,0×5,0×4,0 м определить:- какое количество 2-метил-3-этилпентана С8Н18 (кг) должно испариться в этом помещении, чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушнаясмесь,- тротиловый эквивалент взрыва этой паровоздушной смеси,- безопасное расстояние по действию воздушной ударной волнывзрыва,- минимальное количество диоксида углерода (кг), которое потребуется для предотвращения взрыва в этом помещении.При расчетах принять, что пары вещества равномерно распределеныпо помещению и помещение относительно герметично. Давление и температуру в помещении считать нормальными.Решение:3.1. Количество 2-метил-3-этилпентана С8Н18(в кг), которое должно испариться в помещении размерами 8,0×5,0×4,0 чтобы в тем создалась наиболее взрывоопаснаяпаровоздушная смесь, находим из условия образования в помещении паровоздушной смеси стехиометрического состава. Для этого из уравнения материального баланса горения находим стехиометрическую концентрацию2-метил-3-этилпентана.Запишем уравнение горения 2-метил-3-этилпентана в воздухе:С8Н18 + 12,5О2 +12,5·3,76N2 = 8СО2 + 9Н2О +12,5·3,76N2. стехиометрическая смесьСтехиометрическая смесь содержит 1 моль 2-метил-3-этилпентана, 12,5 молей кислорода и 12,5·3,76 молей азота. Концентрация горючего в такой смеси:Определим объем помещения:По рассчитанной концентрации вещества и известному объему помещения находим объем паров 2-метил-3-этилпентана:Определим массу паров 2-метил-3-этилпентана, воспользовавшись понятием киломоля вещества:3.2. Тротиловый эквивалент взрыва (МТНТ) парогазовой смеси в помещении рассчитываем при условии, что теплота взрыва приблизительно равна низшей теплоте сгораниявещества, а доля потенциальной энергии перешедшей в кинетическуюэнергию взрыва (γ) при взрыве паровоздушной смеси в помещении равна 1. Найденный в п. 1.11 тротиловый эквивалент вещества ηТНТ = 10,7. Тогда:МТНТ = ηТНТ · mг · γ = 10,7 · 13,5 · 1 = 144,45 кг.3.3. Размер безопасной зоны (Rбез) по действию давления воздушнойударной волны находим следующим образом:3.4. Для определения количества диоксида углерода ( в кг), необходимого для предотвращения взрыва в помещении, находим его минимальную флегматизирующую концентрацию.Так как сгорание идет в основном с образованиемСО, определим низшую теплоту сгорания 2-метил-3-этилпентана для такого случая.Запишем химическое уравнение горения:С8Н18 + 8,5О2 = 8СО + 9Н2О.Низшая теплота сгорания метана в этом случае по закону Гесса:= 112,7·8 + 242,2·9 – 211,2 = 2870,2 кДж/моль.Составим уравнение материального баланса процесса горения 2-метил-3-этилпентана, включив в него и флегматизатор (СО2):С8Н18 + 8,5О2 +8,5·3,76N2 + nфСО2 = 8СО + 9Н2О +8,5·3,76N2 + nфСО2,где nф – число молей флегматизатора. Тогда:Из правой части уравнения материального баланса видно, что объемпродуктов горения составляет: = 8 моль/моль; = 9 моль/моль;  = 8,5·3,76 = 31,96 моль/моль.= 13,7 моль/моль.Перепишем уравнение материального баланса для сгорания смесипредельного состава:С8Н18 + 8,5О2 +31,96N2 + 13,7СО2 = 8СО + 9Н2О +31,96N2 + 13,7СО2.В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль 2-метил-3-этилпентана приходится = 8,5 моль кислорода, = 8,5∙3,76 моль азота и =13,7 моль флегматизатора.Минимальная флегматизирующая концентрация диоксида углерода будетравна:Найдемобъемфлегматизатора в данном помещении:Определим массу флегматизатора:3.5. Результаты расчетов, выполненных по пунктам 3.1-3.4, оформляем в виде таблицы (табл. 3.1).Таблица 3.1Параметры взрыва паровоздушной смеси 2-метил-3-этилпентанав помещении объемом 160 м3Расчетные параметрыНаиболее взрывоопасная концентрация 2-метил-3-этилпентана в паровоздушной смеси,φстех % об.Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещенииm, кгТротиловый эквивалент взрываМТНТ, кгБезопасное расстояние по действию воздушной ударной волныRбез, мКоличество небходимого СО2 для предотвращения взрываМСО2, кгЧисленные значения параметров1,6513,5144,4578,778,0Вывод:Горюче-воздушная смесь 2-метил-3-этилпентанавесьма взрывоопасна ввиду большого значения МТНТ и Rбез>>a, b, h.Поэтому необходимо добавлять в эту смесь флегматизатор в количестве, достаточном для предотвращения взрыва.Список литературы1. Андросов А.С., Бегишев И.Р., Салеев Е.П. Теория горения и взрыва: Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2007. – 240 с.2. Андросов А.С., Салеев Е.П. Примеры и задачи по курсу «Теориягорения и взрыва»: Учебное пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России,2008. – 80 с.3. Бегишев И.Р. Курсовая работа по дисциплине «Теория горения и взрыва» (методические указания по выполнению курсовой работы для слушателей ИзиДО): Учебно-методическое пособие. – М.: Академия ГПС МЧС России, 2010. – 60 с.4. Баратов А.Н., Корольченко А.Я., Кравчук Г.Н идр.Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения.Справочн. Изд. В 2-х книгах, 1990. - М.: Химия. – 384 с.5. ГОСТР 52136-2003. Газоанализаторы и сигнализаторы горючих газов и паров электрические. Часть 1. Общие требования и методы испытаний.6. Корольченко А.Я. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов исредства их тушения. Справочник: в 2-х ч. – М.: Асс. «Пожнаука»,2004. – Ч. I. – 713 с.; Ч. II. – 774 с.