Оценка показателей взрывопожаробезопасности горючих веществ

Реакция горения:

С+О₂→СО₂ 

в) Этиловый спирт - этанол, винный спирт, C2H5OH - важнейший представитель одноатомных насыщенных спиртов общей формулы CnH2n+1OH. Бесцветная жидкость с характерным запахом, t кип = 78.39 С, t пл = 114.15 C;; смешивается во всех соотношениях с водой, спиртами, эфирами, глицерином, бензолом, и др.; огнеопасный. Этиловый спирт с водой образует азеотропную (нераздельнокипящую) смесь (95.5 % этиловый спирт и 4.5 % вода) с t кип = 78.15 C. С металлическим натрием спирт образует алкоголят, при окислении превращается в ацетальдегид, при дегидратации из него (в зависимости от условий) получают этилен или диэтиловый эфир.

        Расчет теплофизических параметров С₂Н₅ОН 

Молярная масса  кг/моль

Плотность кг/м³

Удельный объем  м³/кг

Изобарная теплоемкость Дж/моль*К

Изохорная теплоемкость Дж/моль*К

Показатель адиабаты

С₂Н₅ОН+3О₂→2СО₂+3Н₂О+1370КДж 

Теплофизические свойства воздуха

воздух состоит  приблизительно из 4 объемов азота (молярная масса 28 г/моль) и 1 объема кислорода (молярная масса 32 кг /моль), т.е. 4N2+O2. Тогда:

(4•28+1•32).(4+1)=28,8кг/моль (округленно 29 кг /моль).

Плотность кг/м³

Удельный объем  м³/кг

Изобарная теплоемкость Дж/моль*К

Изохорная теплоемкость Дж/моль*К

Показатель адиабаты

Раздел 2.Теоретические  сведения

Температу́ра (от лат. temperatura — надлежащее смешение, нормальное состояние) — физическая величина, примерно характеризующая приходящуюся на одну степень свободы среднюю кинетическую энергию частиц макроскопической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия.

Норма́льные усло́вия — стандартные физические условия, с которыми обычно соотносят свойства веществ (при нормальных условиях, при н. у., англ. Атмосферное давление 101325 Па = 760 мм рт. ст..

Температура воздуха 273,15 K = 0° C.

Закон Авогадро- «в равных объёмах различных газов, взятых при одинаковых температуре и давлении, содержится одно и тоже число молекул»

1следствие - Один моль любого газа при одинаковых условиях занимает одинаковый объём. В частности, при нормальных условиях, т.е. при 0° С (273К) и 101,3 кПа, объём 1 моля газа, равен 22,4 л. 2следствие - молярная масса первого газа равна произведению молярной массы второго газа на относительную плотность первого газа по второму.

Уравне́ние  состоя́ния — уравнение, связывающее между собой термодинамические (макроскопические) параметры системы, такие, как температура, давление, объём, химический потенциал и др. Уравнение состояния можно написать всегда, когда можно применять термодинамическое описание явлений. При этом реальные уравнения состояний реальных веществ могут быть крайне сложными.

pV = nRT, R — универсальная газовая постоянная, общая для всех газов,

— число, пропорциональное числу молекул или атомов газа (так называемое число молей газа 

Различают высшую и низшую теплотворные способности. Высшая теплотворная способность – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива. 

Низшая теплотворная способность – количество теплоты, выделяемой при полном сгорании топлива без конденсации водяного пара.  

Для расчета  высшей (Qв) и низшей (Qн) теплотворных способностей (теплот сгорания) используются формулы, предложенные Д.И. Менделеевым:  

Qв= 339,1C + 1030H –  108,9 (O-S) (в кДж/кг) 

Qв= 8100C + 30 000H + 2600 (S-O) (в ккал/кг) 

Qн= 339,1C + 1030H –  108,9 (O-S) – 16,75W (в кДж/кг) 

Qн= 8100C + 30 000H + 2600 (S-O) – 600 (9Н + W) (в ккал/кг), 
 

Она содержит основные характеристики поведения газов: p, V и T — соответственно давление, объем  и абсолютная температура газа (в  градусах Кельвина), R — универсальная газовая постоянная, общая для всех газов, а n — число, пропорциональное числу молекул или атомов газа (так называемое число молей газа

ПОКАЗАТЕЛИ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ  ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ — совокупность свойств веществ (материалов), характеризующих их способность к возникновению и распространению горения. Различают по агрегатному состоянию: 

газы — вещества, давление насыщенных паров которых  при температуре 25°C и давлении 101,3 кПа превышает 101,3 кПа; 

жидкости —  вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25°C и давлении 101,3 кПа меньше 101,3 кПа; к жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50°C; 

твердые вещества (материалы) — индивидуальные вещества и их смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50°C, а также вещества, не имеющие температуры плавления (напр., древесина, ткани и т. п.); 

пыли — диспергированные твердые вещества (материалы) с размером частиц менее 850 мкм. 

Номенклатура  показателей и их применяемость  для характеристики пожаровзрывоопасности  веществ и материалов приведены  в таблице. Допускается использовать и др. показатели.уры самовоспламенения по средней длине углеродной цепи

Показатели пожаровзрывоопасности можно разделить на 2 группы: 

показатели, относящиеся  к возникновению горения, — горючесть, минимальная энергия зажигания, температура вспышки, температура  воспламенения, температура самовоспламенения, минимальное взрывоопасное содержание кислорода, температура тления и др.; 

показатели, относящиеся  к распространению горения, —  кислородный индекс, нормальная скорость распространения пламени, скорость выгорания, индекс распространения  пламени, максимальное давление взрыва, скорость нарастания давления взрыва. 

Раздел 3. Расчет показателей  взрывопожароопасности  горючего вещества 
 

1.Температура самовоспламенения рассчитывается по формуле 

 ,                 при

 - условная средняя длина молекулы соединения 

,

где - число цепей в молекуле соединения

m – число концевых групп в молекуле

Длину цепи молекулы рассчитывают по формуле

- эквивалентная длина функциональной  группы или цикла, входящего   в j-ю цепь 

вычисляется по формуле: 

где - общее число атомов углерода в молекуле

- общее число функциональных  групп,циклов и локализованных  кратных связей углерод-углерод  в молекуле

a,b – табличные коэффициенты(табл 2,[1]) 

2.Температура самовоспламенения спирта рассчитывается по формуле 

,

где a,b – табличные коэффициенты (табл 3,[1])

- температура самовоспламенения алкана

3. Температура самовоспламенения угля рассчитывается по формуле

- эмпирический коэффициент (табл. 4.6,[2]) 

СО                  

Уголь С

Этиловый  спирт

2.Расчет температуры вспышки

    2.1 Расчет температуры вспышки в закрытом тигле

          Температура вспышки жидкостей  рассчитывается по формуле:

              ,

  - размерный коэффициент, равный минус 73,14

  - безразмерный коэффициент, равный 0,659

- температура кипения исследуемой жидкости,

- эмпирический коэффициент(табл. 4,[1])

- количество связей вида j  в молекуле исследуемой жидкости

СО    

Температура вспышки  спиртов вычисляется по формуле: 

где a,b – эмпирические коэффициенты (табл 5,[1])

Этиловый  спирт

2.1 Расчет температуры вспышки  в открытом тигле

 

  - размерный коэффициент, равный минус 73

  - безразмерный коэффициент,  равный 0,409

- эмпирический коэффициент (табл. 6,[1])

СО    

Этиловый спирт

 

3.Расчет  температуры воспламенения  жидкостей 

          Температура воспламенения  жидкостей  рассчитывается по формуле 

 

  - размерный коэффициент,  равный минус 47,78

  - безразмерный коэффициент,  равный 0,882

- эмпирический коэффициент (табл. 7,[1])

СО    

 

          Температура воспламенения  спирта  рассчитывается по формуле 

К – эмпирический коэффициент равный 6*10^-4 для спиртов 

 

4.Расчет  концентрационных  пределов распространения  пламени  

  4.1 Расчет  концентрационных пределов распространения пламени для начальной температуры  25⁰С 

Нижний предел распространения пламени в %

или по формуле 

где - эмпирический параметр теплоты образования вещества,

моль*КДж^-1

- стандартная теплота образования  вещества в газообразном состоянии  при 25⁰С, КДж* моль^-1

, , - коэффициенты, характеризующие вклад j-х атомов (С,N,O,H,Cl),r и s-x структурных групп,влияющих на ниэний предел;

, , - число атомов j-го элемента, r и s-x структурных групп в молекуле вещества

l,p,q – число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества

значения  , , в (табл. 8,[1])

значения  в (табл. 9,[1])

СО 

%

 

Этиловый  спирт

%об 

Верхний предел распространения пламени в %об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента (β) по формуле: 

 при β≤8

, - коэффициенты,учитывающие химическое строение вещества(табл. 10,11,[1])

- число связей j-го элемента

СО

%об 
 

Этиловый  спирт

%об