Исследование пожароопасных свойств метилового спирта

где

w (С), w (Н), w (S), w (О),w (N) – – массовые доли элементов в веществе, %;  w (W) – содержание влаги в веществе, %.

         Для нашего вещества:

        w (С) =  37.5%;     w (Н) = 12,5%; w (О) =  50%; тогда: 

         Q_Н = 339,4×37.5 + 1257×12,5 - 108,9×50-25,1[9×12,5+ 0] =

         = 23025 кДж/кг.

Ответ: низшая теплота горения СН₄О равна 23025 кДж/кг 

         2.5 Стехиометрическая  концентрация паров  в смеси. 

         Стехиометрическая концентрация паров в смеси рассчитывается по следующим формулам:

         Объемная концентрация:

                                                %. 

           Массовая канцентрация: 

                                            кг/м³. 

         Подставим наши данные: 

                                               %. 
 

                                 кг/м³=180 г/м³. 

Ответ: стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси

метилового спирта равна 12.3% (объемная) и 0,18 кг/м³ (массовая)- это является опасной концентрацией 
 
 
 
 

         2.6 Температура горения  адиабатическая.

Алгоритм  расчета температуры  горения

         1. Рассчитать суммарный  объем продуктов горения и отдельно объем каждого компонента продуктов горения. 

         V_ПГ^пр = V(CO₂) + V(H₂O) + V(N₂) + V(SO₂) + DV_возд 

         Расчет объема продуктов  горения выполняется в зависимости  от характера горючего вещества (индивидуальное вещество, смесь газов или вещество сложного элементного состава).

         Для индивидуальных веществ можно также определять количество продуктов горения в молях (коэффициенты в уравнении реакции горения). 

         2. Рассчитать низшую  теплоту сгорания вещества.

         Для индивидуальных веществ расчет выполняется по I следствию закона Гесса (при наличии табличных значений энтальпий образования).

         По формуле Д.И. Менделеева расчет Q_н может быть выполнен как для веществ с известным элементным составом, так и для индивидуальных веществ. 

         3. Если по условию задачи есть теплопотери (h), то рассчитывается количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения Q_ПГ 

         Q_ПГ = Q_н (1 – h), кДж/кг или кДж/м³ 

         4. Находим среднее  теплосодержание продуктов горения  Q_ср 

         при отсутствии теплопотерь (h)

         Q_ср = , кДж/м³

         при наличии теплопотерь

         Q_ср = , кДж/м³ 

         5. По значению  Q_ср с помощью таблиц приложений 3 и 4 (“Теплосодержание газов при постоянном давлении”), ориентируясь на азот , приближенно определяем температуру горения Т₁.

         При подборе температуры горения ориентируются на азот, т.к. в большей степени продукты горения состоят именно из азота. Однако, поскольку теплосодержание углекислого газа и паров воды выше, чем у азота, то их присутствие в продуктах горения несколько понижает температуру горения, поэтому ее нужно принимать несколько ниже (на 100-200⁰С), чем по азоту.  

         6. Рассчитываем теплосодержание  продуктов горения при выбранной  температуре Т₁: 

         где

         Q¹(CO₂), Q¹(H₂O), Q¹(N₂), Q¹(SO₂), Q¹(возд) – табличные значения теплосодержания газов

         при выбранной температуре  Т₁.  

         7. Сравниваем Q¹_ПГ с Q_н или Q_ПГ, рассчитанных по п.2 или п.3. 

         Если Q¹_ПГ < Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂ > Т₁ на 100⁰С;

         если Q¹_ПГ > Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂ < Т₁ на 100⁰С . 

         8. Повторяем расчет  теплосодержания продуктов горения  при новой температуре Т₂: 

         9. Расчет проводим  до получения неравенства: 

         Q¹_ПГ < Q_н (Q_ПГ) < Q²_ПГ , где 

         Q¹_ПГ и Q²_ПГ – теплосодержание продуктов горения при температурах Т₁ и Т₂,

                                 отличающихся на 100⁰С. 

         10. Интерполяцией  определяем температуру горения  Т_Г: 

         Т_Г  = Т₁ +  

         Если потери тепла  не учитывались, то получаем адиабатическую температуру горения, а если учитывались, то - действительную температуру горения вещества.

         Для метилового спирта:

         СН₄О + 1.5 (О₂ + 3,76·N₂) → СО₂ + 2Н₂О + 6·3,76·N₂

1. nвозд=1.5·4,76=7.14 моль

  2.    D nвозд=7.14·(1-1)=0 моль

  3.    V_ПГ^пр =6+ 0=6 м³/кг.

  теплопотерь нет

4. Q_ср = = = 3838 Дж/моль

5. Т₁ принимаем равную 2500⁰ С.

6. Q¹_пг = 6209,6·0,7 + 5136,5·1,4+ 3797,4·3,95 = =26537,53Дж.

7. Q¹_ПГ < Q_ПГ, выбираем температуру Т₂ >Т₁ на 100⁰С;

Т₂ = 2400⁰ С.

8. Q²_пг = 5933·0,7 + 4890,9·1.4 + 3633,1·3,95 =

=25350 кДж.

9. Q³_пг = 5660,7·0,7 + 4667,1·1.4 + 3469,3·3,95 =

=24200 кДж.

10. Q⁴_пг = 5392,5·0,7 + 4405,8 ·1.4 + 3306,3·3,95 =

=23020 кДж. 

11. Q⁴_ПГ < Q_ПГ < Q³_ПГ

10.  Т_Г=Т₁+ = 2000 + + = 2202К. 
 

Ответ: температура горения метилового спирта равна =2202К. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Определение показателей  пожарной опасности.

3.1. Температура вспышки.

         Температура вспышки  - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

         Вспышка - быстрое сгорание газо- ,  паровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

         Значение температуры  вспышки следует применять для  характеристики пожарной опасности  жидкости, включая эти данные в  стандарты и технические условия  на вещества; при определении категории  помещений по взрывопожарной и пожарной опасности в соответствии с требованиями норм технологического проектирования, при разработке мероприятий по обеспечению пожарной безопасности и взрывобезопасности в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004 и ГОСТ 12.1.010.

1-й способ. 

                                       t_всп = t_кип - 18  

К –  коэффициент горючести. 

     К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) – 2 n(O) – 2 n(Cl) – 3 n(F) – 5 n(Br),  

     где: 

n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Для изобутилового спирта:

                                       К = 4·1 + 1·4 - 2  = 6, тогда: 

                                        t_всп = 64.9 - 18 = 20.8⁰ С. 

2-й способ.

                                , ^оС.

где а₀ - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;

а₁ -. безразмерный коэффициент, равный 0,659;

t_кип- температура кипения исследуемой жидкости, °С;

а_j - эмпирические коэффициенты, приведённые в табл. 9.3. в зависимости от связей в структурной формуле вещества;

l_j - количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости. 

Структурная формула метилового спирта: 

                                                      Н     

                                                       |        

                                               Н─ С─OH

                                                      |      

                                                     H         
 

       t_всп =- 73,14 + 0,659·64.9 + (1.105·3+2,47+23,9) = -0.7⁰ С. 

Ответ: температура вспышки метилового спирта равна по 1-му способу 20.8 ⁰С , по 2-му способу -0.7 ⁰С. 

(ГОСТ-12.1.044-89 приложение 2)