Теория горения и взрыва. ТГиВ 2 вариант. Образовательное учреждение высшего образования академия государственной противопожарной службы министерства российской федерации по делам

• Название: Образовательное учреждение высшего образования академия государственной противопожарной службы министерства российской федерации по делам
• Анкор: Теория горения и взрыва
• Дата: 26.11.2022
• Размер: 87.65 Kb.
• Имя файла: ТГиВ 2 вариант.docx
• Тип: Курсовая; #813873

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И

ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
Институт управления и комплексной безопасности

Кафедра: Процессы горения

Дисциплина: Теория горения и взрыва

Курсовая работа

Вариант № 2

Выполнил:

студент 3120С учебной группы

Биджиев А.Р.
Проверил:

Профессор кафедры процессов

горения, к.т.н. Комраков П. В.

Москва 2021г.

Номер варианта	Вещество	Химическая формула	Tкип, 0C	Размеры помещения, ахbxh, м
2	Трет-амиловый спирт	С5H12О	102,3	5.0*4.0*2.5

Часть 1

• 
  Расчет адиабатической температуры горения (Т_ад) методом последовательных приближений:
  

С₅H₁₂О +7.5(O₂+3,76N₂ )→ 5CO₂+6H₂O+7.5*3,76N₂

где: V_CO2=5 моль/моль; V_H2O=6 моль/моль; V_N2=7.5*3,76=28.2 моль/моль; V_пг=39.2моль/моль;

По закону Гесса расчет низшей теплоты сгорания

Q_н=H⁰_fCO2n_CO2+H⁰_fH2On_H2O-H⁰_C5H12Оn_C5H12О=5*396,6+6*242,2-102,3=3333,9(кДж/моль)

Среднее теплосодержание продуктов горения

H_ср= Q_н/∑V_пгi= 3333,9/39,2=85(кДж/моль)

Ориентируясь на азот, установил, какой температуре соответствует такое тепловыделение.

При Т₁=2300⁰С:

Q`_пг=V_СО2Н_СО2+V_H2OH_H2O+V_N2H_N2=5*126,9+6*104,2+28,2*77,8 = 3453,6(кДж/моль)

т.к. Q`_пг Q_н , →Т₂=2200⁰С.

Q``_пг=V_СО2Н_СО2+V_H2OH_H2O+V_N2H_N2=5*120,8+6*98,8+28,2*74,1= 3286,4(кДж/моль)

Q`_пг  Q_н  Q``_пг →температура горения имеет значение между 2300 и 2200. Установим методом линейной интерполяции:

Т^ад_г=Т₂+(Т₁-Т₂)(Q_н-Q₂)/(Q₁-Q₂)=(2200+(2300-2200)*(3333,9-3286,4)/(3453,6-3286,4)=2501К

Расчет температуры взрыва(Т_вз):

Qн = 3333,9 (кДж/моль)

Среднее значение вн. продуктов взрыва:

V_ср= Q_н/∑V_пгi= Hср=85(кДж/моль)

Из таблицы 2, ориентируясь на азот, установил, какой температуре соответствует такое значение вн. энергии:

Т₁=2800⁰С:

Q₁=5*134,2+6*107+28,2*73,1= 3374(кДж/моль)

Т₂=2700⁰С:

Q₂=5*128,9+6*102,4+28,2*70,2=3238,5(кДж/моль)

т.к. Q₁ Q_н Q₂ → температура взрыва имеет значение между 2800 и 2700. Установим методом линейной интерполяции:

Т_вз=Т₂+(Т₁-Т₂)(Q_н-Q₂)/(Q₁-Q₂)=2700+(100*(3333,9-3238,5)/3374-3238,5=2770(⁰С)=3043К

• 
  Концентрационные пределы распространения пламени (КПР)
  

ϕ_н(в)=100/(аn+b): где n=7,5, значения а=8,684; b=4,679- для нижнего предела.

ϕ_н=100/(8,684*7,5+4,679)=1,4%

Значения a=0,768; b=6,554- для верхнего предела.

ϕ_в= 100/(0,768*7,5+6,554)=8,1%

• 
  Расчет минимальной флегматизирующей концентрации (МФК) Воспользовались уравнением теплового баланса
  

С₅H₁₂О+5O₂+5*3,76N₂CO+6H₂O+5*3,76N₂

Q_н=5*112,7+6*242,2-102,3=1914,4(кДж/моль)

Значения С_р приведены в таблице.

V_ф = =13,9( моль/моль)

Минимальная флегматизирующая концентрация равна

ϕ_мфк=(n_ф*100)/(n_г+ n_О2+ n_N2+ n_ф) =36%

• 
  Расчет концентрации горючего в точке флегматизации
  

ϕ_г= 1*100/(37,6)=2,6%

По полученным данным КПР, МФК и концентрации горючего в точке флегматизации строим график зависимости КПР от коцентрации флегмфтизатора



8

7

6

5

4

3

2

1

0

10 20 30 40

• 
  Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК)
  

ϕ_О2=(n_О2*100=(5*100)/38,\=13%

• 
  Температурные пределы распространение пламени (ТПР) определяют по расчётным значениям концентрационных пределов, использовали уравнение Антуана.
  

Р_н=ϕ_н*Р_о/100=1,4*101325/100=1418,5 (Па)

Р_в=ϕ_в*Р_о/100=8,1 *101325/100=8207,3 (Па)

Р_н= = 7 мм.рт.ст. Р_в= 61,554 мм.рт.ст.

t= (B/(A-lgP))-C из таблицы : А=6,44711; B=1252,216; С=180,301.

lgP_н= lg1,418= 0,15

lgP_в= lg8,2073= 0,91

t_н= (1252,216/(6,44711-0,15))-180,301= 18,5⁰C)(K)

t_в=(1252,216/(6,44711-0,91))-180,301= 45,8(⁰C) 318(K)

• 
  Расчет температуры самовоспламенения вещества (Т_св)
  

Определяем по длине углеводородной цепи

Структурная формула:

m_ц=4 l_ср=16/5=3,2

1-4	1-6	4-5	4-6	1-5
4	2	4	3	3

По таблице 9 определяем Т_св=528К=255^оС

• 
  Максимальное давление взрыва (Р_мах) рассчитываем по формуле 4.1
  

Р^мах_вз= (P_o*T_взр*n_пг)/(n_c*T_o) , где Т_о=273К, Р_о=101,3кПА_, Т_вз=3043К;

n_пг=39,2 моль; n_с=24,8 моль.

Р^мах_вз =(101325*3043*39,2)/(24,8*273)=1785к Па

• 
  Тротиловый эквивалент вещества (_тнт)
  

_тнт=Q_взр/Q_тнт=37885/4187=9,05кг

где Q_тнт=4187 (кДж/кг)-теплота взрыва тротила,

Q_взр=3333,9/(88*10^-3)=37885 кДж/кг

Часть 2

• 
  Заносим в таблицу рассчитанные параметры
  

Параметр горения и взрыва	Тад, (К)	Твз, (К)	КПР, %	МФК (N2), %	МВСК, %	ТПР, (К)	Tсв, (К)	Рмах, (Па)	тнт
Значение параметра	2501	3043	ϕв=8,1 ϕн=1,4	36	13	Тн=291,8 Тв=318	528	1785,2	9,05

• 
  
  

• 
  Вывод пожарной опасности вещества: температура самовоспламенения по расчетным данным велика, объясняется погрешностями расчета, а также влиянием исходной температуры.
  

Часть 3

• 
  Количество вещества (кг), которое должно испарится из уравнения материального баланса горения найдем стехиометрическую концентрацию вещества А:
  

ϕ_ст= 1*100/(1+7,5+7,5*3,76)=2,72%

Найдем объем помещения :

V_пом=5,0*4,0*2,5=50(м³)

Объем паров помещения:

V_п=ϕ_ст*V_пом= 0,0272*50=1,36 (м³)

М=88*10^-3кг/кмоль m_г=88*1,36/22,4 =5,34 кг

• 
  Тротиловый эквивалент взрыва (М_тнт) парогазовой смеси в помещении
  

М_тнт=mQ_тнт, где m-кол-во горючего вещества, - доля потенциальной энергии перешедшей в кинематическую взрыва (=1)

М_тнт=9,05*5,34*1=48,3 (кг тротила)

• 
  Размер безопасной зоны (R_без) по действию давления воздушной ударной волны:
  

R_без=15 (М_тнт)^1/3=15*(43,8)^1/3 = 52,8 (м)

• 
  Определение количества диоксида углерода (М_СО2):
  

С₅H₁₂O+ 7,5(O₂+*3,76N₂)+n_фСО₂5CO₂+6H₂O+7,5*3,76N₂+n_фСО₂

Q_н=(3333,9-(1500-273)(5*50,85+6*39,87+7,5*3,76*31,81)*10^-3)/((1500-273)*50,85*10^-3 )=( моль/моль) 5*112,7+6*242,2-102,3=1914,4(кДж/моль)

V_ф =13,9 моль/моль

Ф_мфк=13,9*100/(1+7,5+7,5*3,76+13,9)=27,4

V_пco2=27.4*88/100=24.1м3=1.07кмоль

m_пco2=1.07*100=107.5кг

• 
  Параметры взрыва паровоздушной смеси вещества А:
  

Параметр горения и взрыва	Vпом, м3	Mг, кг	Мтнт, Кг	Rбез, М	МСО2, кг
Значение параметра	50	5,34	48,3	52,8	107.5

• 
  
  

• 
  Вывод: в курсовой работе определили параметры горения и взрыва горючего вещества: трет-амиловый спирт(С5Н12О)
  

С точки зрения пожарной охраны наиболее важны концентрационные пределы распространения пламени:

ϕ_н=1,4% ϕ_вн=8,1%

Определили уровни образования наиболее взрывоопасной паровоздушной смеси, параметры взрыва и рассчитали количество флегматизатора, необходимого для предотвращения взрыва такой смеси.

Литература:

1. 
   Примеры и задачи по курсу «Теория горения и взрыва», А.С. Андросов, Е.П. Салеев, 2008 г. Москва.
   
2. 
   Справочник «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их тушения» Москва – «Химия», 1990г.