Горение и взрывы газов, жидкостей и твердых веществ (окись углерода)

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Курсовая работа на тему:

" Горение и взрывы газов, жидкостей и твердых веществ (окись углерода)"

Выполнила:

ст.гр. ББЖ-311

Сбитнева О.М.

Проверил:

Щеглов П.П.

Москва-2011

1. Физико-химические процессы и пожароопасные свойства вещества

2. Условия диффузионного и кинетического горения

3. Расчетная часть

4. Пожарные извещатели целесообразные для обнаружения пожара

5. Способы тушения пожара и огнетушащее вещество

6. Список литературы

1. Физико-химические свойства вещества Окись углерода представляет собой бесцветный лишенный запаха газ, который имеет низкую плотность по воздуху (0.97), замерзает при температуре -204° В воде и в плазме крови растворяется очень мало — около 2% (по объему), но в спирте в 10 раз больше. Особенностью окиси углерода является тот факт, что окись углерода не адсорбируется пористыми материалами. Является восстановителем, вступает в реакции окисления. Горит синим пламенем с образованием двуокиси углерода — СО2. Такая реакция может идти без нагревания в присутствии катализатора, например гопкалита.

Получают двумя способами:

1. В промышленности при взаимодействии раскалённого угля с углекислым газом: С + CO2 = 2CO или водяным паром: С + H2O = CO + H2. Таким образом, производят генераторный и водяной газы, использующиеся как газообразное горючее.

2. В лаборатории CO получают нагреванием при 100 °C муравьиной кислоты с серной кислотой; при этом происходит реакция: HCOOH = H2O + CO.

Промышленный способ

1. Образуется при горении углерода или соединений на его основе (например, бензина) в условиях недостатка кислорода:

2C + O2 > 2CO^ (тепловой эффект этой реакции 220 кДж),

2. или при восстановлении диоксида углерода раскалённым углём:

CO2 + C — 2CO^ (ДH=172 кДж, ДS=176 Дж/К).

Эта реакция часто происходит при печной топке, когда слишком рано закрывают печную заслонку (пока окончательно не прогорели угли). Образующийся при этом монооксид углерода, вследствие своей ядовитости, вызывает физиологические расстройства («угар») и даже смерть (см. ниже), отсюда и одно из тривиальных названий — «угарный газ». Картина протекающих в печи реакций приведена на схеме.

горение пожароопасный тушение

http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B0%D0%B9%D0%BB:%D0%92%D0%BB%D0%B8%D1%8F%D0%BD%D0%B8%D0%B5_%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B0%D1%82%D1%83%D1%80%D1%8B_%D0%BD%D0%B0_%D1%80%D0%B0%D0%B2%D0%BD%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%B8%D0%B5_%D1%80%D0%B5%D0%B0%D0%BA%D1%86%D0%B8%D0%B8_CO2%2BC%3D2CO.svgРеакция восстановления диоксида углерода обратимая, влияние температуры на состояние равновесия этой реакции приведено на графике. Протекание реакции вправо обеспечивает энтропийный фактор, а влево — энтальпийный. При температуре ниже 400 °C равновесие практически полностью сдвинуто влево, а при температуре выше 1000 °C вправо (в сторону образования CO). При низких температурах скорость этой реакции очень мала, поэтому монооксид углерода при нормальных условиях вполне устойчив. Это равновесие носит специальное название равновесие Будуара.

3. Смеси монооксида углерода с другими веществами получают при пропускании воздуха, водяного пара и т. п. сквозь слой раскалённого кокса, каменного или бурого угля и т. п.

Лабораторный способ

1. Разложение жидкой муравьиной кислоты под действием горячей концентрированной серной кислоты, либо пропуская муравьиную кислоту над оксидом фосфора P2O5. Схема реакции:

HCOOH >(t, H2SO4) H2O + CO^

Можно также обработать муравьиную кислоту хлорсульфоновой. Эта реакция идёт уже при обычной температуре по схеме:

HCOOH + ClSO3H > H2SO4 + HCl + CO^.

2. Нагревание смеси щавелевой и концентрированной серной кислот. Реакция идёт по уравнению:

H2C2O4 >(t, H2SO4) CO^ + CO2^ + H2O.

Выделяющийся совместно с CO диоксид углерода можно удалить, пропустив смесь через баритовую воду.

3. Нагревание смеси гексацианоферрата (II) калия с концентрированной серной кислотой. Реакция идёт по уравнению:

K4[Fe (CN)6] + 6H2SO4 + 6H2O >(t) 2K2SO4 + FeSO4 + 3(NH4)2SO4 + 6CO^.

Применение:

В химической промышленности для синтеза спиртов, углеводородов, альдегидов и органических кислот, а также для получения синтетического жидкого топлива.

Монооксид углерода так же применяется для обработки мяса животных и рыбы, придает им ярко красный цвет и вид свежести, не изменяя вкуса. Допустимая концентрация CO равна 200 мг/кг мяса.

Угарный газ от выхлопа двигателей применялся нацистами в годы Второй мировой войны для массового умерщвления людей путём отравления.

Основными типами химических реакций, в которых участвует монооксид углерода, являются реакции присоединения и окислительно-восстановительные реакции, в которых он проявляет восстановительные свойства.

При комнатных температурах CO малоактивен, его химическая активность значительно повышается при нагревании и в растворах (так, в растворах он восстанавливает соли Au, Pt, Pd и других до металлов уже при комнатной температуре. При нагревании восстанавливает и другие металлы, например CO + CuO > Cu + CO2^. Это широко используется в пирометаллургии).

Окисление СО в растворе часто идёт с заметной скоростью лишь в присутствии катализатора. При подборе последнего основную роль играет природа окислителя. Так, KMnO4быстрее всего окисляет СО в присутствии мелкораздробленного серебра, K2Cr2O7 — в присутствии солей ртути, KClO3 — в присутствии OsO4. В общем, по своим восстановительным свойствам СО похож на молекулярный водород. Ниже 830 °C более сильным восстановителем является CO, — выше — водород. Поэтому равновесие реакции:

H2O + CO — CO2 + H2 + 42 кДж до 830 °C смещено вправо, выше 830 °C влево. Интересно, что существуют бактерии, способные за счёт окисления СО получать необходимую им для жизни энергию.

Монооксид углерода горит синим пламенем (температура начала реакции 700 °C) на воздухе:

CO + ½O2 > CO2 ДG°298 = ?257 кДж, ДS°298 = ?86 Дж/K

Температура горения CO может достигать 2100 °C, она является цепной, причём инициаторами служат небольшие количества водородсодержащих соединений (вода, аммиак, сероводород и др.) Благодаря такой хорошей теплотворной способности, CO является компонентом разных технических газовых смесей (например, генераторный газ), используемых, в том числе, для отопления.

Монооксид углерода реагирует с галогенами. Наибольшее практическое применение получила реакция с хлором:

CO + Cl2 > COCl2

Реакция экзотермическая, её тепловой эффект 113 кДж, в присутствии катализатора (активированный уголь) она идёт уже при комнатной температуре. В результате реакции образуется фосген — вещество, получившее широкое распространение в разных отраслях химии (а также как боевое отравляющее вещество). По аналогичным реакцииям могут быть получены COF2 (карбонилфторид) и COBr2 (карбонилбромид). Карбонилиодид не получен. Экзотермичность реакций быстро снижается от F к I (для реакций с F2тепловой эффект 481 кДж, с Br2 — 4 кДж). Можно также получать и смешанные производные, например COFCl.

Реакцией CO с F2, кроме карбонилфторида можно получить перекисное соединение (FCO)2O2. Его характеристики: температура плавления ?42 °C, кипения +16 °C, обладает характерным запахом (похожим на запах озона), при нагревании выше 200 °C разлагается со взрывом (продукты реакции CO2, O2 и COF2), в кислой среде реагирует с иодидом калия по уравнению:

(FCO)2O2 + 2KI > 2KF + I2 + 2CO2^

Монооксид углерода реагирует с халькогенами. С серой образует сероксид углерода COS, реакция идёт при нагревании, по уравнению:

CO + S > COS ДG°298 = ?229 кДж, ДS°298 = ?134 Дж/K

Получены также аналогичные селеноксид COSe и теллуроксид COTe.

Восстанавливает SO2:

SO2 + 2CO > 2CO2 + S

C переходными металлами образует очень летучие, горючие и ядовитые соединения — Карбонилы, такие как Cr (CO)6, Ni (CO)4, Mn2CO10, Co2(CO)9 и др.

Монооксид углерода незначительно растворяется в воде, однако не реагирует с ней. Также он не вступает в реакции с растворами щелочей и кислот. Однако с расплавами щелочей вступает в реакцию:

CO + KOH > HCOOK

Интересна реакция монооксида углерода с металлическим калием в аммиачном растворе. При этом образуется взрывчатое соединение диоксодикарбонат калия:

2K + 2CO > K+O?—C2—O?K+

Реакцией с аммиаком при высоких температурах можно получить важное для промышленности соединение — циановодород HCN. Реакция идёт в присутствии катализатора (оксид тория ThO2) по уравнению:

CO + NH3 > H2O + HCN

2.Условия диффузионного и кинетического горения Горение — сложный физико-химический процесс, протекающий с выделением теплоты и света.

Диффузионное горение-горение, при котором скорость горения зависит от скорости диффузии.

Кинетическое горение — горючая смесь образуется до появления источника. Скорость горения зависит от скорости химической реакции. В зависимости от скорости выгорания горючей смеси кинетическое горение разделяют на:

Ш детонационное (скорость выгорания смеси составляет более 340 м/с);

Ш дефлаграционное (скорость выгорания смеси составляет от 40м/с до 340м/с).

Диффузионное горение СО наблюдается при выходе газа из газопровода, цистерны, баллона.

Если же газ предварительно перемещен с воздухом, а затем подожжен, то горение будет носить кинетический характер (взрыв).

Быть взрыву дефлаграционному или детонационному зависит от:

Ш природы газа (к детонации более склонны газы: ацетилен, окись этилена и т. д; менее склонны: монооксид углерода СО, пропан, ,);

Ш загроможденности окружающей среды. С увеличением загроможденности среды увеличивается турбулентность газов смеси, что приводит к увеличению скорости выгорания и возможности перехода дефлаграционного в детонационный взрыв;

Ш газокислородные смеси более склонны к детонации;

Ш от объема газовоздушной смеси.

3. Расчетная часть

3.1 Объём воздуха, необходимый для горения (м3/кг) Горючее вещество имеет определенный состав. В этом случае расчет объема воздуха, необходимого для горения нужно вести по уравнению реакции горения.

56 кг — (1+1•3,76)•24,9

1 кг — x

x=2,1м3/кг

3.2 Радиус при детонационном взрыве парогазовоздушной смеси (10 тонн газа). Вычислить радиус безопасной для человека зоны Вычислим радиус сгоревшей смеси при детонационном взрыве:

где масса газа, т Вычисляем радиус безопасной для человека зоны:

где k=6.0 (см. табл.1)

Зона безопасная для человека =189,6 м при =8 кПа, =500 кПа.

Таблица 1

3.3 Радиус при дефлаграционном взрыве парогазовоздушной смеси (10 тонн газа) Зависимость давления в воздушной ударной волне на различном расстоянии от центра взрыва. Радиус безопасной для человека зоны.

Радиус при дефлаграционном взрыве выгоревшей смеси определяется по формуле:

гдедоля расширенного газа, масса газа, т,

— молекулярная масса газа,

где

Сстх — стехиометрическая концентрация смеси — определяем по уравнению горения

2+1+1•3,76 — 100%

2 — x%

x=29,6%

Сстх=29,6%

Определим избыточное давление во фронте воздушной ударной волны на расстоянии L от центра взрыва:

где

— максимальное давление на фронте волны;

L-расстояние от центра взрыва (от 100 до 1000 м).

где скорость звука (340 м/с)

— скорость выгорания газа (принимается от 40до 340 м/с) По значению по таблице 2 находим коэффициенты В и С.

Таблица 2

Имеем коэффициенты B=0.546, C=1.048.

Вычисляем кПа Находим избыточное давление во фронте воздушной ударной волны:

кПа, По значениям и L строим график зависимости давления в воздушной ударной волне на расстоянии от центра взрыва. По графику определим радиус безопасной для человека зоны.

Из расчетов установили, что зона при L=600 м и кПабезопасна для человека.

Итак, детонационный взрыв: радиус безопасной зоны =189,6 м при =8кПа, =500 кПа. Дефлаграционный взрыв: м при кПа, =45,2 кПа.

При детонационном взрыве радиус безопасной зоны меньше, чем при дефлаграционном взрыве, так как при детонационном взрыве площадь выгорания будет больше. А площадь выгорания зависит от скорости выгорания, а при детонационном взрыве она более 340 м/с по определению, а при дефлаграционном взрыве она составила 200 м/с.

4. Пожарные извещатели целесообразные для обнаружения пожара Пожарные извещатели входят в состав пожарной сигнализации, которая в свою очередь представляет собой, комплекс технических средств для обнаружения загорания и оповещения о месте его возникновения.

Пожарная сигнализация включает в себя кроме пожарных извещателей, приёмные устройства, линии связи, источники питания.

Пожарные извещатели представляют собой устройства для подачи электрического сигнала о пожаре на пункт охраны. Они бывают с ручным включением и автоматически реагирующие на факторы, сопутствующие пожару (тепло, дым, свет).

Приёмные устройства пожарной сигнализации служат для приёма сигналов о пожаре от пожарных извещателей, индикации номера охраняемого объекта, с которого принят сигнал, и звуковой сигнализации о получении сигнала тревоги, для дистанционного включения пожарной автоматики, трансляции сигнала тревоги в пожарную охрану.

Основная классификация определяется по типу опасного фактора пожара:

Ш тепловые (по температуре);

Ш дымовые;

Ш извещатели пламени;

Ш газовые (по составу продуктов горения).

Исходя из того, что монооксид углерода горит, синим пламенем (температура начала реакции 700 °C) на воздухе и температура горения CO может достигать 2100 °C. Следовательно, нужно использовать тепловой пожарный извещатель, прибор, реагирующий на определенное значение температуры и/или скорости ее нарастания и пожарный извещатель пламени, прибор, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага.

Тепловой пожарный извещатель Применение Применяются, если на начальных стадиях пожара выделяется значительное количество теплоты, например в складах горюче-смазочных материалов. Либо в случаях, когда применение других извещателей невозможно. Применение в административно — бытовых помещениях запрещено.

Поле наибольшей температуры располагается на расстоянии 10…23 см от потолка. Поэтому именно в этой области желательно располагать теплочувствительный элемент извещателя. Тепловой извещатель, расположенный под потолком на высоте шести метров над очагом пожара сработает при тепловыделении пожара 420 кВт, а на высоте 10 метров — при 1,46 МВт.

Точечный Извещатель, реагирующий на факторы пожара в компактной зоне.

Многоточечный Тепловые многоточечные извещатели — это автоматические извещатели, чувствительные элементы которых представляют собой совокупность точечных сенсоров дискретно расположенных на протяжении линии. Шаг их установки определяется требованиями нормативных документов и техническими характеристиками, указываемыми в технической документации на конкретное изделие.

Линейный (термокабель) Существует несколько типов линейных тепловых пожарных извещателей, конструктивно отличающихся друг от друга:

Ш полупроводниковый — линейный тепловой пожарный извещатель, у которого в качестве сенсора температуры используется покрытие проводов веществом, имеющим отрицательный температурный коэффициент. Данный вид термокабеля работает только в комплекте с электронным управляющим блоком. При воздействии температуры на любой участок термокабеля изменяется сопротивление в точке воздействия. С помощью управляющего блока можно задать разные пороги температурного срабатывания;

Ш механический — качестве сенсора температуры данного извещателя используется герметичная металлическая трубка, заполненная газом, а также датчик давления, подключенный к электронному блоку управления. При воздействии температуры на любой участок сенсорной трубки изменяется внутреннее давление газа, значение которого регистрируется электронным блоком. Данный тип линейного теплового пожарного извещателя многоразового действия. Длина рабочей части металлической трубки сенсора имеет ограничение по длине до 300 метров:

Ш электромеханический — линейный тепловой пожарный извещатель, у которого в качестве сенсора температуры используется термочувствительный материал, нанесенный на два механически напряженных провода (витая пара), Под воздействием температуры термочувствительный слой размягчается, и два проводника накоротко замыкаются Пожарный извещатель пламени Извещатели пламени применяются, как правило, для защиты зон, где необходима высокая эффективность обнаружения, поскольку обнаружение пожара извещателями пламени происходит в начальной фазе пожара, когда температура в помещении ещё далека от значений, при которых срабатывают тепловые пожарные извещатели. Извещатели пламени обеспечивают возможность защиты зон со значительным теплообменом и открытых площадок, где невозможно применение тепловых и дымовых извещателей. Извещатели пламени применяются для организации контроля наличия перегретых поверхностей агрегатов при авариях, например, для обнаружения пожара в салоне автомобиля, под обшивкой агрегата, контроля наличия твердых фрагментов перегретого топлива на транспортере.

5. Способ тушения. Необходимое огнетушащее вещество Тушение пожара техническими средствами осуществляется при выполнении ими следующих функций:

Ш изоляция очага горения от воздуха или снижение концентрации кислорода разбавлением негорючими газами до значения, при котором не происходит горение;

Ш охлаждение очага горения, технологического оборудования до температуры ниже определенного предела, при котором прекращается распространение горения;

Ш интенсивное торможение скорости химических реакций в пламени;

Ш механический срыв пламени сильной струей огнетушащего средства.

При выборе технических средств учитываются:

Ш физико-химические свойства горящих материалов, отсутствие их реакции со средствами тушения;

Ш величины пожарной нагрузки и ее размещения;

Ш скорости выгорания пожарной нагрузки;

Ш скорости распространения горения по пожарной нагрузке и по зданию;

Ш газообмена очага пожара с окружающей средой и с атмосферой;

Ш теплообмена между очагом пожара с окружающими материалами и конструкциями;

Ш размещение и формы очага пожара и помещения, в котором произошел пожар;

Ш метеорологическиех условия.

Для ликвидации и ограничения распространения пожаров следует применять: первичные средства — переносные и возимые огнетушители, размещаемые в зданиях пожарные краны, стационарные — с запасом огнетушащих веществ, ручные или автоматические, лафетные стволы, передвижные — различные пожарные автомобили.

Использование средств пожаротушения следует осуществлять с учетом возможной порчи ими ценностей, повреждения элементов здания, загрязнения окружающей среды.

Здания и помещения должны оборудоваться средствами пожаротушения и сигнализации о пожаре.

Для ликвидации процесса горения необходимо прекратить подачу в зону горения горючего вещества и окислителя или снизить их поступление до значений, при которых горение не произойдет. Это достигается охлаждением зоны горения ниже температуры самовоспламенения или понизить температуру горящего вещества ниже температуры воспламенения; разбавить реагирующие вещества негорючими веществами; изолировать горючие вещества от зоны горения.

К огнетушащим веществам относят воду, пены, инертные газы, галогеноуглеводородные, порошковые и комбинированные составы.

Наиболее целесообразные средства пожаротушения для окиси углерода это тушение водой в распыленном виде, двуокисью углерода и порошком.

Вода — наиболее распространенное и дешевое средство. Вода является хорошим огнегасящим средством, обладающим следующими достоинствами: охлаждающее действие, разбавление горючей смеси паром (при испарении воды ее объем увеличивается в 1700 раз), механическое воздействие на пламя, доступность и низкая стоимость, химическая нейтральность.

Недостатки: нефтепродукты всплывают и продолжают гореть на поверхности воды; вода обладает высокой электропроводностью, поэтому ее нельзя применять для тушения пожаров на электроустановках под напряжением.

Тушение пожаров водой производят установками водяного пожаротушения, пожарными автомашинами и водяными стволами. Для подачи воды в эти установки используют водопроводы.

К установкам водяного пожаротушения относят спринклерные и дренчерные установки.

Воду подают в очаг горения в виде сплошных и распыленных струй. Сплошной струей сбивают пламя. Ее используют, когда к зоне горения трудно добраться и для охлаждения соседних с горящим объектом металлоконструкций.

Тушение распыленной струей более эффективно, вследствие лучшей ее испаряемости.

Двуокись углерода — бесцветный газ с плотностью 1,98 кг/мі, не имеющий запаха и не поддерживающий горение большинства веществ. Механизм прекращения горения двуокисью углерода заключается в ее способности разбавлять концентрацию реагирующих веществ до пределов, при которых горение становится невозможным. Двуокись углерода может выбрасываться в зону горения в виде снегообразной массы, оказывая при этом охлаждающее действие. Из одного килограмма жидкой двуокиси углерода образуется 506 л. газа. Огнетушащий эффект достигается, если концентрация двуокиси углерода не менее 30% по объему. Удельный расход газа при этом составит 0,64 кг/(мі· с).

Нельзя применять для тушения щелочно-земельных, щелочных металлов, некоторых гидридов металлов, развитых пожаров тлеющих материалов.

Порошковое пожаротушение — тушение пожара огнетушащим порошковым составом. В ряде случаев порошки являются единственным огнетушащим веществом пригодным для тушения специфических типов пожаров.

Порошки хранят в специальных упаковках, предохраняющих их от увлажнения, и подают в очаг горения сжатыми газами. Порошки нетоксичны, малоагрессивны, сравнительно дешевы, удобны в обращении.

Огнетушащая способность порошков обусловлена действием следующих факторов:

· охлаждением зоны горения в результате затрат тепла на нагрев частиц порошка, их частичное испарение и разложение в пламени;

· разбавлением горючей среды газообразными продуктами разложения порошка или непосредственно порошковым облаком;

· эффектом огнепреграждения, достигаемым при прохождении через узкие каналы, создаваемые порошковым облаком;

· ингибирование химических реакций, обуславливающих развитие процесса горения, газообразными продуктами разложения и испарения порошков или гетерогенным обрывом цепей на поверхности порошков или твердых продуктов их разложения.

Перечень основных показателей качества огнетушащих порошков:

· показатель огнетушащей способности — масса порошка, необходимая для тушения из огнетушителя единицы площади открытой горящей поверхности или всего очага пожара, принятого в качестве модельного;

· текучесть — способность порошка обеспечивать массовый расход через данное сечение в единицу времени под воздействием давления выталкивающего газа;

· кажущаяся плотность — отношение массы порошка к занимаемому им объему;

· устойчивость к термическому воздействию;

· устойчивость к вибродействиям и тряске;

· показатель слеживаемости — показатель, характеризующий способность огнетушащего порошка слеживаться под воздействием внешних факторов;

· срок сохраняемости.

Недостатки: низкая охлаждающая способность. Поэтому при порошковом тушении возможны повторные вспышки от раскаленных в огне предметов.

Одним из направлений повышения эффективности и универсальности применения порошковых составов является введение, кроме огнетушащего, второго действия — адсорбции горючего материала, в частности нефтепродуктов. Данные огнетушащие порошки получили название — огнетушащие порошки двойного назначения. Под вторым назначением понимается адсорбция нефтепродукта при его разливе. Адсорбция достигается путем введения в состав огнетушащего порошка природного минерала — шунгита с развитой удельной поверхностью.

Выбор средств пожаротушения сводится к обеспечению надежного тушения при наименьших затратах.

Список используемой литературы

1. Щеглов П. П. Химическая безопасность (перевозка опасных грузов): Коспект лекций. — М.: МИИТ, 2003. — 165 с.

2. Щеглов П. П. Вопросы и задачи по опасным грузам: Учебное пособие. — М.: МИИТ. 2004. — 62 с.

3. Органическая химия.

4. Справочник. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средств их пожаротушения: Справ.изд.:в 2 книгах;кн.1/А.А. Баратов; А. Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук и др:-М;Химия, 1990. -496 с.

5. Щеглов П. П., В. Л. Иванников. Пожароопасность полимерных материалов.1992