Часть 3. Определение параметров взрыва паровоздушной смеси в помещении
Задание:
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 смесь
Стехиометрическая 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 образованием
СО, 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 параметры
Наиболее взрывоопасная концентрация 2-метил-3-этилпентана в паровоздушной смеси,φстех % об. Количество вещества, создающее наиболее взрывоопасную паровоздушную смесь в помещенииm, кг
Тротиловый эквивалент взрыва
МТНТ, кг
Безопасное расстояние по действию воздушной ударной волныRбез, мКоличество небходимого СО2 для предотвращения взрыва
МСО2, кг
Численные 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 литературы
1.
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 Изи
ДО): 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 52 136−2003
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.
