Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени по газо- и паровоздушным смесям

 

Методы расчета применимы для индивидуальных органических веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl (не более одного атома хлора в молекуле) и их смесей. В случаях, оговоренных в пп. 2 и 3, в состав смесей могут входить водород, диоксид углерода, азот, водяной пар. Относительная среднеквадратическая погрешность расчетных значений концентрационных пределов распространения пламени не превышает 20 %.

1. Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени индивидуальных веществ для начальной температуры 25 °С

1.1. Нижний предел (j_н) в % об. вычисляют по формулам

 

(43)

 

или

 

(44)

 

где hf	— эмпирический параметр теплоты образования вещества, моль·кДж-1;
	— стандартная теплота образования вещества в газообразном состоянии при 25 °С, кДж·моль-1;
hj, hr, hs	— коэффициенты, характеризующие вклад j -х атомов (С, Н, О, N, Cl), r и s -x структурных групп, влияющих на нижний предел;
mj, mr, ms	— число атомов j -го элемента, r и s -x структурных групп в молекуле вещества;
l, р, q	— число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества.

Значения коэффициентов h_f, h_j, h_r приведены в табл. 21.

 

Таблица 21

 

hj	hr	hf,
h C	h H	h O	h N	h C l	h CºC	h O /\ C—C	моль·кДж-1
9,134	2,612	-0,522	-0,494	-3,57	7,88	6,50	0,0246

 

Значения коэффициентов h_s приведены в табл. 22.

 

 

Таблица 22

 

Вид структурной группы	hs	Вид структурной группы	hs
С—С	3,75	C—Cl	0,71
С=С	11,10	О—Н	0,52
С—Н	4,47	N—H	1,90
С—О	0,90	N—N	13,84
С=О	3,12	CºC	31,05
С—N (трехвалентный)	2,27		44,13

 

1.2. Верхний предел распространения пламени (j_в) в % об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента кислорода (b) по формулам:

 

при b £ 8 (45)

 

при b > 8 (46)

 

где hj, qs	— коэффициенты, учитывающие химическое строение вещества;
т j	— число связей j -го элемента;
m C, m H, m Cl, m O	— число атомов соответственно углерода, водорода, хлора и кислорода в молекуле вещества.

Значения коэффициентов h_j и q_s приведены в табл. 23 и 24.

 

Таблица 23

 

Вид структурной группы	hj	Вид структурной группы	hj
С—С	—0,84	С=О	1,31
С С	0,89	C—N	—1,17
С=С	0,24	CºN	2,07
СºС	1,93	C—Cl	0,71
С—Н	1,39	N—H	0,69
С—О	—1,40	O—H	1,25

 

Таблица 24

 

Вид структурной группы	qs
	—1,47
цикл неароматический	9/ m c
	1,11

 

2. Метод расчета концентрационных пределов распространения пламени для смесей горючих веществ при начальной температуре 25 °С

Метод предназначен для веществ, не вступающих между собой в химическую реакцию при начальной температуре. В число компонентов смеси может входить молекулярный водород, объемная концентрация которого не должна превышать 75 % от суммы горючих компонентов смеси. Негорючими компонентами смеси являются диоксид углерода, азот и водяной пар. В число компонентов смеси не входит кислород.

Нижний j_н (верхний j_в) предел распространения пламени для смеси горючих веществ в % об. вычисляют по формуле

 

, (47)

 

где j _k — концентрация k -го горючего компонента смеси, % об.;

— нижний или верхний предел для бинарной смеси k -го горючего компонента с воздухом, % об.;

п — число горючих компонентов смеси.

Если предел () какого-либо компонента смеси неизвестен, его вычисляют, как указано в п. 1.

3. Методы расчета пределов распространения пламени для смесей горючих веществ с негорючими при выпуске их в воздух для начальной температуры 25 °С

Данные методы расчета применяются в том случае, если компоненты смеси не вступают между собой в химическую реакцию при начальной температуре, негорючими компонентами смеси являются диоксид углерода, азот и водяной пар. В число горючих компонентов смеси может входить молекулярный водород, объемная концентрация которого не должна превышать 75 %. В число компонентов смеси не входит кислород.

3.1. Нижний концентрационный предел распространения пламени для смеси (j_н) в % об. вычисляют по формуле

 

j_н = 100/(1 + n_в), (48)

 

где n_в — число молей воздуха, приходящееся на 1 моль исходной смеси, определяют по формуле

 

, (49)

 

где	— нижний предел распространения пламени k- го горючего компонента, % об.;
j j	— концентрация j -го негорючего компонента, % об.;
Сj	— коэффициент j -го негорючего компонента;
т	— число негорючих компонентов смеси.

Значения коэффициента С_j приведены в табл. 25.

 

Таблица 25

 

Негорючий компонент смеси	Сj
Азот	0,988
Водяной пар	1,247
Диоксид углерода	1,590

 

3.2. Верхний предел распространения пламени для смеси (j_в) в % об. вычисляют по формуле

 

(50)

 

где — верхний предел распространения пламени для бинарной смеси k -гогорючего компонента с воздухом, % об.;

— верхний условный предел распространения пламени j -го негорючего компонента, вычисляемый для каждого негорючего компонента по формуле

 

, (51)

 

где j_ф — минимальная флегматизирующая концентрация негорючего компонента, % об.;

К _ф — коэффициент флегматизации.

Минимальную флегматизирующую концентрацию (j_ф) каждого негорючего компонента в % об. вычисляют по формуле

 

, (52)

 

где — коэффициент теплоты образования смеси горючих компонентов в газообразном состоянии, моль·кДж^-1;

— свободные члены;

— коэффициенты атомов и структурных групп горючих компонентов (их значения приведены в табл. 26);

m_j — число атомов j -го вида в смеси горючих компонентов.

 

Таблица 26

 

Коэффициенты	Значение коэффициента при разбавлении смеси
h ¢ j, h ¢¢ j	азотом	водяным паром	диоксидом водорода
h ¢ f	0,865·10-2	0,802·10-2	0,736·10-2
h ¢ф	1,256	0,780	0,584
h ¢С	2,528	1,651	1,292
h ¢H	0,759	0,527	0,427
h ¢O	0,197	0,446	0,570
h ¢N	—0,151	—0,147	—0,133
h ¢CºC	1,500	1,500	1,500
h ¢¢ф	2,800	2,236	2,020
h''С	5,946	5,000	4,642
h'' H	1,486	1,250	1,160
h'' О	—2,973	—2,500	—2,321
h'' N
h'' CºC

 

Для смеси горючих компонентов величины D H ° _f в кДж·моль^-1 и т_j вычисляют по формулам

 

, (53)

 

, (54)

 

где D H ° _fk — стандартная теплота образования k -го горючего компонента в газообразном состоянии, в кДж·моль^-1;

m_jk — число j- х атомов в молекуле k -го горючего компонента.

Если среди горючих компонентов смеси отсутствуют молекулярный водород, монооксид углерода и уксусная кислота, то значение коэффициента флегматизации К _ф берут из табл. 27. В противном случае К _ф, вычисляют по формуле (55) с использованием данных табл. 27

 

(55)

 

где — коэффициент флегматизации k -го горючего компонента данным флегматизатором.

 

Таблица 27

 

Флегматизатор	К фпри флегматизации
	органических веществ	молекулярного водорода	монооксида углерода
Азот	0,100	0,003	0,020
Диоксид углерода	0,190	0,018	0,096
Водяной пар	0,160	0,003	—