Исследование пожаровзрывоопасности горючих жидкостей

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

(ДИОКСАН)

 

 

Исполнитель – П.А. Иевлев, Рядовой 22 «СЭ» уч.группы факультета экономики и права

Научный руководитель майор вн.службы Д. Ф. Кожевин

 

 

 

Санкт-Петербург

 

Оглавление

1. Общие сведения. 3

2. Определение характеристик горения. 5

2.1 Характеристика свечения пламени. 5

2.2 Теоретический и практический расход воздуха на горение. 7

2.3 Объем и состав продуктов полного сгорания. 11

2.4 Низшая теплота горения. 19

2.5 Стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси. 21

2.6 Расчет температуры горения. 23

3. Список используемых источников. 30

 

 

Общие сведения

Диоксан (C₄H₈O₂₎ –Диоксан применяется в органической химии в качестве полярного апротонного растворителя. В основном используется как стабилизатор 1,1,1-трихлорэтана. Имеет сладковатый запах схожий с запахом диэтилового эфира. Диоксан побочный продукт этоксилирования в производстве материалов для косметики, а именно натрий лаурил сульфата.

Применение

Диоксан применяют во многих производствах как хороший растворитель, например для ацетилцеллюлозы, минеральных и растительных масел, красок. Диоксан в основном используется как стабилизатор для 1,1,1-трихлорэтана для хранения и транспортирования в алюминиевых контейнерах. Обычно алюминий защищён пассивирующим слоем оксида алюминия, но когда эти слои нарушены, высокореакционноспособный алюминий контактирует с хлоруглеводородами. Так алюминий реагирует с 1,1,1-трихлорэтаном, образуя алюминия хлорид, который катализирует дегидрогалогенирования оставшегося 1,1,1-трихлорэтана в винилиден хлорид и хлороводород. Отражая свойство диоксана как лиганда, он «отравляет» алюминия хлорид, образуя комплекс.

Главные характеристики химического продукта:

· Остаточное содержание кислорода в ПГ – 16,4 %

· Максимальная температура в помещении при аварии - 15 ℃

· Давление в помещении - 780 мм.рт.ст.

· Молярная масса: 88кг/кмоль

· Плотность диоксана составляет: 1,033 г/см³.

· Относительная плотность диоксана равна:

 

· Энтальпия образования равна (ж):

· Температура плавления диоксана составляет - 12

· Температура кипения равна 101

Рисунок 1 - Структурная формула диоксана

 

 

Определение характеристик горения

Низшая теплота горения

Количество тепла, выделяющееся при полном сгорании одного моля вещества, называется теплотой сгорания этого вещества ().

Согласно следствию из закона Гесса, теплота горения вещества равна разности между суммой теплота образования продуктов горения с учетом их коэффициентов ni, в уравнении реакции горения и теплотой образования исходного вещества:

Теплота образования () - тепловой эффект реакции образования 1 моля вещества из простых веществ.

Тепловые эффекты химических реакций определяют при стандартных условиях:

· Температура 0

· Давление 760 мм.рт.ст

Для расчетов температуры и давления взрыва необходимо знать удельную теплоту горения - это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицу массы или объёма горючего вещества. Удельная теплота горения может быть высшей и низшей.

Низшей теплотой горения называют количество теплоты, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 горючего вещества при условии, что вода выделяется в виде пара.

Необходимо помнить, что разность энтальпий ΔH и теплота Q имеют одинаковое численное значение, но разный знак:

Для индивидуальных веществ удельная теплота определяется по формуле:

- мольная теплота горения, кДж/кг;

- полярная масса вещества, кг/кмоль;

Низшую теплоту горения твердых и жидких горючих веществ с известным элементным составом можно рассчитать по формуле Д. И. Менделеева:

где: - содержание в горячем веществе углерода, водорода, кислорода, азота, серы и влаги соответственно масс, %.

Решение 2.4

Рассчитать низшую теплоту сгорания диоксана:

1. Записываем уравнение реакции горения:

2. Находим молярную массу и элементный состав:

Mr(C₄H₈O₂)=88 кг/кмоль

%

3. По формуле Д.И.Менделеева находим низшую теплоту сгорания:

 

 

Расчет температуры горения

Температура горения зависит от состава горючего материала, условий горения: разбавления продуктов горения избыточным воздухом, температуры воздуха, полноты сгорания исходного горючего материала.

Расчет температуры горения может быть осуществлен так же из уравнения энергетического баланса:

где: - тепло, выделяемого при реакции горения, кДж;

- объем продуктов полного горения с учетом избытка воздуха, м3;

- средняя объемная теплоемкость продуктов горения при постоянном давлении, кДж/(м3*К);

- температура горения, К;

- начальная температура, К;

Следовательно, чтобы рассчитать температуру горения, необходимо знать теплотой горения, объем и теплоемкость горения.

При выполнении расчета температуры горения значения теплоемкостей продуктов горения берут из таблиц, а подсчет производят по методу последовательных приближений, каждый раз определяя теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре.

В общем виде алгоритм вычисления температуры горения можно представить следующим образом:

1. Рассчитываем низшую теплоту горения вещества;

2. Вычисляется количество продуктов горения, образующихся из единицы массы или объёма горючего вещества;

3. Определяется средняя энтальпия (теплосодержание) продуктов горения с учетом теплопотерь в окружающую среду;

4. По значению средней энтальпия продуктов горения, с помощью справочной литературы по таблицам "Теплосодержание газов при постоянном давлении", ориентируются на азот, приближенно определяем температуру горения (Таблица 2):

Таблица 3 - Теплосодержание газов при различных температурах

Температура, t0С	Теплосодержание, кДж/м3
О2	N2	воздух	СО2	Н2О	SO2
	131,8	130,1	130,1	170,1	150,6	181,4
	267,2	260,9	261,6	357,7	304,7	377,9
	407,1	393,6	395,4	559,7	463,0	587,0
	551,4	528,7	532,1	772,6	626,8	824,6
	669,3	666,6	672,0	925,1	786,2	1034,9
	850,6	807,8	814,5	1225,6	969,5	1269,6
	1004,7	951,9	960,3	1463,1	1149,7	1507,5
	1160,6	1098,2	1108,2	1706,2	1335,3	1746,4
	1319,0	1246,9	1258,7	1953,8	1527,2	1994,8
	1478,6	1398,2	1410,7	2205,2	1724,2	2237,4
	1639,5	1551,1	1564,9	2460,4	1926,5	2488.8
	1802,1	1705,3	1720,4	2718,5	2133,9	2735,2
	1965,1	1861,2	1877,5	2979,1	2345.5	2979,5
	2129,8	2010,0	2035,5	3241,4	2560,9	3238,0
	2295,7	2176,7	2194,7	3505,7	2781,3	3488,2
	2462,4	2335,5	2355,2	3771,4	3004,2	3747,5
	2630,5	2495,9	2515,7	4039,6	3231,7	4003,1
	2799,7	2656,4	2678,2	4307,3	3461,3	4261,2
	2969,4	2818,2	2840,4	4579,7	3693,5	4529,8
	3140,8	2979,9	3004,2	4847,8	3928,5	4667,6
	3311,7	3142,9	3167,6	5118,2	4166,1	5059,4
	3497,8	3306,3	3332,3	5392,5	4405,8	5337,2
	3659,1	3469,3	3497,4	5660,7	4667,1	5608,7
	3834,3	3633,1	3663,3	5933,0	4890,9	5892,8
	4009,8	3797,4	3828,8	6209,6	5136,5	6169,8
	4184,9	3953,9	3988,4	6487,4	5387,1	6460,1
	4368,9	4135,9	4156,5	6761,8	5639,3	6753,8
	4546,1	4304,4	4320,7	7033,3	5897,8	7050,9
	4729,2	4469,0	4484,9	7311,1	6159,3	7351,3
	4914,9	4634,5	4652,1	7589,7	6425,8	7655,1

 

5. Методом итераций (последовательных приближений) вычисляется температура горения: определяют теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре, затем сравнивают теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре, затем сравнивают ее с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Далее или понижают или повышают предполагаемую температуру горения и снова определяют теплосодержание ПГ. Снова сравнивают с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Так до тех пор, пока не будет определен интервал температур, в котором находится искомая температура горения. После этого методом интерполяции определяют температуру горения при заданных условиях. Если потери теплоты не учитывались, то получается адиабатическая, а если учитывались, то - действительная температура горения.

 

Решение 2.6.1. Расчёт адиабатической температуры горения

Вычислить адиабатическую температуру горения (так как теплопотери не учитываются) диоксана, если начальная температура окружающей среды 15 , давление 780 мм.рт.ст., коэффициент избытка воздуха 4,6.

1. Составляем уравнение реакции горения амилена:

2. По уравнению реакции горения определяем количество киломоль продуктов горения:

 

 

Поскольку в рассматриваемом случае горение протекает с избытком воздуха, необходимо учесть остаточный кислород в продуктах сгорания и азот в избытке воздуха:

 

Таким образом, практический состав продуктов сгорания следующий:

 

 

 

Определяем общее количество продуктов сгорания при сжигании 1 киломоля горючего:

3. Определяем среднее теплосодержание продуктов горения

Теплота горения диокснана составляет:

 

Поскольку отсчет ведется на 1 кмоль, необходимо перевести эту величину в кДж/кмоль:

Среднее теплосодержание продуктов горения:

4. По справочный данным (Таблица 2), ориентируясь на азот, определяем =600

5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения:

=700 (Таблица 2).

Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при =700

следовательно, температура горения находится в интервале от 600 до 700

6. Методом интерполяции рассчитываем температуру горения:

 

 

Ответ: адиабатическая температура горения диоксана при заданных условиях составляет (т.к. расчеты производились без учёта теплопотерь).

 

Решение 2.7.2. Расчёт калориметрической температуры горения

Вычислить калориметрическую температуру горения диоксана, если начальная температура окружающей среды 15 , давление 780 мм.рт.ст., коэффициент избытка воздуха 4,6.

1.Составляем уравнение реакции горения диоксана:

2.По уравнению реакции горения определяем количество киломоль продуктов горения:

 

 

Так как при калориметрической температуре не учитывается коэффициент избытка воздуха, то мы не рассчитываем количество кислорода и азота в продуктах горения воздуха

3.Определяем среднее теплосодержание продуктов горения

 

Теплота горения диоксана составляет:

Поскольку отсчет ведется на 1 кмоль, необходимо перевести эту величину в кДж/кмоль:

Среднее теплосодержание продуктов горения:

4.По справочный данным (Таблица 3), ориентируясь на азот, определяем =2100

5.Рассчитываем теплосодержание продуктов горения:

=2200 (Таблица 3).

Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при =2200

6.Методом интерполяции рассчитываем температуру горения:

 

 

Ответ: калориметрическая температура горения диоксана при заданных условиях составляет .

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ГОРЮЧИХ ЖИДКОСТЕЙ

(ДИОКСАН)

 

 

Исполнитель – П.А. Иевлев, Рядовой 22 «СЭ» уч.группы факультета экономики и права

Научный руководитель майор вн.службы Д. Ф. Кожевин

 

 

 

Санкт-Петербург

 

Оглавление

1. Общие сведения. 3

2. Определение характеристик горения. 5

2.1 Характеристика свечения пламени. 5

2.2 Теоретический и практический расход воздуха на горение. 7

2.3 Объем и состав продуктов полного сгорания. 11

2.4 Низшая теплота горения. 19

2.5 Стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси. 21

2.6 Расчет температуры горения. 23

3. Список используемых источников. 30

 

 

Общие сведения

Диоксан (C₄H₈O₂₎ –Диоксан применяется в органической химии в качестве полярного апротонного растворителя. В основном используется как стабилизатор 1,1,1-трихлорэтана. Имеет сладковатый запах схожий с запахом диэтилового эфира. Диоксан побочный продукт этоксилирования в производстве материалов для косметики, а именно натрий лаурил сульфата.

Применение

Диоксан применяют во многих производствах как хороший растворитель, например для ацетилцеллюлозы, минеральных и растительных масел, красок. Диоксан в основном используется как стабилизатор для 1,1,1-трихлорэтана для хранения и транспортирования в алюминиевых контейнерах. Обычно алюминий защищён пассивирующим слоем оксида алюминия, но когда эти слои нарушены, высокореакционноспособный алюминий контактирует с хлоруглеводородами. Так алюминий реагирует с 1,1,1-трихлорэтаном, образуя алюминия хлорид, который катализирует дегидрогалогенирования оставшегося 1,1,1-трихлорэтана в винилиден хлорид и хлороводород. Отражая свойство диоксана как лиганда, он «отравляет» алюминия хлорид, образуя комплекс.

Главные характеристики химического продукта:

· Остаточное содержание кислорода в ПГ – 16,4 %

· Максимальная температура в помещении при аварии - 15 ℃

· Давление в помещении - 780 мм.рт.ст.

· Молярная масса: 88кг/кмоль

· Плотность диоксана составляет: 1,033 г/см³.

· Относительная плотность диоксана равна:

 

· Энтальпия образования равна (ж):

· Температура плавления диоксана составляет - 12

· Температура кипения равна 101

Рисунок 1 - Структурная формула диоксана