Расчет и анализ параметров горения и взрыва паровоздушных смесей горючего вещества: 4-метилоктан

Часть 1. Расчет параметров горения и взрыва.

Для вещества (4–метилоктан, C₉H₂₀) рассчитать следующие параметры горения и взрыва:

• адиабатическую температуру горения (Т_ад);
• температуру взрыва (Т_взр);
• концентрационные пределы распространения пламени (КПР);
• минимальную флегматизирующую концентрацию СО₂ (МФК);
• концентрацию горючего в точке флегматизации;
• зависимость КПР от концентрации флегматизатора;
• минимально взрывоопасное содержание кислорода (МВСК);
• максимальное давление взрыва (Р_mах);
• тротиловый эквивалент вещества (η_ТНТ).

Часть 2. Найти в справочной литературе или в Интернете пожаровзрывоопасные характеристики вещества (4–метилоктан, C₉H₂₀) и сравнить их с полученными расчетными значениями. Сделать выводы.

Часть 3. Для помещения заданных размеров (6,5×3,0×3,0)м определить:

• какое количество 4–метилоктана (кг) должно испариться в помещении, чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь;
• тротиловый эквивалент взрыва этой паровоздушной смеси;
• безопасное расстояние по действию воздушной ударной волны;
• минимальное количество диоксида углерода (кг), которое потребуется для предотвращения взрыва в этом помещении.

При расчетах принять, что пары вещества равномерно распределены по помещению и помещение относительно герметично. Давление и температуру в помещении считать нормальными.

1.1 Расчёт адиабатической температуры горения

Адиабатическую температуру горения вещества находят при условии отсутствия теплопотерь, для стехиометрической смеси горючего с воздухом, т.е. при α = 1. Расчет будем вести методом последовательных приближений.

Составляем уравнение реакции горения 4–метилоктана в воздухе:

...

Определим, сколько тепла потребуется для нагревания продуктов горения до температуры 2300 С (то есть методом последовательных приближений определяем диапазон температур, в который будет входить рассчитанное значение Q_Н).

...

1.2 Расчёт температуры взрыва

Температуру взрыва находят при условии отсутствия теплопотерь (η = 0). Запишем уравнение химического превращения при взрыве (аналогично уравнению горения):

...

1.9 Расчёт тротилового эквивалента вещества

Теплота взрыва 4–метилоктана принимается равной его низшей теплоте сгорания Q_Н = 5761 кДж/моль.

Теплота взрыва тротила (тринитротолуола): Q_ТНТ = 4,19∙103 кДж/кг.

При пересчете на 1 кг 4–метилоктана теплота взрыва составит:

...

Часть 2. Сравнение полученных расчётных значений со справочными данными

Расчётные значения параметров горения и взрыва вещества 4–метилоктана представлены в таблице 1.

...

Пожаровзрывоопасные характеристики 4–метилоктана, приведенные в справочной литературе, представлены в таблице 2.

...

3.1 Расчет количества вещества, необходимое для создания взрывоопасной паровоздушной смеси в помещении

Количество 4–метилоктана (в кг), которое должно испариться в помещении размерами a×b×h = (6,5×3,0×3,0) м, чтобы в нем создалась наиболее взрывоопасная паровоздушная смесь, находят из условия образования в помещении паровоздушной смеси стехиометрического состава.

Из уравнения горения видно, что стехиометрическая смесь 4–метилоктана с воздухом содержит: 1 моль 4–метилоктана, 14 моль кислорода и 52,6 моль азота. Концентрация горючего в такой смеси равна:

...

3.4 Расчет минимального количества диоксида углерода (кг), необходимое для предотвращения взрыва в заданном помещении

Для определение минимального количества диоксида углерода, необходимого для предотвращения взрыва в помещении, используем формулу (расчет аналогичный расчету концентрации флегматизатора в пункте 1.4):

...

Таблица 3 - Параметры взрыва паровоздушной смеси 4–метилоктана в помещении объёмом V = 58,5 м³

...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассмотрены и рассчитаны пожароопасные свойства 4–метилоктана, такие как адиабатическая температура горения, температура взрыва, концентрационные пределы распространения пламени, максимальное давления взрыва, тротиловый эквивалент. Также было определено количество диоксид углерода, используемого в качестве флегматизатора, для предотвращения пожара, построена зависимость концентрационных пределов распространения пламени в зависимости от концентрации флегматизатора. Некоторые расчетные данные были сверены со справочными [3] и сделан вывод о возможности применения расчетных методов в определении параметров горения и взрыва для 4–метилоктана.

...