Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом




НазваниеТепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом
страница1/14
Дата публикации09.04.2013
Размер1.22 Mb.
ТипДокументы
vbibl.ru > Математика > Документы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14
Теория горения

1. Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева

Горение – быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты и резким повышением температуры продуктов сгорания. Тепловые эффекты р.г.: 1) Удельная теплота сгорания – количество теплоты, выделяющейся при сгорании единицы массы или единицы объема вещества. а) высшая удельная теплота сгорания (Qв) – количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании единицы массы (объема) вещества с образованием воды в жидкой фазе. б) низшая удельная теплота сгорания (Qн) – количество теплоты, выделяющейся при сгорании единицы массы (объема) вещества с образованием воды в парообразном состоянии. При расчетах количества теплоты, выделяющейся при пожарах, исходят из низшей теплоты сгорания. Высшая и низшая удельные теплоты сгорания связаны соотношением: Qн = Qв -25,1(9H+W), кДж/кг, где 25,1(9H+W) – теплота, затраченная на испарение влаги W вещества и воды, образующейся при сгорании водорода Н горючего вещества, кДж/кг. Для приближенных расчетов удельной теплоты сгорания отдельных видов горючих веществ используются формулы Д. И. Менделеева: Qв = 339,4C+1257H-108,9(O-S), кДж/кг; Qн = 339,4C+1257H-108,9(O-S)-25,1(9H+W), кДж/кг, где C, H, W, S – содержание углерода, водорода, влаги и серы в рабочей массе горючего вещества, %; О – суммарное содержание кислорода и азота в рабочей массе горючего вещества, %. 2) тепловой баланс реакции горения 3) Теплота сгорания некоторых веществ (по таблице); 4) Температура горенияТепловой эффект реакций горения определяется их скоростью – чем больше скорость реакции, тем выше температура горения.

2. Материальные эффекты реакций горения. Коэффициент избытка воздуха. Объемы продуктов горения.

Стехиометрия – часть химии, изучающая законы количественных соотношений между реагирующими веществами. При большинстве пожаров в основе лежат реакции соединения горючих веществ с кислородом воздуха. Уравнение реакции горения вещества в воздухе составляют с учетом того, что каждый моль кислорода приходится по 3,76 моля азота. Азот в уравнениях химических реакций горения учитывается потому, что он поглощает часть теплоты, выделяемой в результате реакций горения, и входит в состав продуктов сгорания – дымовых газов. По уравнениям химических реакций горения рассчитывается количество воздуха, необходимого для полного сгорания единицы массы или единицы объема горючего вещества, а также состав и количество продуктов сгорания. Минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы (кг) или объема (м3) горючего вещества называется теоретически необходимым и обозначается Vв0. Минимальный объем воздуха Vв0 на горение химического соединения определяется исходя из количественных соотношений между реагирующими веществами. Так, для индивидуального вещества: , м3 воздуха/м3 газа, где О – количество молей кислорода, Z – количество молей горючего газа, 4,76 – количество молей воздуха, приходящихся на один моль кислорода. Теоретически необходимый объем воздуха Vв0 на горение вещества, представляющих смесь химических соединений (древесина, торф, нефть, газы и др.), определяется по следующим формулам: 1) для сгорания 1 кг жидких и твердых веществ: Vв0=0,269(С/3+Н+S/8-О/8), м3 воздуха/кг горючего, где С, Н, S, О – процентное содержание соответствующего элемента в веществе по массе; 2) для сгорания 1м3 смеси газов: , м3 воздуха/м3 смеси газов, где Кi – количество молей кислорода, расходуемых на 1 моль i-го газа; Гi – процентное содержание i-го газа в смеси газов, % об. Если смесь газов состоит из метана, водорода, оксида углерода, сероводорода и кислорода, можно учесть значения коэффициентов Ki: Vв0=(2СН4+0,5Н2+0,5Н2S-О2)/21, м3 воздуха/м3 смеси газов, где СН4, Н2, Н2S, O2 – процентное содержание соответствующего газа смеси газов; 2, 0,5, 0,5, 1 – коэффициенты при формулах газов – количество молей кислорода на 1моль соответствующего газа. Практически при горении на пожарах расход воздуха значительно больше. Разность между количеством воздуха, идущим на горение, и теоретически необходимым, называется избытком воздуха. Отношение количества воздуха, практически расходующего при горении (Vв) к теоретически необходимому количеству (Vв0) называется коэффициентов избытка воздуха ав: ав=Vв/Vв0. При пожарах внутри помещений коэффициент избытка воздуха непостоянен и изменяется во времени даже при постоянной площади приточных проемов. На величину ав влияют вид и состояние горючего вещества, величина площади пожара и условия диффузии воздуха к зоне горения. С увеличением площади пожара коэффициент ав уменьшается и достигает минимума при максимальной площади пожара. По мере выгорания вещества на этой площади коэффициент ав снова увеличивается. Объем продуктов горения зависит от состава горючего вещества и его агрегатного состояния. Теоретический объем продуктов сгорания твердых и жидких горючих веществ определяется по формуле: , м3/кг, где м – число киломолей соответствующего вещества в уравнении реакции горения одного киломоля горючего вещества, М – молярная масса горючего вещества, кг/кмоль.

3. Концентрационные пределы распространения пламени в газовоздушной смеси.

Нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) – такая концентрация горючего в горючей смеси, ниже которой смесь становится не способной к распространению пламени.

Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) – такая концентрация горючего в горючей смеси, выше которой смесь становится не способной к распространению пламени.

Область распространения пламени – область концентраций горючего в горючей смеси, заключающаяся между нижним и верхним концентрационными пределами распространения пламени.

На значения НКПР и ВКПР оказывают влияние следующие факторы: а) Свойства реагирующих веществ;

б) Давление (обычно повышение давления не сказывается на НКПРП, но ВКПРП может сильно возрастать); в) Температура (повышение температуры расширяет КПРП за счет увеличения энергии активации); г) Негорючие добавки – флегматизаторы (внесение в смесь флегматизатора понижает значение ВКПРП практически пропорционально его концентрации вплоть до точки флегматизации, где верхний и нижний пределы совпадают. НКПРП при этом повышается незначительно). Единица измерения – % по объему или г/м3. Применяется при категорировании помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности, для анализа риска аварии и оценки возможного ущерба, при разработке мер по предотвращению пожаров и взрывов в технологическом оборудовании.

4. Диффузионное и кинетическое горение веществ.

В зависимости от условий образования горючей смеси и соотношения скорости реакции горения и скорости образования горючей смеси различают два режима горения:

Диффузионное горение – горение неперемешанных газо-, паровоздушных смесей с воздухом. Оно свойственно конденсированным горючим веществам жидкостям и твёрдым материалам. Для диффузионного горения характерно наличие светящегося пламени. В зависимости от диаметра трубопровода, а также давления, при котором происходит истечение газов, диффузионное горение может быть ламинарным и турбулентным. Для возникновения диффузионного горения необходимо, чтобы горючее вещество (материал) было нагрето источником зажигания до температуры воспламенения. Диффузионное горение сопровождается, как правило, сажеобразованием, что характерно для турбулентных факелов, образуемых при горении нефтепродуктов в резервуарах. К диффузионному горению относятся различные очаги пожаров. Факел, который образуется при истечении топлива в среду окислителя (или окислителя в среду топлива, горючего). Его называют - диффузионным факелом - (диффузионное горение, диффузионное пламя). Кинетическое горение - горение предварительно перемешанных газо- или паровоздушных смесей. Так как смесь горючего и окислителя готова к горению до момента ее воспламенения, то суммарная скорость процесса горения зависит только от скорости химической реакции горения. Если такое горение будет происходить в замкнутом или ограниченном объеме, то тогда может произойти взрыв. Так как энергия, выделяющаяся при сгорании смеси, не успевает отводиться за пределы данного объема, за счет увеличения давления возможно разрушение конструкций;

5. Опасные факторы пожара.

Пожар – неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Опасные факторы пожара (ОФП) – факторы пожара, воздействие которых приводит к травме, отравлению или гибели человека, а также к материальному ущербу. Основные ОФП: 1) повышенная температура (критическое значение 70оС), 2) задымление: плотный дым (до 3м); дым средней плотности (3-6 м); дым слабой видимости (6-12 м), 3) изменение состава газовой среды, 4) пламя, 5) искры, 6) токсичные продукты горения и термического разложения 7) пониженная концентрация кислорода (содержание кислорода ниже 12% наступает смерть), 8) дым, 9) повышенное содержание оксида углерода (1% СО – человек теряет сознание и через 1-2 мин он погибает). Величины параметров ОФП принято рассматривать прежде всего с точки зрения их вреда для здоровья и опасности для жизни человека при пожаре. К вторичным проявлениям ОФП относятся:

1) осколки, части разрушившихся аппаратов, агрегатов, установок, конструкций; 2) радиоактивные и токсичные вещества и материалы, выпавшие из разрушенных аппаратов, оборудования; 3) электрический ток, возникший в результате выноса напряжения на токопроводящие части конструкций и агрегатов.

6. Максимальное давление при дефлаграционном горении ГВС. Модель и формулы для опред-я Рmax.

Газовоздушная смесь (ГВС) – смесь горючего газа с воздухом, в которой содержание горючего газа соответствует концентрационному пределу распространения пламени, т.е. находится в интервале от НКПР (нижнего концентрационного предела распространения пламени) до ВКПР (верхнего концентрационного предела распространения пламени). Процесс горения со стремительным высвобождением энергии и образованием при этом избыточного давления (более 5 кПа) называется взрывным горением. В зависимости от скорости распространения пламени выделяются два режима горения ГВС: 1) дефлаграционный режим горения характеризуется дозвуковыми скоростями распространения пламени. Скорость распространения пламени составляет несколько метров в секунду, а давление возрастает незначительно. 2) детонационный режим горения (взрыв) характеризуется сверхзвуковой скоростью распространения пламени и образованием воздушной ударной волны.

Максимальное давление взрыва – показатель пожаровзрывоопасности веществ и материалов, характеризующий наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном горении (дефлаграции) взрывоопасной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

В термодинамическом процессе без потерь теплоты, но с выделением теплоты при сгорании газа и возможным изменением количества молей газа в процессе реакции горения, изменение конечного давления (оно же максимальное давление горения ГВС) будет пропорционально изменению температуры и количества молей газа, т.е.: , где р0 – давление до реакции горения, р1 – давление после реакции горения, Т0 – температура до реакции горения, Т1 – температура после реакции горения, n0 – число молей до р.горения (из уравнения химической реакции), n1 – число молей после р.горения (из уравнения химической реакции). Для практических расчетов можно пренебречь различием в физических свойствах горючего газа и воздуха, поскольку содержание воздуха в ГВС превышает содержание газа в несколько раз. Пренебрегая изменением молярного состава (n1=n0) в процессе горения и принимая в качестве рабочего тела воздух, приходим к упрощенной формуле для опред-я увеличения температуры газов при реакции горения: , К, где св – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К); рв – плотность воздуха в состоянии «0», кг/м3. Подставляем в это уравнение формулу для теплоты горения, получим: , К. Тогда максимальное давление дефлаграционного горения ГВС равно:, кПа, где ссх – стехиометрическая концентрация газа в смеси с воздухом, % об;- удельная теплота сгорания горючего газа, кДж/кг.

7.Динамика горения ГВС в помещении.Формула Мишуева.

Горение газовоздушной смеси сопровождается нагреванием и расширением газов, что в замкнутом пространстве приводит к быстрому повышению давления, вызывающему разрушение строительных конструкций. Нагретые газы – это очаги пожара. При взрыве газовоздушной смеси скорость распространения пламени обычно достигает нескольких сотен метров в секунду. Человек воспринимает это явление как быстротечное, мгновенное. Максимальное давление при взрыве газовоздушных смесей может достигать 85 800 кгс/м2. Строительные конструкции не выдерживают такого давления, так как они разрушаются при давлении ударной волны, равной 0,35 кгс/сма и выше. Сначала разрушаются окна и двери, а затем, если газы не успевают выйти в образовавшиеся отверстия, – перекрытия и даже стены. Опытным путем установлено, что при площади окон во взрывоопасном помещении, составляющей 500 см2 на каждый кубический метр объема помещения, разрушения здания не происходит. При недостаточной площади окон во взрывоопасных помещениях устраиваются легкосбрасываемые перекрытия.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconЗакон и периодическая система химических элемен­тов Д. И. Менделеева....
Опыт. Проведение реакций, подтверждающих химические свойства хлороводородной кислоты

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconЭкзаменационные вопросы для учащихся 9 классов
Реакции ионного обмена, условия протекания до конца. Отличие реакций ионного обмена от окислительно-восстановительных реакций. Доказать...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconТипы аллергических реакций
В диагностике аллергических реакций важно выявить аллерген, его причинную связь с клиническими проявлениями и тип иммунологической...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconЭкзаменационные вопросы для учащихся 9 классов. Билет №1
Реакции ионного обмена, условия протекания до конца. Отличие реакций ионного обмена от окислительно-восстановительных реакций. Доказать...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconЭкзаменационные вопросы для учащихся 9 классов. Билет №1
Реакции ионного обмена, условия протекания до конца. Отличие реакций ионного обмена от окислительно-восстановительных реакций. Доказать...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconСамостоятельная работа по теме «Азот и его соединения»
Даны формулы веществ, содержащих азот: no; hno3; nh3; (NH4)2SO4; Fe(NO3)3; nh4Cl; no2; N2; hno2; NaNO3

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconКонтрольные задания к блоку «Электрохимические методы анализа»
Составьте схему анализа, приведите принципиальную схему установки, уравнения химических и электрохимических реакций, методику определения,...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом icon1. общие указания пушки тепловые электрические серии тэп (далее тепловые...
Пушки тепловые электрические серии тэп (далее тепловые пушки) предназначены для вентиляции и обогрева производственных, общественных...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconЗакон действующих масс
Заметные количества воды (водяного пара) начинают очень медленно образовываться лишь примерно с 400 С. Дальнейшее нагревание исходной...

Тепловые эффекты реакций горения. Формулы Д. И. Менделеева Горение быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом iconИспользованные сокращения
Муртази, 1963). Суть неспецифических реакций в значительной степени сводится к тем изменениям, которые обнаруживаются в мембранных...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
vbibl.ru
Главная страница