Державна установа освіти
«Командно-інженерний інститут»
МНС Республіки Білорусь
Кафедра тактики проведення аварійно-рятувальних робіт
і гасіння пожеж
Курсова робота
з дисципліни
«Небезпечні фактори надзвичайних ситуацій природного і техногенного характеру»
Тема: «Розрахунково-аналітичне дослідження показників пожежної небезпеки речовин і прогнозування динаміки розвитку пожеж в приміщенні»
МІНСЬК-2010
Зміст
Введення
Опис фізико - хімічних властивостей діпропілового ефіру
Визначення теоретичного кількості повітря, необхідного для згоряння діпропілового ефіру
Визначення теоретичного кількості повітря, необхідного для згоряння суміші газів
Визначення обсягу і складу продуктів, що виділилися при повному згорянні діпропілового ефіру
Визначення обсягу і складу продуктів, що виділилися при повному згорянні газової суміші
Визначення нижчої теплоти згоряння діпропілового ефіру
Визначення нижчої теплоти згоряння суміші газів
Визначення адіабатичне температури горіння і тиску вибуху діпропілового ефіру
Визначення адіабатичне температури горіння і тиску вибуху суміші газів
Визначення концентраційних меж займання речовин
Визначення температури спалаху і температурних меж займання парів діпропілового ефіру
Порівняння розрахункових значень показників пожежної небезпеки діпропілового ефіру з довідковими та розрахунок відносної похибки
Динаміка розвитку внутрішнього пожежі
Розрахунок зміни площі пожежі в залежності від часу вільного розвитку пожежі
Розрахунок температури пожежі в задані проміжки часу
Визначення характеристик вражаючих факторів і ступеня їх впливу на людей та навколишнє середовище
Прогнозування хімічної обстановки при аварії на ХНО
Введення
Комплекс заходів забезпечення безпечної експлуатації потенційно небезпечних об'єктів включає в себе такі найважливіші елементи, як:
а) завчасне прогнозування можливої обстановки на об'єкті і прилеглій території при виникненні надзвичайної ситуації;
б) оперативна оцінка ситуації, при цьому обстановки;
в) вжиття заходів екстреного захисту персоналу та населення.
У комплексі заходів захисту виробничого персоналу промислових об'єктів і населення від наслідків пожеж та аварій на хімічно небезпечних об'єктах, важливе місце займає завчасне прогнозування можливої обстановки.
Знання суті процесу горіння, його законів, механізмів і способів його припинення, а також особливостей поширення СДОР при викиді (виливши) необхідні для успішної роботи кожного працівника органів і підрозділів з надзвичайних ситуацій.
Опис фізико-хімічних властивостей діпропілового ефіру
Діпропіловий ефір відноситься до класу органічних речовин, званих прості ефіри. Простими ефірами називають похідні спиртів, утворені в результаті заміщення водню гідроксильної групи спирту на вуглеводневий залишок [1]. Ці сполуки можна розглядати і як похідні води, в молекулі якої вуглеводневими залишками заміщені обидва атоми водню:
пропіловий спирт вода діпропіловий ефір
Як видно з наведеної формули, в молекулі діпропілового ефіру два вуглеводневих залишку (пропильной радикали) з'єднані через кисень (ефірний кисень).
Для молекули діпропілового ефіру можлива внутриклассовая структурна ізомерія, зумовлена різним будовою вуглецевого скелета у ізомерів. Наприклад:
діпропіловий ефір метілпентіловий ефір
Так само має місце ще один різновид структурної ізомерії, пов'язана з різним порядком зв'язку структурних елементів. Наприклад:
діпропіловий ефір 1-гексанолу
Фізико-хімічні властивості: безбарвна рідина. Мовляв. маса 102,2; плотн. 736 кг / м 3; т. плавл. - 122 ° С; т. кип. = 6,2408 – 1397,34/(240,177 + t ) при т-ре от – 43 до 89°С; коэф. 89,5 ° С; lgP = 6,2408 - 1397,34 / (240,177 + t) при т-рі від - 43 до 89 ° С; коеф. диф. пари в повітрі 0,0588 см 2 / с (расч.); тепл. образів. - 293,4 кДж / моль; тепл. сгор. - 3760 кДж / моль (расч.); розчинність в воді 0,25% мас.
Пожежонебезпечні властивості: ЛЗР. Т доп - 2 ° С (расч.); Т самовоспл 189 ° С; НКПРП 1,22% об. (Расч.); НТПРП: - 14 ° С; ВТПРП: 18 ° С; МВСК 9,5% об. (Расч.), при розведенні пароповітряної суміші азотом; 12,4% об. (Рачс.) при розведенні діоксидом вуглецю, 11,3% об. (Расч.) при розведенні водяною парою; мінімальна флегматізірующая концентрація діоксиду вуглецю 39,8% об. (Расч.), азоту 53,8% об. (Расч.), водяної пари 45,4% об. (Расч.); пекло. т. гір. 1263 К.
Хімічні властивості
Головною особливістю діпропілового ефіру, як і всіх представників простих ефірів, є їх хімічна інертність [2]. На відміну від складних ефірів він не гідролізується і не розкладається водою. Безводний (абсолютний) діпропіловий ефір на відміну від спиртів при звичайних температурах не реагує з металевим натрієм, тому що в його молекулах немає активного водню.
Розщеплення діпропілового ефіру відбувається під дією деяких кислот. Наприклад, концентрована (особливо димить) сірчана кислота поглинає пари діпропілового ефіру, і при цьому утворюється складний ефір сірчаної кислоти і пропіловий спирт:
Йодістоводородная кислота також взаємодіє з діпропіловим ефіром, в результаті утворюється йодистий пропив і пропіловий спирт:
При нагріванні металевий натрій розщеплює діпропіловий ефір з утворенням пропілнатрія і пропілата натрію:
Важливо мати на увазі, що звертатися з діпропіловим ефіром треба дуже обережно, він дуже горючий, а пари його з повітрям утворюють вибухонебезпечні суміші. Комі того, при тривалому зберіганні, особливо на світлі, діпропіловий ефір окислюється киснем повітря і в ньому утворюються перекисні сполуки; останні від нагрівання можуть розкладатися з вибухом. Такі вибухи можливі при перегонці довго стояв ефіру.
гідропероксид діпропілового ефіру
Визначення теоретичного кількості повітря, необхідного для згоряння діпропілового ефіру
Теоретична кількість повітря визначається з рівняння матеріального балансу процесу горіння. У разі горіння діпропілового ефіру рівняння реакції має вигляд:
2 ) = 6 CO 2 +7 H 2 O + 33,84 N 2 + Q
З 6 Н 14 Про + 9 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 6 CO 2 +7 H 2 O + 33,84 N 2 + QДля індивідуальних хімічних речовин теоретичне кількість повітря, необхідного для їх горіння, розраховується за формулою:
в =
V в =де , (2)
- Кількість молей кисню;
- Кількість молей горючої речовини;
4,76 - кількість повітря, кмоль (м 3), в якому міститься 1 кмоль (м 3) кисню;
- Вага одного кіломоля пального, кг / кмоль.
- Обсяг одного кіломоля повітря при заданих умовах:
= , (3)
де, Т - температура, К;
- Нормальний тиск (101325 Па);
- Температура, рівна 273 К;
– давление, Па.
P - тиск, Па.Використовуючи формули (1), (2), і (3) зробимо розрахунок теоретичного кількості повітря, необхідного для горіння 1 кг діпропілового ефіру при температурі Т, за завданням рівною 0 (273 К) і тиску Р, що дорівнює 750 мм рт.ст. (99991,8 Па):
= = = 22,7 (м 3)
= = 9
= = = 9,5 (м 3 / кг)
Визначення теоретичного кількості повітря, необхідного для згоряння суміші газів
Зробимо розрахунок необхідної кількості повітря для кожного компонента суміші.
6 – 20%; CO – 10%; C 4 H 10 – 30%; H 2 S – 40%.
Склад суміші газів (за завданням): З 3 H 6 - 20%; CO - 10%; C 4 H 10 - 30%; H 2 S - 40%.Рівняння горіння компонентів:
6 + 4,5(О 2 ∙ 3,76 N 2 ) = 3 CO 2 + 3 H 2 O + 16,92 N 2 + Q
З 3 H 6 + 4,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 3 CO 2 + 3 H 2 O + 16,92 N 2 + Q = = 4,5;
2 ) = CO 2 + 1,88 N 2 + Q
СО + 0,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = CO 2 + 1,88 N 2 + Q = = 0,5
О 2 ∙ 3,76N 2 ) = 4CO 2 + 5H 2 O + 24,44N 2 + Q
C 4 H 10 + 6.5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 4CO 2 + 5H 2 O + 24,44 N 2 + Q =
= 6,5
О 2 ∙ 3,76N 2 ) = SO 2 + H 2 O + 5,64N 2 + Q
H 2 S + 1,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = SO 2 + H 2 O + 5,64 N 2 + QОскільки окислення сірководню протікає в умовах надлишку повітря (α = 1, 3 за умовою) утворюється сірчистий ангідрид.
1,5
Розрахунок повітря, необхідного для горіння суміші газів розрахуємо за допомогою рівняння:
(4)
де, - Вміст кисню в газовій суміші (% об.);
- Зміст-го компонента в газовій суміші (% об.).
Оскільки кисню не міститься в досліджуваної газової суміші рівняння (4) набуде вигляду:
16,67 (м 3 / м 3)
Визначення обсягу і складу продуктів, що виділилися при повному згорянні діпропілового ефіру
Визначимо теоретичний обсяг продуктів горіння діпропілового ефіру за формулою:
(5)
З рівняння реакції:
2 ) = 6 CO 2 + 7 H 2 O + 33,84 N 2 + Q
З 6 Н 14 Про + 9 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 6 CO 2 + 7 H 2 O + 33,84 N 2 + Q (М 3 / м 3)
Визначимо надлишок повітря:
=
(6)
(М 3 / м 3)
Визначимо практичний обсяг продуктів горіння:
(7)
(М 3 / м 3)
Визначення обсягу і складу продуктів, що виділилися при повному згорянні газової суміші
Визначимо теоретичний обсяг продуктів горіння газової суміші за формулою:
(8)
О 2 ∙ 3,76N 2 ) = 3CO 2 + 3H 2 O + 16,92N 2 + Q
З 3 H 6 + 4,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 3CO 2 + 3H 2 O + 16,92 N 2 + QО 2 ∙ 3,76N 2 )= CO 2 + 1,88N 2 + Q
СО + 0,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = CO 2 + 1,88 N 2 + QО 2 ∙ 3,76N 2 ) = SO 2 + H 2 O + 5,64N 2 + Q
H 2 S + 1,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = SO 2 + H 2 O + 5,64 N 2 + Q4 H 10 + 6,5(О 2 ∙ 3,76 N 2 ) = 4 CO 2 + 5 H 2 O + 24,44 N 2 + Q
C 4 H 10 + 6,5 (О 2 ∙ 3,76 N 2) = 4 CO 2 + 5 H 2 O + 24,44 N 2 + QЗ реакцій горіння (окислення) отримаємо:
3 ∙ 0,2 + 1 ∙ 0,1 + 4 ∙ 0,3 1,9 (м 3 / м 3)
3 ∙ 0,2 + 1 ∙ 0,4 + 5 ∙ 0,3
2,5 (м 3 / м 3)
З формули (5) отримаємо:
(М 3 / м 3)
За допомогою (6,7) знайдемо надлишок повітря і практичний обсяг продуктів горіння:
(М 3 / м 3)
(М 3 / м 3)
Визначення нижчої теплоти згоряння діпропілового ефіру
Рівняння для визначення нижчої теплоти згоряння індивідуальних речовин має вигляд:
(9)
Використовуючи довідкові дані [3], знаходимо стандартні теплоти утворення: = 293,4 кДж / моль; = - 393,6 кДж / моль; = - 241,9 кДж / моль.
3761,5 (кДж / моль)
Визначення нижчої теплоти згоряння суміші газів
Визначення проводиться за формулою:
(10)
(КДж / моль)
(КДж / моль)
(КДж / моль)
(КДж / моль)
Використовуючи (10) отримаємо:
(КДж / моль)
Визначення адіабатичне температури горіння і тиску вибуху діпропілового ефіру
Так як у випадку визначення адіабатичне температури горіння тепловтрати відсутні, то все виділилося тепло йде на нагрів продуктів горіння. Середнє тепломісткість 1 моля продуктів горіння буде складати [4]:
(КДж / кмоль)
Скористаємося залежністю теплосодержания газів від температури [5], для встановлення температури, якої відповідає таке тепломісткість. Зробимо це орієнтуючись на азот, оскільки його більше за все в продуктах горіння. З таблиці. 2 додаток 2 [5] видно, що при температурі 2200 ° С тепломісткість азоту 74121,1 кДж / кмоль. Уточнимо, скільки треба було б тепла, щоб нагріти продукти горіння до такої температури:
(КДж / кмоль)
Але це більше, ніж виділилося тепла в результаті реакції горіння ≥ , Тому можна сказати, що температура горіння менше, ніж 2200 ° С. Скористаємося методом послідовних наближень і визначимо, скільки буде потрібно тепла для нагрівання продуктів горіння до 2100 ° С:
(КДж / кмоль)
Оскільки вже менше, ніж , То з цього можна зробити висновок, що температура горіння діпропілового ефіру має значення між 2100 і 2200 ° С.
Уточнимо шукану температуру лінійною інтерполяцією між двома цими найближчими значеннями:
Тиск вибуху визначимо за формулою:
(Атм)
Визначення адіабатичне температури горіння і тиску вибуху суміші газів
Аналогічно пункту 1.5.1. проведемо розрахунок середнього теплосодержания продуктів горіння суміші газів:
(КДж / кмоль)
З таблиці. 2 додаток 2 [5], тепломісткість азоту при температурі 700 ° С 21331,3 (кДж / кмоль). Обчислимо, скільки треба було б тепла, щоб нагріти продукти реакцій до такої температури:
(КДж / кмоль)
Це більше, ніж виділилося тепла в результаті реакцій горіння (окислення) ≥ , Тому можна сказати, що температура горіння (окислення) суміші газів менше, ніж 700 ° С. Визначимо, скільки буде потрібно тепла для нагрівання продуктів реакцій до 600 ° С:
(КДж / кмоль)
Оскільки ≤ , Уточнимо шукану температуру лінійною інтерполяцією:
Визначимо тиск вибуху:
(Атм)
Визначення концентраційних меж займання речовин
а) Діпропіловий ефір:
б) Суміш газів:
Визначення температури спалаху і температурних меж займання парів діпропілового ефіру
а) Визначення температури спалаху.
Т ВСП визначимо з рівняння Блінова:
За допомогою рівняння Антуана визначимо Р:
= 6,2408; В = 1397,34; С А = 240,177 – постоянные Антуана
де A = 6,2408; В = 1397,34; С А = 240,177 - постійні Антуана1 = -7
Приймемо t 1 = -72 = -6
Вибираємо t 2 = -6 ; Т 2 = 267 ДоТак як то методом лінійної інтерполяції визначаємо :
б) Визначення температурних меж:
= 6,2408; В = 1397,34; С А = 240,177 – постоянные Антуана
Де A = 6,2408; В = 1397,34; С А = 240,177 - постійні АнтуанаПорівняння розрахункових значень показників пожежної небезпеки діпропілового ефіру з довідковими та розрахунок відносної похибки
Таблиця 1. Розрахункові та довідкові дані
№ п / п | Показник | Розмірність | Розрахункові значення | Довідкові значення | Відносна похибка |
1. | н Теплота горіння Q н | кДж / моль | 3761,5 | 3760,0 | 0,04 |
2. | Темпер. горіння Т гір | 2118 | 1536,0 | 40,6 | |
3. | Тиск вибуху Р дор | атм | 9,66 | - | - |
4. | НКМЗ (φ н) | % | 1,21 | 1,22 | 0,8 |
5. | ВКМЗ (φ в) | % | 7,43 | - | - |
6. | н ) НТПВ (t н) |