Расчетно-аналитическое исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование динамики развития пожаров в помещении

Государственное учреждение образования

«Командно-инженерный институт»

МЧС Республики Беларусь

Кафедра тактики  проведения аварийно-спасательных работ

и тушения пожаров

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине

«Опасные факторы чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера»

Тема: «Расчетно-аналитическое  исследование показателей пожарной опасности веществ и прогнозирование  динамики развития пожаров в помещении»

 

 

 

 

 

 

 

МИНСК-20 10

 

 

Оглавление

 

 

Введение

 

Комплекс мероприятий  обеспечения безопасной эксплуатации потенциально опасных объектов включает в себя такие важнейшие элементы, как:

а) заблаговременное прогнозирование  возможной обстановки на объекте  и прилегающей территории при  возникновении чрезвычайной ситуации;

б) оперативная оценка сложившейся при этом обстановки;

в) принятие мер экстренной защиты персонала и населения.

В комплексе мероприятий  защиты производственного персонала  промышленных объектов и населения  от последствий пожаров и аварий на химически опасных объектах, важное место занимает заблаговременное прогнозирование возможной обстановки.

Знание сути процесса горения, его законов, механизмов и  способов его прекращения, а также особенностей распространения СДЯВ при выбросе (выливе) необходимы для успешной работы каждого работника органов и подразделений по чрезвычайным ситуациям.

 

 

Описание физико-химических свойств дипропилового эфира

 

Дипропиловый эфир относится  к классу органических веществ, называемых простые эфиры. Простыми эфирами называют производные спиртов, образованные в результате замещения водорода гидроксильной группы спирта на углеводородный остаток [1]. Эти соединения можно рассматривать и как производные воды, в молекуле которой углеводородными остатками замещены оба атома водорода:

 

 

 

пропиловый спирт             вода                     дипропиловый эфир

 

Как видно из приведенной  формулы, в молекуле дипропилового эфира два углеводородных остатка (пропильные радикалы) соединены через кислород (эфирный кислород).

Для молекулы дипропилового эфира возможна внутриклассовая структурная изомерия, обусловленная различным строением углеродного скелета у изомеров. Например:

 

 

дипропиловый эфир                             метилпентиловый эфир

 

Так же имеет место  ещё одна разновидность структурной изомерии, связанная с различным порядком связи структурных элементов. Например:

 

 

дипропиловый эфир                                      1-гексанол

 

Физико-химические свойства: бесцветная жидкость. Мол. масса 102,2; плотн. 736 кг/м³; т. плавл. – 122 °С; т. кип. 89,5°С; lgP = 6,2408 – 1397,34/(240,177 + t) при т-ре от – 43 до 89°С; коэф. диф. пара в воздухе 0,0588 см²/с (расч.); тепл. образов. – 293,4 кДж/моль; тепл. сгор. – 3760 кДж/моль (расч.); растворимость в воде 0,25 % масс.

Пожароопасные свойства: ЛВЖ. Т_всп - 2°С (расч.); Т_{самовоспл} 189°С; НКПРП 1,22 % об. (расч.); НТПРП: - 14 °С; ВТПРП: 18°С; МВСК 9,5 % об. (расч.), при разбавлении паровоздушной смеси азотом; 12,4 % об. (рачс.) при разбавлении диоксидом углерода, 11,3 % об. (расч.) при разбавлении водяным паром; минимальная флегматизирующая концентрация диоксида углерода 39,8 % об. (расч.), азота 53,8 % об. (расч.), водяного пара 45,4 % об. (расч.); ад. т. гор. 1263 К.

Химические свойства

Главной особенностью дипропилового эфира, как и всех представителей простых эфиров, является их химическая инертность [2]. В отличие от сложных эфиров он не гидролизуется и не разлагается водой. Безводный (абсолютный) дипропиловый эфир в отличие от спиртов при обычных температурах не реагирует с металлическим натрием, т.к. в его молекулах нет активного водорода.

Расщепление дипропилового эфира происходит под действием некоторых кислот. Например, концентрированная (особенно дымящая) серная кислота поглощает пары дипропилового эфира, и при этом образуется сложный эфир серной кислоты и пропиловый спирт:

 

 

 

Йодистоводородная кислота также взаимодействует с дипропиловым эфиром, в результате образуется йодистый пропил и пропиловый спирт:

 

 

При нагревании металлический  натрий расщепляет дипропиловый эфир с образованием пропилнатрия и пропилата натрия:

 

 

Важно иметь в виду, что обращаться с дипропиловым эфиром надо очень осторожно; он очень горюч, а пары его с воздухом образуют взрывоопасные смеси. Коме того, при длительном хранении, особенно на свету, дипропиловый эфир окисляется кислородом воздуха и в нем образуются перекисные соединения; последние от нагревания могут разлагаться с взрывом. Такие взрывы возможны при перегонке долго стоявшего эфира.

 

гидропероксид дипропилового  эфира

 

Определение теоретического количества воздуха, необходимого для  сгорания дипропилового эфира

 

Теоретическое количество воздуха определяется из уравнения материального баланса процесса горения. В случае горения дипропилового эфира уравнение реакции имеет вид:

 

С₆Н₁₄О + 9(О₂ ∙ 3,76N₂) = 6CO₂ +7H₂O + 33,84N₂ + Q

 

Для индивидуальных химических веществ теоретическое количество воздуха, необходимого для их горения, рассчитывается по формуле:

 

V_в = , (1)

где ; (2)

 

 – количество молей кислорода;

 – количество молей горючего  вещества;

4,76 – количество воздуха, кмоль (м³), в котором содержится 1 кмоль (м³) кислорода;

- вес одного киломоля горючего, кг/кмоль.

 – объем одного киломоля  воздуха при заданных условиях:

 

= , (3)

 

где, Т – температура, К;

 – нормальное давление (101325 Па);

 – температура, равная 273 К;

P – давление, Па.

Используя формулы (1), (2), и (3) произведем расчет теоретического количества воздуха, необходимого для горения 1 кг дипропилового эфира при температуре Т, по заданию равной 0 (273 К) и давлении Р, равном 750 мм рт.ст. (99991,8 Па):

= = = 22,7 (м³)

= = 9

= = = 9,5 (м³/кг)

 

Определение теоретического количества воздуха, необходимого для сгорания смеси газов

 

Произведем расчет необходимого количества воздуха для каждого компонента смеси.

Состав смеси газов (по заданию): С₃H₆ – 20%; CO – 10%; C₄H₁₀ – 30%; H₂S – 40%.

Уравнения горения компонентов:

 

С₃H₆ + 4,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 3CO₂ + 3H₂O + 16,92N₂ + Q

= = 4,5;

СО + 0,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = CO₂ + 1,88N₂ + Q

= = 0,5

C₄H₁₀ + 6.5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 4CO₂ + 5H₂O + 24,44N₂ + Q

= = 6,5

H₂S + 1,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = SO₂ + H₂O + 5,64N₂ + Q

 

Т.к. окисление сероводорода протекает в условиях избытка  воздуха (α=1,3 по условию) образуется сернистый  ангидрид.

 

  1,5

 

Расчет воздуха, необходимого для горения смеси газов рассчитаем с помощью уравнения:

 

 

 (4)

 

где, - содержание кислорода в газовой смеси (% об.);

- содержание -го компонента в  газовой смеси (% об.).

Т.к. кислорода не содержится в исследуемой  газовой смеси уравнение (4) примет вид :

 

 16,67 (м³/м³)

 

Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании дипропилового  эфира

 

Определим теоретический объем  продуктов горения дипропилового эфира по формуле:

 

 (5)

 

Из уравнения реакции:

 

С₆Н₁₄О + 9(О₂ ∙ 3,76N₂) = 6CO₂ + 7H₂O + 33,84N₂ + Q

(м³/м³)

 

Определим избыток воздуха:

 

 = (6)

(м³/м³)

 

Определим практический объем продуктов  горения:

 

 (7)

(м³/м³)

 

Определение объема и состава продуктов, выделившихся при полном сгорании газовой смеси

 

Определим теоретический  объем продуктов горения газовой  смеси по формуле:

 

 (8)

 

С₃H₆ + 4,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 3CO₂ + 3H₂O + 16,92N₂ + Q

СО + 0,5(О₂ ∙ 3,76N₂)= CO₂ + 1,88N₂ + Q

H₂S + 1,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = SO₂ + H₂O + 5,64N₂ + Q

C₄H₁₀ + 6,5(О₂ ∙ 3,76N₂) = 4CO₂ + 5H₂O + 24,44N₂ + Q

Из реакций горения (окисления) получим:

3∙0,2 + 1∙0,1 + 4∙0,3 1,9 (м³/м³)

3∙0,2 + 1∙0,4 + 5∙0,3 2,5 (м³/м³)

Из формулы (5) получим:

 

(м³/м³)

 

С помощью (6,7) найдем избыток  воздуха и практический объем  продуктов горения:

(м³/м³)

(м³/м³)

 

Определение низшей теплоты  сгорания дипропилового эфира

 

Уравнение для определения низшей теплоты сгорания индивидуальных веществ имеет вид:

 

 (9)

 

Используя справочные данные [3], находим  стандартные теплоты образования: = 293,4 кДж/моль; = - 393,6 кДж/моль; = - 241,9 кДж/моль.

3761,5 (кДж/моль)

 

Определение низшей теплоты сгорания смеси газов

 

Определение проводится по формуле:

 

 (10)

 

(кДж/моль)

(кДж/моль)

(кДж/моль)

(кДж/моль)

Используя (10) получим:

(кДж/моль)

 

 

Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва дипропилового эфира

 

Так как в случае определения  адиабатической температуры горения  теплопотери отсутствуют, то всё  выделившееся тепло идёт на нагрев продуктов горения. Среднее теплосодержание 1 моля продуктов горения будет составлять [4]:

 

(кДж/кмоль)

 

Воспользуемся зависимостью теплосодержания газов от температуры [5], для установления температуры, которой соответствует такое теплосодержание. Сделаем это ориентируясь на азот, так как его больше всего в продуктах горения. Из табл. 2 приложение 2 [5] видно, что при температуре 2200 °С теплосодержание азота 74121,1 кДж/кмоль. Уточним, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты горения до такой температуры:

 

(кДж/кмоль)

 

Но это больше, чем  выделилось тепла в результате реакции  горения  ≥ , поэтому можно сказать, что температура горения меньше, чем 2200 °С. Воспользуемся методом последовательных приближений и определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов горения до 2100 °С:

 (кДж/кмоль)

Т.к. уже меньше, чем , то из этого можно сделать вывод, что температура горения дипропилового эфира имеет значение между 2100 и 2200 °С.

Уточним искомую температуру  линейной интерполяцией между двумя  этими ближайшими значениями:

 

 

Давление взрыва определим  по формуле:

 

(атм)

 

Определение адиабатической температуры горения и давления взрыва смеси газов

 

Аналогично пункту 1.5.1. проведем расчет среднего теплосодержания продуктов горения смеси газов:

 

(кДж/кмоль)

 

Из табл. 2 приложение 2 [5], теплосодержание азота при  температуре 700 °С 21331,3 (кДж/кмоль). Вычислим, сколько потребовалось бы тепла, чтобы нагреть продукты реакций до такой температуры:

 

(кДж/кмоль)

 

 

Это больше, чем выделилось тепла  в результате реакций горения (окисления) ≥ , поэтому можно сказать, что температура горения (окисления) смеси газов меньше, чем 700 °С. Определим, сколько потребуется тепла для нагревания продуктов реакций до 600 °С: