Учебное пособие: Практикум по теории горения

5. Потенциал горючести

Группа горючести - классификационная характеристика способности любых веществ и материалов к горению.

По горючести вещества и материалы подразделяются на три группы: негорючие, трудногорючие и горючие.

НЕГОРЮЧИЕ (несгораемые)- вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом).

ТРУДНОГОРЮЧИЕ (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

ГОРЮЧИЕ (сгораемые) - вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие жидкости (ГЖ) с Твсп < 61 °С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле относят к легковоспламеняющимся (ЛВЖ).

Особо опасными ГЖ называют ЛВЖ с Твсп< 28°С.

Газы считаются горючими при наличии концентрационных пределов воспламенения (КОВ); трудногорючими - при отсутствии КПВ и наличии Тсв; негорючими - при отсутствии КПВ и Тсв.

Жидкости считаются горючими при наличии Тв; трудногорючими - при отсутствии Тв и наличии Тсв; негорючими - при отсутствии Тв, Тсв, Твсп, температурных и концентрационных пределов распространения пламени (воспламенения).

5.1 Расчет потенциала горючести

Потенциал горючести является наиболее комплексным показателем горючести вещества. С его помощью можно сравнить степень горючести газов и паров, рассчитывать состав смесей с заданной горючестью, оценивать флегматизирующую и огнетушащую эффективность химически активных ингибиторов, инертных газов.

Потенциал горючести представляет собой избыточную (со знаком минус) или не достаточную (со знаком плюс) энергию, заключенную в горючей системе, по условиях.

Потенциал горючести, отнесенный к некоторым условиям горения, называет приведенным потенциалом горючести (табл.12 приложение).

Из определения следует если:

?Пг<0- смесь горючая;

?Пг>0-смесь не является горючей; (5.1)

?Пг=0- смесь предельна по горючести.

Для многокомпонентных смесей:

?Пг, см= (5.2)

где ?Пг, см- потенциал горючести смеси газов и паров, кДж/моль;

? Пг, - потенциал горючести - того компонента смеси, кДж/моль;

- мольная доля - того компонента смеси;

Примеры решения задач

Определить, является ли горючей смесь содержащая 30%окиси углерода, 40% метана, 25% двуокиси углерода и 5% паров

1,2-дибромтетраафторатана (фрион1,1,4 в2.

Решение: Согласно условиям (5.1) горючесть индивидуальных веществ и их смесей в воздухе определяется знаком потенциала горючести. Поэтому по формуле (5.2) и табл.12 приложения определим потенциал горючести смеси:

?Пг, с=0,3(-38,0)+0,4(-57,2)+0,25•16,7+0,05•227=-18,7ккаал/моль.

Так как потенциал горючести отрицателен, то данная смесь газов в воздухе способна к горению.

Определить предельную по горючести смесь состоящую из этилена и дифторхлорбромметана

Решение: Согласно условиям (5.1)предельной по горючести будет смесь, у которой потенциал по горючести равен 0.

Обозначим модульную долю горючего через тогда мольная доля ингибитора будет равна (1-Согласно формуле (5.2):

_ин=0.

С помощью табл.12 запишем: (-153)+(1-126=0

=0,45.

Таким образом, смесь газов,содержащая менее чем 45% этилена и более чем 55% дифторхлорбромметана, не способна к воспламенению и горению при любом соотношении с воздухом.

С помощью потенциала горючести определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК) при разбавлении ацетоновоздушных смесей углекислым газом

Решение:

1. Согласно определению (глава 3)МВСК находят из условия определенных по горючести смеси паров и газов.

Определим (см пример 2)состав предельной по горючести смеси содержащей пары ацетона и углекислый газ: =0,129

2. Следовательно, смесь, содержащая 12,9 % паров ацетона и 87,1% двуокиси углерода, является предельной по горючести.

Установлено, что соотношение горючего и воздуха в предельных смесях близко к стехиометрическому. Находим стехиометрическую концентрацию паров ацетона в воздухе.

C₃Н₆О+4О₂+4•3,76N₂=3СО₂+3Н₂О+4•3,76 N₂

ц_см==5%.

Таким образом. Смесь, содержащая 5%паров ацетона и 95% воздуха является стехиометрической.

3. Согласно расчетам пп.1 и 2, находим состав трех компонентной смеси: пары ацетона- углекислый газ-воздух. Предварительно устанавливаем количество двуокиси углерода, которая перейдет со стехиометрической концентрацией ацетона:

12,9-87,1 ц_СО2==33,7%.

5 - ц_СО2

Следовательно, 5% +33,7%+95%-100%

95%- ц_возд.

ц_возд.==71,1%.

Тогда содержание кислорода в предельной по горючести смеси (МВСК)будет равно:

цо₂=цо₂⁰•ц_возд 100

где цо₂⁰-содержание кислорода в воздухе, %;

цо₂⁰==14,9%.

Согласно справочным данным («Справочник пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химической промышленности»,- М.:химия,1970,с.51), МВСК ацетоновоздушных смесей,разбавляемых углекислым газом, равна 14,9%.

Сравнивая полученные данные с результатами расчета МВСК по формуле (3.5) (см. пример 8 в гл 3), можно сделать вывод, что определение МВСК по потенциалу горючести более надежен.

Контрольные задачи

1. Определить, будет ли горючей смесь газов, содержащих 40%бутана,10%паров бензола,18%паров диметилового эфира, 20% двуокиси углерода и 12%дифтордихлорметана (фреон12).

2. Определить состав предельной по горючести смеси, содержащей метилэтилкетон и трифторбромметан.

3. Определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода при разбавлении бензол- воздушных смесей двуокисью углерода, парами воды, азотом, 1,2-дибромтетрафторэтаном. Сделайте вывод об эффективности разбавителей.

Домашнее задание 7

Определить предельную по горючести газовоздушную смесь, состоящую из - того горючего вещества и - того инертного (химически активного) разбавителя. Определить минимальное взрывоопасное содержание кислорода в таких смесях, полагая, что точка флегматизации наступает при стехиометрическом соотношении горючего и окислителя. Сравнить результаты расчета с имеющимися справочными данными (табл.5.1).

Таблица 5.1

Перечень тем для самостоятельного изучения

1. Горение конденсированных взрывчатых веществ.

2. Механизм самовоспламенения.

3. Пределы горения газовых смесей, механизм распространения горения.

4. Источники пожаров на производстве.

5. Тепловой импульс.

6. Теплота сгорания.

7. Основные химические реакции процесса горения.

8. Общие сведения по горению взрывчатых веществ.

9. Стадии и формы взрыва.

10. Виды само распространяющегося взрывного превращения.

11. Условия реализации химического взрыва, энергия взрывчатых веществ.

12. Основные свойства ударных волн и механизм их распространения.

13. Взаимодействие ударных волн с препятствием.

14. Ударные волны в воде и грунте.

15. Начальный импульс и механизм возбуждения взрыва.

16. Расчет оценки действия взрыва горючих химических газов и жидкостей.

17. Источники взрывоопасности на производстве.

Контрольные вопросы

1. Характеристика горения как сложного физико-химического процесса.

2. Горючие и окислительные элементы, примеры процессов горения.

3. Классификация горючих веществ: газовая смесь, сложное химическое соединение, индивидуальное химическое соединение

4. Необходимость изучения процессов горения и взрыва.

5. Расчет теплоты сгорания согласно закону Гесса. Расход воздуха при горении, его расчет.

6. Условия возникновения и развития процессов горения.

7. Тепловая теория горения.

8. Цепная теория горения.

9. Диффузионная теория горения.

10. Горение конденсированных взрывчатых веществ.

11. Механизм самовоспламенения.

12. .Пределы горения газовых смесей, механизм распространения горения.

13. Горение пылевоздушных смесей.

14. Ламинарные струйные пламенна.

15. Турбулентные струйные пламенна.

16. Пламенна естественных пожаров.

17. Виды пламени и скорости его распространения.

18. Структура пламени. Температура зон пламени.

19. Общая характеристика взрывных явлений.

20. Причины возникновения взрыва.

21. Взрывчатые вещества.

22. Основные характеристики взрывчатых веществ.

23. Классификация взрывов.

24. Основные поражающие факторы взрыва.

25. Характеристика основных параметров поражающих факторов взрыва.

26. Сопротивляемость элементов сооружений действию ударной волны.

27. Последствия взрывов.

28. Пожарная профилактика.

29. Меры по предотвращению взрывов.

30. Предотвращение инициирования горения.

31. Расчет состава продуктов взрыва.

32. Температура горения и взрыва.

33. Расчет температуры взрыва. Давление взрыва.

34. Расчет энергии и работы взрыва.

35. Источники взрывоопасности на производстве.

36. Начальный импульс и механизм возбуждения взрыва.

37. Расчет оценки действия взрыва горючих химических газов и жидкостей

38. Методы определения теплоты взрывного превращения.

39. Расчет теплоты взрыва, теплоты образования взрывчатого вещества.

40. Энергия и мощность взрыва.

41. Стадии и формы взрыва.

42. Виды само распространяющегося взрывного превращения.

43. Развитие взрыва Определение понятия «взрыв».

44. Взрывоопасность отдельных групп веществ.

45. Причины взрывных процессов. Физические и химические взрывы.

46. Классификация взрывов: по плотности вещества, по типам химических реакций.

47. Кислородный баланс: нулевой, положительный и отрицательный.

48. Ядовитые газы взрыва. Реакции превращения взрывчатых веществ.

49. Основные теории детонации взрывчатых веществ.

50. Факторы, влияющие на скорость и устойчивость детонации: диаметр и оболочка заряда; плотность взрывчатого вещества; тип, дисперсность и состав.

51. Расчет энергии и работы взрыва.

52. Рекомендации населению по профилактике пожаров и взрывов в быту.

53. Механизм самовоспламенения.

54. Виды самовозгорания: химическое микробиологическое, тепловое.

55. Вещества, самовозгорающиеся под действием воздуха, воды и окислителей.

56. Концентрационные пределы воспламенения газовых смесей.

57. Условия воспламенения горючих смесей.

58. Нижний и верхний концентрационные пределы воспламенения.

59. Факторы, влияющие на значение предела воспламенения.

60. Пределы горения газовых смесей, механизм распространения горения.

61. Горение газовых смесей. Скорость перемещения фронта в газовых смесях.

62. Детонационный режим горения. Пути уменьшения скорости горения горючих смесей.

63. Температура и давление при горении газовых смесей.

64. Особенности выгорания взрывоопасных сред в помещениях.

65. Условия реализации химического взрыва, энергия взрывчатых веществ.

66. Основные свойства ударных волн и механизм их распространения.

67. Начальный импульс и механизм возбуждения взрыва.

68. Возбуждение взрывного превращения тепловым и механическим импульсом.

69. Действие взрывного импульса, ионов, электронов, б - частиц, лучей Рентгена и ультразвука.

70. Длительность импульса.

71. Расчет температуры взрыва

72. Взаимодействие ударных волн с препятствием.