Расчет температуры воспламенения

Физико-химические основы развития

И тушения пожаров

ПОСОБИЕ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

КОНТРОЛЬНО-РАСЧЕТНОЙ РАБОТЫ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

Содержание

ВВЕДЕНИЕ.. 6

1. Общие сведения о веществе. Определение показателей пожарной опасности. 41

1.1 Расчет температуры вспышки. 41

1.2 Расчет температуры воспламенения. 43

1.3 Концентрационные пределы распространения пламени. 47

1.4 Температурные пределы распространения пламени. 50

1.5 Максимальное давление взрыва. 65

2. Расчет аварийной ситуации. 71

2.1 Интенсивность испарения при заданных условиях. 72

2.2 Время образования минимальной взрывоопасной концентрации паров в помещении. 75

2.3 Избыточное давление взрыва газопаровоздушной смеси при выбранной аварийной ситуации 78

Выводы по работе. 105

Выбор варианта на выполнение КРР. 105

Рекомендуемый список литературы.. 106

ВВЕДЕНИЕ

В соответствии с учебным планом Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России по дисциплине «Физико-химические основы развития и тушения пожаров» предусмотрено выполнение контрольно-расчетной работы. Работа выполняется с целью систематизации, закрепления и углубления знаний, полученных на предыдущих этапах обучения. Выполняя ее, обучаемый должен показать навыки инженерных расчетов по оценке пожарной опасности веществ.

В настоящем пособии изложены методические рекомендации по выполнению работы, требования к его оформлению и представлению материалов к защите.

Пособие предназначено для слушателей заочной форм обучения по специальности 280104.65 – «Пожарная безопасность».

Общие сведения

По данным справочной литературы выписываются основные сведения о веществе:

Название вещества, структурная формула, область применения. Агрегатное состояние. Внешний вид, цвет и запах. Плотность. Относительная плотность пара по воздуху (расчет: ). Температура плавления. Температура кипения. Коэффициент молекулярной диффузии пара. Растворимость в воде. Химические свойства. Воздействие на человека.

Определение показателей пожарной опасности

Температура вспышки

Температура вспышки - это наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары и газы, способные вспыхивать от источника зажигания; устойчивое горение при этом не возникает.

Температура вспышки является главным параметром, характеризующим пожарную опасность жидкостей.

По температуре вспышки все жидкости, способные гореть, классифицируются на легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с t_всп до 61 °С включительно (в закрытом тигле) и горючие (ГЖ) с t_всп больше 61 °С (в закрытом тигле).

Температуру вспышки жидкостей (t_всп) в закрытом тигле в °С , имеющих нижеперечисленные виды связей (табл. 1), вычисляют по формуле:

, ^оС (1)

где:

а₀ - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;

а₁ -. безразмерный коэффициент, равный 0,659;

t_кип- температура кипения исследуемой жидкости, °С;

а_j - эмпирические коэффициенты, приведённые в табл. 1 в зависимости от связей в структурной формуле вещества;

l_j - количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.

Средняя квадратическая погрешность расчета по этой формуле составляет 13°С.

Таблица 1

Вид связи	aj, °С	Вид связи	aj, °С
С—С	—2,03	С—С1	15,11
С С	—0,28	C—Br	19,40
C=C	1,72	С—Si	—4,84
С—Н	1,105	Si—H	11,00
С—О	2,47	Si—Cl	10,07
С=О	11,66	N—H	5,83
C—N	14,15	O—H	23,90
CSºN	12,13	S—H	5,64
C—S	2,09	P—O	3,27
C=S	—11,91	P=O	9,64
C—F	3,33

Пример 1.

Условие: Вычислить температуру вспышки 2-метилпропанола-1 (изобутилового спирта).

Решение:

Структурная формула 2-метилпропанола-1 выглядит следующим образом:

Н Н Н ½ ½ ½ Н ¾ С ¾ С ¾ С ¾ О ¾Н ½ ½ ½ Н Н– С –Н Н ½ Н

Данные для расчета:   tкип = 107,80C   Число связей:   С – С 3 С – Н 9 С – О 1 О – Н 1

Используя данные таблицы 1,

t_всп = -73,14 + 0,659 × 107,8 + 3 × (-2,03) + 9 × 1,105 + 2,47 + 23,90 = 28,1⁰С.

По справочным данным температура вспышки 2-метилпропанола-1 составляет 28⁰С.

Пример 2

Условие: Вычислить температуру вспышки пара-ксилола

(1,4-диметилбензола).

Решение:

Структурная формула 1,4-диметилбензола выглядит следующим образом:

Н ½ Н-С-Н ½ С // \ H-С С-H ç çç H-С С-H \\ / С ½ Н-С-Н ½ Н

Данные для расчета:   tкип = 138,30C   Расчет: используя данные таблицы 3   tвсп = -67,83 + 0,665×138,3 = 24,10С   По справочным данным температура вспышки п-ксилола составляет 260С.

Для перечисленных в табл.2 классов веществ температуру вспышки в °Свычисляют по формуле:

t_всп = а + b·t_кип, (2)

где:

а, b — эмпирические коэффициенты, приведенные в табл. 2 вместе со средними квадратическими погрешностями расчета.

Таблица 2

Класс веществ	Коэффициенты
	а, С	b	d, С
Алканы Спирты	—73,22 —41,69	0,693 0,652	1,5 1,4
Алкиланилины	—21,94	0,533	2,0
Карбоновые кислоты	—43,57	0,708	2,2
Алкилфенолы	—38,42	0,623	1,4
Ароматические углеводороды	—67,83	0,665	3,0
Альдегиды	—74,76	0,813	1,5
Бромалканы	—49,56	0,665	2,2
Кетоны	—52,69	0,643	1,9
Хлоралканы	—55,70	0,631	1,7

Расчет температуры воспламенения

Температура воспламенения - это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие газы и пары с такой скоростью, что при воздействии источника зажигания наблюдается воспламенение жидкости.

Температура воспламенения жидкости рассчитывается по той же формуле что и температура вспышки, но со своими коэффициентами:

, ^оС, где (3)

где:

а₀ = - 47,78 °С;

а₁ = 0,882;

t_кип - температура кипения жидкости, °С;

а_j - коэффициент j-той химической связи, приведены в табл. 3;

l_j - число химических связей вида j в молекуле жидкоcти

Таблица 3

Вид связи	aj, °С	Вид связи	aj, °С
С—С	0,027	С=О	—0,826
С С С=С	— 2,069 — 8,980	C—N O—Н	—5,876 8,216
С—Н	— 2,118	N—Н	—0,261
С—О	— 0,111

Средняя квадратическая погрешность расчета составляет 5 °С.

Пример:

Условие: Вычислить температуру воспламенения гептена-3.

Н Н Н Н Н Н Н ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ Н ¾ С ¾ С ¾С == С ¾ С¾ С ¾ С ¾ Н ½ ½ ½ ½ ½ Н Н Н Н Н

Данные для расчета:   tкип = 960C   Число связей:   С – С 5 С – Н 14 С = С 1

Используя данные таблицы 7,

t_воспл = -47,78 + 0,882 × 96 + 5 × 0,027 – 8,980 – 14 × 2,118 = 1,6⁰С.

По справочным данным температура вспышки гептена-3 составляет -3⁰С.

Температуру воспламенения алифатических спиртов и сложных эфиров вычисляют по формуле

(4)

где:

К — эмпирический коэффициент, равный 6·10^-4 для спиртов и 7·10^-4 для сложных эфиров.

Средняя квадратическая погрешность расчета составляет 2 °С для спиртов и 4°С — для сложных эфиров.

Пример

Условие: Рассчитать температуру воспламенения изопропилформиата (изопропилового эфира муравьиной кислоты).

Н Н Н ½ ½ ½ Н ¾ С ¾ С ¾С ¾ Н ½ ½ ½ Н О Н ½ С ==О ½ Н

Данные для расчета:   tкип = 68,20C

t_воспл= = 2,4⁰ С

По справочным данным температура воспламенения изопропилформиата составляет -2⁰С.