Тема. Материальный и тепловой баланс процесса горения
В данной теме предусмотрено изучение теоретического материала, решение практических задач, выполнение лабораторной работы.
1. Изучите данную тему с использованием материала лекций и учебной литературы.
2. Заучите определения основных понятий.
3. Обратите внимание на понятия теплоты и температуры горения, способы их расчета и измерения. Разберитесь, в чем состоит отличие низшей и высшей теплоты сгорания. Изучите виды температуры горения, в чем между ними разница, для чего необходимо знать теплоту и температуру горения.
4. Разберите правила составления реакции горения. Это особенно важный момент, так как практически все расчеты по дисциплине «Теория горения и взрыва» начинаются с составления реакции горения. Попробуйте самостоятельно составить реакции горения различных веществ, приведенных в справочнике [2], используя правила составления уравнений реакций горения [8]:
а) В левой части уравнения записываем формулу горючего вещества и воздух в виде (О2 + 3,76 N2).
б) В правой части уравнения записываем продукты реакции горения, учитывая , что углерод, содержащийся в горючем веществе, превращается в углекислый газ (СО2), сера в SO2, фосфор в Р2О5, водород в воду, хлор в HCl, фтор в HF, бром в HBr, йод в HI. Азот, при температуре горения ниже 2000 0С не вступает в реакцию. Так как в условиях реального пожара температура не превышает значения 1500 – 1600 0С, то принимают, что азот выделяется в виде N2. Другие элементы переходят в высшие оксиды.
в) Уравниваем реакцию горения:
- перед горючим веществом всегда ставим коэффициент 1;
- перед углекислым газом ставим коэффициент равный количеству атомов углерода в горючем веществе;
- уравниваем остальные элементы, кроме водорода и кислорода;
- уравниваем воду по числу атомов водорода;
- считаем число атомов кислорода в правой части уравнения и уравниваем соответственно кислород в левой части;
- коэффициент, стоящий перед кислородом, переносим в правую часть уравнения и ставим перед азотом;
- кислород, входящий в состав горючего вещества, участвует в реакции горения как кислород воздуха, в качестве окислителя.
5. Важно учитывать влияние коэффициента избытка воздуха на состав продуктов горения и температуру горения, так как они определяют пожароопасные характеристики веществ и материалов, дают возможность оценивать реальную обстановку на пожаре и правильно организовывать деятельность пожарных.
6. Разберите методики решения основных типов задач по данной теме, используя рекомендации и алгоритмы решений, изложенные в работах [3, 4].
Разделы для самостоятельного изучения
1. Расчет объема воздуха, объема и состава продуктов горения при сгорании веществ сложного состава.
Методика решения задач по расчету объема воздуха, объема и состава продуктов горения при сгорании веществ сложного состава подробно изложена в работе [3].
Завершает изучение темы «Материальный и тепловой баланс процесса горения » выполнение лабораторной работы по определению температуры горения веществ.
Для подготовки к данной лабораторной работе необходимо:
- изучить теоретический материал по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения» (см. конспект и список литературы);
- уметь ответить на контрольные вопросы (см. вопросы для самоконтроля по теме «Общие сведения о горении и взрыве» и по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения») и знать определения основных понятий;
- знать назначение, принцип действия и устройство прибора ОППИР-017 (см. список литературы);
- в тетради для лабораторных работ оформить отчет: название работы, цели работы, материально-техническое обеспечение, теоретические основы работы (основные определения; формулы расчета; назначение, принцип действия, устройство и рисунок прибора ОППИР-017).
Вопросы для самоконтроля
1. Классификация взрывов.
2. Какие правила необходимо соблюдать при составлении реакций горения?
3. Какие вещества называют горючими, трудногорючими и негорючими?
4. Как определить горючесть вещества по коэффициенту горючести?
5. Избыток воздуха, коэффициент избытка воздуха.
6. Какие вещества называются сложными?
7. Дать определение индивидуальным химическим соединениям.
8. Сформулируйте закон Гесса и следствие из закона Гесса.
9. Теплота сгорания, ее виды.
10. Дайте определение калориметрической температуре сгорания.
11. Какие факторы влияют на температуру горения?
12. Для чего необходимо знать температуру горения?
13. Как определяют температуру горения? Почему действительная температура горения, как правило, оказывается ниже калориметрической, адиабатической и теоретической?
14. Строение ламинарного диффузионного пламени.
15. Изложите в общем виде методику расчета объема воздуха, необходимого для сгорания индивидуальных химических соединений и сложных веществ.
Опорные термины по теме «Материальный и тепловой баланс процесса горения»:
температура горения, температура внутреннего пожара, температура наружного пожара, теплота сгорания, низшая теплота сгорания, высшая теплота сгорания.
Перечень литературы и учебно-методических материалов
для подготовки к занятию
Основная:
1. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. – 266с., ил. (стр. 8 - 19)
2. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А.. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Асс. Пожнаука, 2004. – Ч.I. – 713 с.
3. Снегирев Д.Г. Материальный баланс процесса горения. Методические указания / Иваново: ИФА ГПС МЧС РФ, 2002.
4. Методические указания по курсу “Теория горения и взрыва” на тему: “Тепловой баланс процесса горения” / Сост. Д.Г.Снегирев. Иваново: ИФА ГПС МЧС РФ, 2002.
5. Таубкин С.И. Пожар и взрыв, особенности их экспертизы. – М, 1999.- 600 с. (стр. 281 - 296)
Дополнительная:
6. Абдурагимов И.М. и.др. Процессы горения. М.: ВИПТШ, 1984.
7. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойства горючих веществ. – 2-е изд., перераб. – М.: Химия, 1981. – 272 с., ил. (стр. 7 - 29).
8. Расчетно-аналитические зависимости для решения задач по курсу «Теория горения и взрыва»: справочный материал / сост. Д.В. Батов, Т.А. Мочалова, А.В. Петров. – Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2008. – 35с. (стр. 5 - 22)
Тесты для самоконтроля
1. В зависимости от механизма распространения зоны химической реакции горения по горючей смеси выделяют следующие режимы горения:
а) дефлаграционное и детонационное;
б) ламинарное и турбулентное;
в) диффузионное и кинетическое.
2. Какие из ниже перечисленных продуктов горения являются продуктами полного сгорания:
а) СО2;
б) NН3;
в) НCl;
г) Н2О;
д) СО.
3. Укажите, какие из представленных ниже уравнений реакции горения веществ являются верными:
а) С2Н5N + 6,25 О2 + 6,25´3,76 N2 ® 7СО2 + 2,5 Н2О + 6,25´3,76 N2;
б) С2Н3Cl + 2,5 О2 + 2,5´3,76 N2 ® 2СО2 + Н2О + HCl +2,5´3,76 N2;
в) С4Н10О + 6 О2 + 6´3,76 N2 ® 4СО2 + 5 Н2О + 6´3,76 N2.
4. Как называются вещества, состав которых можно выразить химической формулой?
а) простые вещества;
б) индивидуальные химические соединения;
в) сложные вещества.
5. Горение паров, поднимающихся со свободной поверхности жидкости, является:
а) гетерогенным;
б) гомогенным.
6. Если коэффициент горючести бутанола равен 24, то это вещество:
а) трудногорючее;
б) горючее;
в) не горючее.
7. По газодинамическому состоянию компонентов горючей смеси горение подразделяется на:
а) полное и неполное;
б) ламинарное и турбулентное;
в) гомогенное и гетерогенное.
8. Для возникновения горения необходимы следующие условия:
а) наличие горючего вещества, окислителя и флегматизатора;
б) наличие источника зажигания и горючего вещества;
в) наличие горючего вещества, источника зажигания и окислителя.
9. Какие из ниже перечисленных факторов влияют на температуру горения:
а) полнота сгорания;
б) величина избытка воздуха;
в) объем сосуда;
г) начальная температура горючего вещества и воздуха;
д) скорость химической реакции.
10. С помощью какого прибора определяется температура горения?
а) Прибор МакHИИ
б) Прибор Маккея
в) СТС-2.Н
г) ОППИР-017.
д) ПВHЭ.
11. Какая температура называется температурой внутреннего пожара:
а) максимальная температура дыма в помещении, где происходит пожар;
б) минимальная температура дыма в помещении, где происходит пожар;
в) средняя температура зоны горения в помещении, где происходит пожар;
г) максимальная температура зоны горения в помещении, где происходит пожар;
д) средняя температура дыма в помещении, где происходит пожар.
12. Какая температура называется температурой наружного пожара:
а) температура дыма.
б) температура пламени.
в) температура продуктов горения.
г) температура окислителя.
д) температура горючего вещества.
13. Коэффициент горючести вещества равен 1. Данное вещество является:
а) горючим;
б) негорючим;
в) трудногорючим.
14. Какие различают температуры горения?
а) оптическую, теоретическую, действительную.
б) тепловую, теоретическую, действительную.
в) калориметрическую, теоретическую, действительную.
г) отопительную, теоретическую, действительную.
д) цепную, теоретическую, действительную.
16. Как называется коэффициент "К".
а) коэффициент дымообразования.
б) коэффициент горючести.
в) коэффициент теплопроводности.
г) коэффициент теплопередачи.
д) стехиометрический коэффициент.