Расчёт давления взрыва при различных концентрациях
Согласно формуле 3 величина давления в сосуде определяется температурой взрыва и изменением числа молей в ходе химического превращения.
Рвзр = Р0 
(2.1)
Количество молей в исходной горючей смеси nгс = nг + α· n0в,
где α· n0в - практическое количество молей воздуха в газо-воздушной смеси.
Например, для смеси с концентрацией горючего вещества, равной НКПР
п гс = 1 + 2,18 · 7,02 = 16,3 
,
а давление взрыва
Рвзр = 97 
Таким образом, давление при взрыве смеси на нижнем концентрационном пределе возрастает в ( 
) ~ 6,2 раза.
Для стехиометрической смеси а = 1, тогда
пгс = 1 +1 · 7,02 = 8,1 
и Рвзр = 97 
При взрыве стехиометрической смеси давление в системе возрастёт в ( ) ~ 10 раз.
Обратите внимание, что для данной смеси горючих веществ в результате химического превращения суммарное число молей в системе уменьшается. Это вызвано тем, что в смеси горючих веществ содержится много СО (75% об.), а при взаимодействии оксида углерода с кислородом происходит уменьшение числа молей (см. брутто-уравнение химической реакции горения СО).
Расчёты величины давления взрыва проводим и для других концентраций горючего вещества. Полученные значения заносим в таблицу 2.1.
| Таблица 2.1 – Значения давления взрыва при различной концентрации горючего вещества |
| φг, % об. | 6,14 | 7,37 | 8,60 | 10,0 | 12,5 |
| nГС, моль/моль | 16,3 | 13,6 | 11,6 | 9,98 | 8,02 |
| Рвзр, кПа | |||||
| Рвзр/Р0 | 6,2 | 7,0 | 7,8 | 8,6 | 10,0 |
3. Построение зависимости Твзр=f (φг) и Рвзр=f (φг) и оценка возможности разрушения технологического оборудования при взрыве газо-воздушной смеси.
Для установления концентрационных границ взрыва газо-воздушной смеси горючих веществ заданного состава рассчитаем верхний концентрационный предел распространения пламени.
Согласно справочным данным
= 74 % об., 
= 15,0 % об., 
= 7,7 % об.
В соответствии с правилом Ле-Шателье:
(2.2)
Зависимости температуры и давления взрыва от концентрации горючего вещества построим на основании расчётных данных, приведённых в таблицах 1.2 и 2.1.
 6 7 8 9 10 11 12 13 |
φ Г, % об.
Рис. 1 - Зависимость температуры взрыва от концентрации горючего в газо-воздушной смеси
 |
φ Г, % об.
Рис. 2 - Зависимость давления взрыва от концентрации горючего вещества в газо-воздушной смеси
Из анализа полученных расчётных зависимостей Твзр=f (φг) и Рвзр=f (φг) можно сделать следующие выводы:
1. С увеличением содержания горючего вещества в газо-воздушной смеси от концентрации, равной нижнему концентрационному пределу распространения пламени до стехиометрической концентрации температура и давление взрыва увеличиваются. Температура взрыва повышается в 1,64 раза, а давление взрыва в 1,62 раза. Максимальное значение давления взрыва для заданной газо-воздушной смеси составляет 973 кПа, что превышает начальное давление в 10 раз.
2. При взрыве газо-воздушной смеси с концентрацией горючего вещества выше 7,7% давление взрыва превысит предельное значение, установленное для данного технологического оборудования, в связи с чем возникнет опасность его разрушения.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица 1 - Теплоты образования некоторых веществ
| Вещество | Химическая формула | Теплота образования, кДж/моль |
| Ацетилен | С2Н2 | -224,6 |
| Бутан | С4Н10 | 132,4 |
| Бутилен | С4Н8 | 6,3 |
| Вода (газ) | Н2О | 242,2 |
| Водород | Н2 | 0 (простое вещество) |
| Двуокись углерода | СО2 | 396,6 |
| Метан | СН4 | 75,0 |
| Окись углерода | СО | 112,7 |
| Пропан | С3Н8 | 109,4 |
| Пропилен | С3Н6 | -2,6 |
| Этан | С2Н6 | 88,4 |
| Этилен | С2Н4 | -48,6 |
Таблица 2 - Внутренняя энергия газов
| Температура, 0С | Теплосодержание, кДж/моль | Температура, 0С | |||||
| О2 | N2 | Воздух | СО2 | Н2О | SO2 | ||
| 2,2 | 2,1 | 2,1 | 2,9 | 2,5 | 3,3 | ||
| 4,1 | 4,1 | 4,1 | 6,3 | 5,1 | 6,8 | ||
| 6,6 | 6,3 | 6,4 | 10,0 | 7, | 10,7 | ||
| 9,1 | 8,5 | 8,6 | 14,6 | 10,7 | 14,9 | ||
| 11,5 | 10,7 | 10,9 | 18,1 | 13,6 | 19,1 | ||
| 14,1 | 13,1 | 13,3 | 22,5 | 16,7 | 23,5 | ||
| 16,7 | 15,5 | 15,7 | 27,0 | 28,1 | |||
| 19,4 | 18,1 | 31,6 | 23,3 | 32,7 | |||
| 22,1 | 20,5 | 20,7 | 36,3 | 27,7 | 37,3 | ||
| 24,8 | 23,3 | 41,1 | 30,3 | ||||
| 27,7 | 25,7 | 26,0 | 46,0 | 34,1 | 46,8 | ||
| 30,4 | 28,2 | 28,6 | 50,9 | 37,8 | 51,5 | ||
| 33,2 | 30,9 | 31,3 | 41,8 | 56,4 | |||
| 35,1 | 33,7 | 34,0 | 61,1 | 45,8 | 61,2 | ||
| 39,0 | 36,3 | 36,7 | 66,1 | 49,8 | 65,9 | ||
| 41,9 | 39,1 | 39,5 | 71,3 | 54,0 | 70,8 | ||
| 44,9 | 41,8 | 42,3 | 76,4 | 58,3 | 75,7 | ||
| 47,8 | 44,5 | 45,0 | 81,6 | 62,6 | 80,6 | ||
| 50,8 | 47,3 | 47,8 | 86,8 | 67,0 | 85,4 | ||
| 53,8 | 50,2 | 50,7 | 92,0 | 71,5 | 90,5 |
Продолжение таблицы 2
| Температура, 0С | Теплосодержание, кДж/моль | Температура, 0С | |||||
| О2 | N2 | Воздух | СО2 | Н2О | SO2 | ||
| 56,7 | 52,9 | 53,5 | 97,2 | 75,9 | 95,2 | ||
| 59,8 | 55,8 | 56,4 | 102,5 | 80,5 | 100,2 | ||
| 62,9 | 58,7 | 59,3 | 107,8 | 85,1 | 105,1 | ||
| 65,9 | 61,6 | 62,2 | 113,0 | 89,7 | 110,0 | ||
| 69,1 | 64,3 | 65,1 | 118,3 | 94,3 | |||
| 72,4 | 67,4 | 67,7 | 123,7 | 97,8 | 120,0 | ||
| 75,5 | 70,2 | 70,7 | 128,9 | 102,4 | 124,9 | ||
| 78,5 | 73,1 | 73,5 | 134,2 | 107,0 | 130,0 | ||
| 81,0 | 76,4 | 76,9 | 139,7 | 111,7 | 134,7 | ||
| 85,2 | 78,9 | 79,3 | 145,0 | 116,3 | 139,8 |
Список литературы
1. Тушение пламени горючих жидкостей: монография / В. И. Горшков. - М.: Пожнаука, 2007. - 268 с.
2. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник. - М.: Ассоциация «Пожнаука», ч.1, 2004. - 713 с.
3. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник.- М.: Ассоциация «Пожнаука», ч.2, 2004. - 774 с.