Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени, минимальной флегматизирующей концентрации и минимального взрывоопасного содержания кислорода для газо- и паровоздушных смесей

П. 9. 1 Общие положения

П. 9. 1. 1 Методы распространяются, если не оговорено особо, на органические соединения.

П. 9. 1. 2 Предполагается, если не оговорено особо, что исходная температура горючей смеси составляет 298 К, а исходное давление равно атмосферному.

П. 9. 1. 3 Предполагается, если не оговорено особо, что окислительная среда представляет собой воздух.

П. 9. 1. 4 Методы распространяются на вещества, не вступающие между собой и окислительной средой в химическую реакцию при начальных температуре и давлении.

П. 9. 1. 5 Сложные парогазовые смеси в общем случае могут быть представлены в качестве трехкомпонентных составов горючее - окислительная среда - флегматизатор. Типичная концентрационная область распространения пламени имеет вид полуострова, ограниченного кривой флегматизации (см. рисунок П. 9. 1).

Линии 5 и 6 делят плоскость на несколько областей:

I - область горючих смесей (концентрационная область распространения пламени);

II, III - области негорючих смесей, смешение которых с воздухом не приведет к образованию горючих составов;

IV - область негорючих смесей, которые могут стать горючими при разбавлении воздухом.

Парогазовая смесь любого состава отображается на плоскости точкой, расположение которой характеризует ее пожарную опасность (например, является ли смесь горючей при нахождении ее в области I или может ли она стать горючей при нахождении ее в области IV).

, - концентрации горючего и флегматизатора в тройной смеси горючее - окислительная среда - флегматизатор; , - нижний концентрационный предел распространения пламени (НКПР) и верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПР) в рассматриваемой окислительной среде (например, воздухе); 1, 2 - точки, соответствующие НКПР и ВКПР; 3 - точка флегматизации; 4 - точка, отвечающая смеси, предельной по горючести; 5 - кривая флегматизации; 6 - касательная к кривой флегматизации; 7 - прямая, отвечающая заданному соотношению концентраций горючего и флегматизатора в рассматриваемой смеси; 8 - горючая смесь; 9, 10 - негорючие смеси, которые могут быть безопасно (без образования горючих составов) выпущены в воздух; 11 - негорючая смесь, которая может стать горючей при разбавлении воздухом; 12 - точка, отвечающая НКПР смеси с заданным отношением горючих и негорючих компонентов ; 13 - точка, отвечающая ВКПР смеси с заданным соотношением горючих и негорючих компонентов

Рисунок П. 9. 1 - Типичная концентрационная область распространения пламени

П. 9. 2 Методы расчета концентрационных пределов распространения пламени в воздухе

П. 9. 2. 1 Расчет НКПР индивидуальных соединений

П. 9. 2. 1. 1 Органические соединения, состоящие из атомов углерода (С), водорода (Н), кислорода ( ), азота ( ), НКПР определяем по формуле

, (П. 9. 1)

где - величина НКПР, % об.;

, , , - число атомов , , , в молекуле горючего;

, , , , - коэффициенты, значения которых составляют =8, 737, =2, 488, =-0, 522, =-0, 494, =0, 0236 кДж/моль;

- стандартная теплота образования горючего вещества, кДж/моль, определяемая по справочным данным или вычисляемая по методам, описанным в литературе.

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета по формуле (П. 9. 1) составляет 6%.

При отсутствии данных о величине значение НКПР может быть вычислено по формуле

, (П. 9. 2)

где - коэффициенты, значения которых приведены в таблице П. 9. 1;

- число структурных групп в молекуле горючего.

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета по формуле (П. 9. 2) не превышает 10%.

П. 9. 2. 1. 2 Элементорганические соединения

НКПР определяем по формуле

, (П. 9. 3)

где - коэффициент, отвечающий -му атому, входящему в молекулу горючего (см. таблицу П. 9. 2);

- число -х атомов в молекуле горючего.

Таблица П. 9. 1 - Значения коэффициента в формуле (П. 9. 2)


Вид связи
	49, 2
	41, 2
	122, 1
	10, 9
	34, 3
	5, 7
	341, 5
	25, 0
	20, 9
	80, 9

Таблица П. 9. 2 - Значения коэффициента в формуле (П. 9. 3)


	Значение
	10, 1
	1, 5
	-2, 2
	0, 8
	-1, 0
	10, 9
	1, 3

П. 9. 2. 2 Расчет ВКПР индивидуальных соединений, состоящих из атомов , , , , хлора ( )

ВКПР определяем по формуле

, (П. 9. 4)

где - величина ВКПР, % об.;

- число -х молекулярных связей в молекуле горючего (например, , , и т. д. )

- коэффициент, отвечающий -й связи (см. таблицу П. 9. 3);

- коэффициент, учитывающий те или иные особенности строения молекулы горючего (см. таблицу П. 9. 4).

Таблица П. 9. 3 - Значения коэффициента в формуле (П. 9. 4)


Вид связи	Значение
	1, 39
	-0, 84
	0, 24
	-1, 40
	1, 31
	0, 71
	-1, 77
	0, 69
	0, 89
	1, 25
	2, 07
	1, 93

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета по формуле (П. 9. 4) составляет 11%.

Таблица П. 9. 4 - Значения коэффициента в формуле (П. 9. 4)


Структурная группа	Значение
	-1, 47
	-1, 11
Неароматический цикл	9/

П. 9. 2. 3 Метод расчета НКПР и ВКПР смесей горючих газов и паров НКПР и ВКПР , % об., рассчитываем по формуле

, (П. 9. 5)

где - КПР -го горючего компонента, % об.;

- концентрация -го горючего компонента в смеси, % об.;

- число горючих компонентов в смеси.

Если какие-либо из величин неизвестны, их рассчитываем по методам, изложенным в П. 9. 2. 1, П. 9. 2. 2. Относительная средняя квадратическая погрешность расчета не превышает 30%.

П. 9. 2. 4 Метод расчета концентраций горючего и флегматизатора в точке флегматизации

Метод применим для горючих газов и паров органических соединений, состоящих из атомов , , , .

Концентрации горючего , % об., и флегматизатора , % об., в точке флегматизации рассчитываем по формулам

, (П. 9. 6)

, (П. 9. 7)

где , - числа молей воздуха и флегматизатора на 1 моль горючего соответственно, рассчитываемые по формулам:

, (П. 9. 8)

, (П. 9. 9)

где - содержание в окислительной среде, равное для воздуха 20, 6% об.;

- стехиометрический коэффициент в реакции сгорания до и , вычисляемый по формуле

, (П. 9. 10)

- коэффициент избытка горючего по отношению к смеси, являющейся стехиометрической относительно сгорания до и , принимаемый равным 0, 9;

=2, 998, =3, 440, =-0, 522, =-0, 494, =0, 0314 кДж/моль;

- параметр, характеризующий эффективность флегматизации, значения которого для различных флегматизаторов приведены в таблице П. 9. 5.

Таблица П. 9. 5 - Значения параметра для различных флегматизаторов


Флегматизатор	Величина
Азот	1, 0
Диоксид углерода	1, 6
Водяной пар	1, 2
Трифтортрихлорэтан	5, 6
1, 2-дибромтетрафторэтан	21, 3
Шестихлористая сера	3, 9
Дифторхлорметан	3, 3
Дифтордихлорметан	4, 5
Перфторпропан	6, 1
Тетрафторметан	2, 4
Трифторбромметан	16, 2
Фтортрихлорметан	4, 0
Тетрахлорметан	4, 8
Тетрафтордихлорэтан	6, 0
Пентафторхлорэтан	6, 0
Перфторбутан	4, 3
Пентафториодэтан	5, 6
Трифторметан	1, 6
Гептафторпропан	3, 0
Перфторциклобутан	2, 7
Пентафторэтан	2, 5
Трифториодметан	15, 5

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета величин , превышает 15%.

П. 9. 2. 5 Метод расчета концентраций горючего и флегматизатора в смеси, предельной по горючести

Метод применим для горючих газов и паров органических соединений, состоящих из атомов , , , .

Концентрации горючего , % об., и флегматизатора , % об., в смеси, предельной по горючести, рассчитываем по формулам (П. 9. 6)-(П. 9. 9), принимая коэффициенты: равно 3, 530, равно 4, 038, равно минус 0, 522, равно минус 0, 494, равно 0, 0363 кДж/моль (для химически инертных и термически стойких разбавителей типа , , ); равно 2, 741, равно 3, 166, равно минус 0, 522, равно минус 0, 494, равно 0, 0291 кДж/моль (для галоидсодержащих флегматизаторов), а величину равной 0, 73 для химически инертных разбавителей (азот, диоксид углерода, водяной пар и т. п. ) и 0, 94 для галоидсодержащих соединений.

Относительная средняя квадратическая погрешность расчета величин и не превышает 25%.

П. 9. 2. 6 Аналитическая аппроксимация кривых флегматизации

Концентрацию горючего на нижней ветви кривой флегматизации от точки 1 до точки 4 (см. рисунок П. 9. 1) в зависимости от концентрации флегматизатора рассчитываем по формуле

. (П. 9. 11)

Концентрацию горючего на нижней ветви кривой флегматизации от точки 4 до точки 3 (см. рисунок П. 9. 1) в зависимости от концентрации флегматизатора рассчитываем по формуле

. (П. 9. 12)

Концентрацию горючего на верхней ветви кривой флегматизации от точки 2 до точки 3 (см. рисунок П. 9. 1) в зависимости от концентрации флегматизатора рассчитываем по формуле

. (П. 9. 13)

Относительная средняя квадратическая погрешность аналитической аппроксимации кривой флегматизации, как правило, не превышает 25%.

В случае, если при расчетах окажется, что величина превышает , то концентрацию горючего на нижней ветви вычисляем по формуле (П. 9. 11).

П. 9. 2. 7 Особенности расчетов в случаях, когда горючее и/или флегматизатор состоит из нескольких компонентов

П. 9. 2. 7. 1 В случае, если горючее состоит из нескольких компонентов, величины и вычисляем по формуле (П. 9. 5).

Значения , , , вычисляем по методам, описанным в П. 9. 1. 4, П. 9. 1. 5, учитывая эффективные значения числа атомов различных элементов и мольной теплоты образования составного горючего: