Определение критической температуры самовозгорания скопления самонагревающегося твердого дисперсного материала

ПОЖАРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

ОБЪЕКТОВ И НАСЕЛЁННЫХ ПУНКТОВ

Методические рекомендации по выполнению контрольной работы для обучающихся по заочной форме обучения

специальность 080504.65
«Государственное и муниципальное управление»

Санкт-Петербург - 2014

Рецензенты:

Г.К. Ивахнюк доктор химических наук, профессор
(Санкт-Петербургский государственный технологический институт
(технический университет));

В.А. Родионов кандидат технических наук, доцент
(Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России)

 

 

А.В. Башаричев, Д.В. Савельев

Пожарная безопасность технологических процессов: Методические рекомендации по выполнению контрольной работы для обучающихся заочной формы обучения по специальности 080504. 65 «Государственное и муниципальное управление»/ Под общей ред. О.М. Латышева. СПб.: Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014. — 68 с.

 

Настоящие методические рекомендации предназначены для самостоятельной работы обучающихся заочной формы обучения при выполнении контрольных заданий по дисциплине «Пожарная безопасность объектов и населённых пунктов». В пособии изложены основные требования к оформлению контрольной работы, указаны варианты заданий и приведены методические рекомендации по решению задач.

 

© Санкт-Петербургский университет ГПС МЧС России, 2014
ВВЕДЕНИЕ

 

В соответствии с учебным планом Санкт-Петербургского университета ГПС МЧС России при изучении курса «Пожарная безопасность объектов и населённых пунктов» обучающиеся заочной формы обучения выполняют письменную контрольную работу. Контрольная работа включает в себя 5 задач и 2 теоретических вопроса. В настоящем пособии изложены основные требования к оформлению контрольной работы, указаны варианты заданий и приведены методические рекомендации по выполнению инженерных расчетов.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради рукописным способом чернилами или пастой черного, синего или фиолетового цвета. На каждой странице необходимо оставлять поля. Текст должен быть написан аккуратно, грамотно, разборчивым почерком.

На обложке работы необходимо указать номер группы, номер зачетной книжки, фамилию, имя, отчество обучающегося, выполнившего работу, а также номер варианта.

При выполнении контрольной работы условия задач переписываются обязательно, четко и правильно. Ответы на вопросы обучающиеся должны иллюстрировать необходимыми схемами, рисунками или чертежами, которые выполняются карандашом с учетом требований стандартов. Не допускается произвольно сокращать слова в тексте и подписях к иллюстрациям. В конце работы должна быть перечислена используемая литература.

При получении рецензии на выполненную работу, обучающийся должен внимательно ознакомиться с замечаниями преподавателя, внести в работу соответствующие исправления, дополнения и уточнения.

Не рецензируются работы:

- выполненные не по своему варианту;

- написанные неразборчивым почерком, неаккуратно.

Не зачтенная контрольная работа выполняется повторно с учетом замечаний рецензента. На обложке новой контрольной работы указывают «повторная» и направляют в СПб университет ГПС МЧС России на факультет заочного обучения вместе с первой работой и рецензией.

 

Выбор варианта задания

Варианты заданий выбираются по сумме последней и предпоследней цифр зачетной книжки обучающегося.

Например,

 

последняя цифра 9

предпоследняя цифра 7

сумма цифр 16

вариант 16, или

 

последняя цифра 0

предпоследняя цифра 5

сумма цифр 5

вариант 05.

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ В НАГРЕВАЕМОМ ГЕРМЕТИЧНОМ АППАРАТЕ, ПОЛНОСТЬЮ

ЗАПОЛНЕННОМ ЖИДКОСТЬЮ

На промышленных объектах значительную опасность представляют герметичные аппараты, полностью заполненные жидкостью или сжиженным газом. С повышением температуры в таких аппаратах жидкости увеличивают свой первоначальный объем, что сопровождается увеличением внутреннего давления в аппарате. Повышение давления является сложным процессом, так как сопровождается одновременно не только увеличением объема жидкости, но и приращением объема самого аппарата в результате термического расширения его стенок. При этом объем жидкости изменяется в большей степени по сравнению с увеличением линейных размеров аппарата. Поэтому нагревание жидкостей и сжиженных газов даже до невысоких температур (например, в пределах суточных колебаний температуры наружного воздуха) может создать опасное давление, при котором возможно повреждение стенок аппарата. 1.1. УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ № 1

 

Определить изменение давления в ёмкости, полностью заполненной жидкостью А, если известно, что температура в аппарате изменяется от Б до В ⁰С. Материал аппарата ─ Г. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения для данного аппарата. Объем аппарата Д м³.

Таблица 1

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

 

Варианты заданий	Жидкость	Начальная температура, ºС	Конечная температура, ºС	Материал аппарата	Объем аппарата, м3
	А	Б	В	Г	Д
	Толуол			чугун
	Азотная кислота			железо
	Ацетон			стекло	0,1
	Бензол			латунь
	Глицерин			алюминий	0,5
	Керосин			сталь	0,7
	Ксилол			титан
	Метанол			сталь
	Пентан			медь
	Толуол			латунь	0,8
	Хлороформ			сталь	1,5
	Четырех-хлористый углерод			железо	3,2
	Этанол			алюминий
	Диэтило- вый эфир			стекло	0,6
	Керосин			чугун
	Нефть			сталь
	Вода			свинец	0,9
	Пентан			железо
	Ацетон	-4		стекло	0,3

 

 

КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Условие задачи

Определить изменение давления в емкости, полностью заполненной легковоспламеняющейся жидкостью сероуглеродом СS , если известно, что температура в аппарате изменяется от 15 до 30 ºС. Материал аппарата – железо. Определить минимальную величину свободного пространства и максимально допустимую степень заполнения аппарата. Объем аппарата составляет 3м³.

 

Решение

Давление, создаваемое жидкостью при увеличении ее температуры, определяют по формуле

 

(1.1)

 

где Р _к - конечное давление жидкости, МПа;

Р _н - начальное давление жидкости в аппарате, МПа;

Δ Р - приращение давления жидкости в аппарате при повышении температуры, МПа.

Приращение давления в герметичном нагреваемом аппарате, полностью заполненном жидкостью, можно определить по формуле

, (1.2)

 

где - коэффициент объемного расширения жидкости, ;

- коэффициент объемного сжатия жидкости, МПа ;

- коэффициент линейного расширения материала стенок аппарата, ;

D Т = Т _кон- Т _нач- изменение температуры в аппарате, .

Коэффициент объемного теплового расширения жидкостей существенно зависит от температуры, однако для ориентировочных расчетов допускается пользоваться усредненным значением этого коэффициента (Приложение 1).

Коэффициент объемного сжатия жидкостей в широком интервале температур сохраняет почти постоянное значение (Приложение 2).

Коэффициенты линейного расширения ряда металлов и сплавов приведены в Приложении 3 данного пособия.

По таблицам Приложений 1, 2, 3 находим значения требуемых коэффициентов для сероуглерода и железа:

;

МПа ;

.

Используя эти значения, получаем искомое приращение давления в аппарате с сероуглеродом

МПа.

Защита от повышения давления при увеличении температуры жидкости достигается путем создания в аппаратах свободного пространства. В этом случае давление в аппарате не может быть больше давления насыщенных паров жидкости при данной температуре. Свободное пространство выполняет роль компенсатора при тепловом расширении жидкости, и опасность образования больших давлений в аппарате исключается.

Минимальную величину свободного пространства или максимально допустимую степень заполнения емкостей и резервуаров можно определить по формулам

(1.3)

(1.4)

где - объем свободного пространства аппарата, м³;

- объем аппарата, м³;

β - коэффициент объемного расширения жидкости, ;

- разность между начальной и конечной температурой, ;

ε - степень заполнения аппарата ― отношение объёма, занимаемого жидкостью, к общему объему аппарата.

Подставляя исходные данные в формулы (1.3) и (1.4), получим:

м³

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ САМОВОЗГОРАНИЯ СКОПЛЕНИЯ САМОНАГРЕВАЮЩЕГОСЯ ТВЕРДОГО ДИСПЕРСНОГО МАТЕРИАЛА

Теория теплового самовозгорания (самовоспламенения) позволяет решить прямую и обратную задачу самовозгорания:

- по кинетическим параметрам определить критические условия самовозгорания (критические температуры Т _о и Т _в);

- по критическим условиям определить кинетические параметры (Е и С).

Эти задачи можно решать аналитически и графически. Рассмотрим графический способ определения критической температуры самовозгорания (Т _в) скопления твердого дисперсного материала.

Известно [3,4], что соотношение между энергией активации (Е) и логарифмом предэкспоненциального множителя (ln С) определяется компенсационным уравнением:

Е = (2.1)

где R - универсальная газовая постоянная, R =8,314 Дж·моль^-1·К^-1;

- температура компенсации, ;

- адиабатическая скорость самонагревания при температуре Т _с, ^.с^-1.

Величина определяется из выражения:

exp (2.2)

где }изокинетические параметры.

Из уравнения (2.1) имеем:

(2.3)

Из выражения (2.3) определяется величина предэкспоненциального множителя С и сравнивается с экспериментальным значением данного материала. Далее проводится расчет адиабатической скорости самонагревания () для конкретного материала по уравнению Аррениуса:

(2.4)

При известных значениях С и Е, задаваясь температурами (), находят .

Результаты расчета заносятся в таблицу, затем строится график . Для удобства построения графика значения увеличивают в 100 раз.

На следующем этапе строится график теплоотвода по уравнению:

, (2.5)

где - темп охлаждения. Его вычисляют по формуле:

(2.6)

где - коэффициент неравномерности нагрева;

- коэффициент теплоотдачи от поверхности скопления к окружающей среде, ;

F - поверхность скопления материала, ;

- теплоемкость материала, ;

- плотность материала, ;

V - объём скопления, .

Коэффициент неравномерности нагрева определяют по формуле:

(2.7)

где - относительный градиент ;

- коэффициент теплопроводности материала, ;

- определяющий размер (расстояние от поверхности материала до теплофизического центра), м.

Затем проводится прямая охлаждения под углом (см. рис. 2.1), тангенс которого равен параметру охлаждения . Прямая охлаждения 2 должна касаться кривой саморазогрева в точке В. Используя построенные графические зависимости, определяются критические температуры и .

УСЛОВИЕ ЗАДАЧИ № 2

Определить критические температуры самовозгорания (Т_о и Т_в) для скопления самонагревающегося твердого дисперсного материала, используя данные, приведенные в таблице 2.1.

 

Таблица 2.1

2.2. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Варианты заданий	Наименование материала	n	l, Вт м × К	a, Вт м2×К	ср, кДж кг×К	r, кг м3	Тс,   К	Е, кДж моль	Rx,   м	Форма скопления
	Травяная мука	2,29	0,16		2,3				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар
								0,5	куб
								0,5	параллелепипед
	Опилки древесные		0,093		2,5				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	цилиндр
								0,5	параллелепипед
								0,5	шар
	Торф		0,046		2				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллелепипед
								0,5	шар
								0,5	цилиндр
	Крилевая мука		0,1		1,5				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллепипед
								0,5	шар
	Рыбная мука		0,14		1,7				0,5	куб
	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-	-"-		0,5	параллепипед
								0,5	шар

КОНТРОЛЬНЫЙ ПРИМЕР

Условие задачи

Определить критические температуры самовозгорания ( и ) графоаналитическим способом для штабеля витаминной травяной муки кубической формы. Ребро куба равно 1 м.

При этом:

Решение:

Используя выражение (2.2), определяем адиабатическую скорость самонагревания при температуре Т_с:

Далее, из уравнения (2.3), находим

или , что соответствует .

Вычисленное значение () сравниваем по секторной диаграмме (рис.2.2) с экспериментальным значением. Это соответствует древесно-растительным материалам (при и ).

По уравнению (2.4) прводим расчет адиабатической скорости самонагревания в зависимости от температуры (Т, К). Результаты расчетов заносим в табл. 2.2 и , К/с представляем в К/час.

Таблица 2.2

1234Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: