Параметры взрыва парогазовоздушных систем

 

4.1. Расчет температуры и давления взрыва парогазовоздушных систем

 

Температура взрыва - температура (зоны пламени), до которой нагреваются продукты реакции горения. Это максимальная температура зоны химической реакции (зоны пламени).

Температура взрыва определяется из уравнения теплового баланса

Q_н= С_piV_пг(T_в-T₀) (4.1.1)

При этом адиабатическая температура взрыва

(4.1.2)

а действительная температура взрыва

(4.1.3)

где Т_в^* и Т_в - соответственно адиабатическая и действительная температуры взрыва;

Т₀ - начальная температура;

V_ПГi - объем i-ro продукта горения;

Q_Н - низшая теплота горения вещества;

Q_ПГ - теплота, пошедшая на нагрев продуктов горения.

При этом

Q_ПГ= Q_Н(1-η) (4.1.4)

где η - доля теплопотерь в результате излучения энергии,

химического и механического недожога.

Расчет температуры взрыва по формуле (4.1.2) или (4.1.3) может быть проведен только методом последовательных приближений, поскольку теплоёмкость газов зависит от температуры горения (табл. 4.1.1)

Таблица 4.1.1

№	Определяемые параметры	Примечание
	Объём и состав продуктов горения	кмоль, м3
	Низшая теплота сгорания или количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горения (при наличие теплопотерь)	Qпг или Qн кДж/кмоль, кДж/кг
	Среднее значение энтальпии продуктов горения	(4.1.5)
	Температура горения Т1 (табл. 1, 2 прил.) по средней энтальпии с помощью табл. 1 (если Нср выражена в кДж/м3), ориентируясь на азот (наибольшее содержание в продуктах горения)
	Теплосодержание продуктов горения с температурой Т1 (табл. 1, 2 прил.)	(4.1.6)
	Если Q`пг< Qн(пг), то Т2> Т1 (в том случае, если Q`пг> Qн(пг), то Т2< Т1)	Нi – энтальпия i -продукта горения; Vi - объём i -продукта горения
	Q``пг по формуле (4.1.6)
	Расчет проводим до получения неравенства Q`пг< Qн(пг)< Q``пг
	Температура горения	(4.1.7)

 

Действительная температура взрыва на пожаре для большинства газообразных, жидких и твёрдых веществ изменяется в достаточно узких пределах (1300-1800 К). В связи сэтим расчетная оценка действительной температуры взрыва может быть значительно упрощена, если теплоемкость продуктов горения выбирать при температуре 1300 К:

(4.1.8)

 

где С^*_Рi - теплоемкость i -го продукта горения при 1500 К (таблица 4.1.2)

Таблица 4.1.2

Вещество	Теплоёмкость
кДж/(м·К)	Дж/(моль·К)
СO2	2, 27	50, 85·10-3
SO2	2, 28	51, 07·10-3
Н2О (пар)	1, 78	39, 87 10-3
N2	1, 42	31, 81·10-3
Воздух	1, 44	32, 26·10-3

 

Давление при взрыве – важный фактор для расчета противовзрывной защиты аппаратов и расчета ослабленных и легкосбрасываемых конструкций зданий и сооружений.

Давление при взрыве можно определить по формуле:

(4.1.9)

где Р₀. – начальное давление смеси;

Т₀. – начальная температура смеси;

Т_взр – температура взрыва;

. - сумма молей продуктов горения;

- сумма молей исходной смеси.

Пример

 

Пример 1. Рассчитать температуру взрыва и развиваемого давления при взрыве паров уксусной кислоты СН₃СООН в смеси с воздухом при стехиометрической концентрации при начальной температуре 25 ⁰С и давления 101, 325 КПа.

 

Решение

По справочным данным (справочник Корольченко) определяем стандартную теплоту сгорания одного моля уксусной кислоты

Δ Н =-786500 Дж

 

Составляем термохимическое уравнение реакции горения

СН₃СООН+2О₂+2·3, 76N₂=2CO₂+2H₂O+2·3, 76N₂-786500 Дж

 

Определяем разность молей продуктов горения и исходной смеси

n_пг =2+2+2·3, 76=11, 52 моль

n_исх =1+2+2·3, 76=10, 52 моль

Δ n= n_пг- n_{ис х}=11, 52-10, 52=1 моль

 

Определяем энергию взрыва

Q_взр= Δ Н-R·T Δ n

Q_взр = -786500-8.314·(273+25) ·1= -788977, 6 Дж

 

Определяем внутреннюю энергию продуктов взрыва, приняв начальную температуру взрыва равной 2200К

U₁ =2·95, 062+2·74, 083+2·3.76·53, 845=743, 204 КДж=743204 Дж

Внутренняя энергия продуктов взрыва оказалась меньше энергии взрыва, значит принимаем за температуру взрыва следующую большую и повторяем расчет

U₂ =2·105, 727+2·82, 760+2·3, 76·59, 477=824, 241 КДж=824241 Дж

Внутренняя энергия продуктов взрыва оказалась выше энергии взрыва, значит температуру взрыва следует определять методом интерполяции.

Находит температуру взрыва методом линейной интерполяции

К

Определяем давление взрыва паров уксусной кислоты в смеси с воздухом при стехиометрической концентрации и при заданных условиях

; [КПа]

Задание на самостоятельную работу

Задача: Рассчитать температуру и давление при взрыве паров горючей жидкости

при начальной температуре... ^оС и давлении... мм рт. ст.

Концентрация стехиометрическая.

Вариант	Вещество	То, оС	Ро, мм рт.ст.
	Амилбензол
	Н-Амиловый спирт
	Анизол
	Анилин
	Бутилацетат
	Бутиловый спирт
	Бензол	-5
	Диэтиловый эфир
	Ксилол
	Уайт-спирит	-6
	Этиленгликоль
	Трет-Амиловый спирт
	Гексан
	Метиловый спирт
	Толуол	-10
	Стирол
	Пентан
	Этанол
	Амилметилкетон	-6
	Бутилбензол
	Бутилвиниловый эфир	-4
	Ацетон
	Этиловый спирт	-2
	Гептан
	Октан
	Гексан
	Бутиловый спирт	-6
	Анилин
	Бензол	-11
	Ксилол