Расчёт давления взрыва при различных концентрациях

Согласно формуле 3 величина давления в сосуде определяется температурой взрыва и изменением числа молей в ходе химического превращения.

Р_взр = Р₀ (2.1)

Количество молей в исходной горючей смеси n_гс = n_г + α· n⁰_в,

где α· n⁰_в - 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

Р_взр = 97

Таким образом, давление при взрыве смеси на нижнем концентрационном пределе возрастает в ( ) ~ 6,2 раза.

Для стехиометрической смеси а = 1, тогда

п_гс = 1 +1 · 7,02 = 8,1

и Р_взр = 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 Т_взр=f (φ_г) и Р_взр=f (φ_г) 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 Т_взр=f (φ_г) и Р_взр=f (φ_г) 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.