Теория горения и взрыва 2

Помощь он-лайн только по предварительной записи

Теория горения и взрыва 2

АГПС МЧС России

Часть задач есть решенные, контакты

  • 1.1. Расчет количества воздуха, необходимого для горения веществ

Пример  1. Определить теоретические массу и объем воздуха, необходимого для горения 1 м3 метана при нормальных условиях.

Пример  2. Определить теоретический объем воздуха, необходимого для горения 1 кг бензола.

Пример 3. Определить объем и массу воздуха, необходимого для горения 1 кг органической массы состава: С – 60%, Н – 5%, О – 25%, N – 5%, W – 5% (влажноcть), если коэффициент избытка воздуха α = 2,5; температура воздуха 305 К, давление 99500 Па.

Пример 4. Определить объем воздуха, необходимого для горения 5 м3 смеси газов, состоящих из 20% СН4; 40% C2H2; 10% CO; 5% N2 и 25% O2, если коэффициент избытка воздуха равен 1,8.

Пример 5. Определить коэффициент избытка воздуха при горении уксусной кислоты, если на горение 1 кг поступило 3 м3 воздуха.

Пример 6. Определить объем воздуха, пошедшего на окисление 1 м3 аммиака, если в продуктах горения содержание кислорода составило 18%.

Пример 7. Определить объем окислительной среды, состоящей из 60% O2 и 40% N2, необходимый для горения 1 кг изопропилового спирта, если ее температура равна 295 К, давление 62,0 кПа.

Пример 8. Определить массу динитротолуола, C7H6(NO2)2, сгоревшего в герметичном объеме 100 м3, если содержание кислорода в продуктах горения составило 12%.

  1. Определить массу и объем (теоретический) воздуха, необходимого для горения 1 кг метилового, этилового, пропилового и амилового спиртов. Построить график зависимости объема воздуха от молекулярной массы спирта.
  2. Определить теоретический объем воздуха, необходимого для горения 1 м3 метана, этана, пропана, бутана и пентана. Построить график зависимости объема воздуха от положения вещества в гомологическом ряду (содержания углерода в молекуле вещества).
  3. Определить теоретическую массу воздуха, пошедшего на горение 1 кг метана, метилового спирта, муравьиного альдегида, муравьиной кислоты. Объяснить причину влияния состава вещества на объем воздуха, требуемого для их горения.
  4. Определить объем и массу воздуха, пошедшего на горение 1 кг древесины состава: С – 47%, Н – 8%, O – 40%, W – 5%, если коэффициент избытка воздуха равен 2,8; давление 900 ГПа, температура 285 К.
  5. Сколько воздуха, кг, поступило на горение 1 кг углерода, если в продуктах горения содержание кислорода составило 17%?
  6. Сколько воздуха, кг, требуется подать на сжигание 200 м3 генераторного газа состава: СО – 29%, Н2 – 14%, СН4 – 3%, СО2 — 6,5%, N2 — 45%, О2 — 2,5%, если коэффициент избытка воздуха равен 2,5?
  7. Определить количество сгоревшего толуола, кг, в помещении объемом 400 м3 если после пожара при отсутствии газообмена установлено, что содержание кислорода снизилось до 17%.
  8. Сколько хлора, м3, поступило на горение 300 м3 водорода, если в продуктах горения избыток окислителя составил 80 м3?
  9. Определить избыток воздуха в продуктах горения газовой смеси состава: СО – 15%, С4H10 – 45% О2 – 30%, N2 –10%, если коэффициент избытка воздуха равен 1,9.
  10. Сколько окислительной среды, м3, состоящей из 50% кислорода и 50% азота, необходимо для горения 8 кг этилацетата, если коэффициент избытка равен 1,2; температура 265 К, давление 850 ГПа.
  11. Определить коэффициент избытка окислительной среды, состоящей из 70% кислорода и 30% азота, если при горении серы содержание кислорода снизилось до 55%. Определить количество сгоревшей серы (кг), если объем помещения равен 180 м3.
  12. Сколько антрацита (принять, что содержание углерода равно 100%) сгорело в помещении объемом 150 м3, если прекращение горения наступило при снижении кислорода до 13%. Газообмен не учитывать.
  13. Рассчитать массовый и объемный расход воздуха, необходимый для горения газового фонтана дебитом 30 млн. м3/сут., состоящего из СН4 – 80%, СО2 – 10%, H2S – 5%, O2 – 5% при температуре воздуха 27°С и давлении 105 кПа.

1.2. Расчет объема и состава продуктов горения

Пример 1. Какое количество продуктов горения выделится при сгорании 1 м3 ацетилена в воздухе, если температура горения составила 1450 К.

Пример 2. Определить объем продуктов горения при сгорании 1 кг фенола, если температура горения 1200 К, давление 95 000 Па, коэффициент избытка воздуха 1,5.

Пример 3. Определить объем продуктов горения при сгорании 1 кг органической массы состава: С – 55%, O – 13%, Н – 5%, S – 7%, N – 3%, W – 17%, если температура горения 1170 К, коэффициент избытка воздуха – 1,3.

Пример 4. Рассчитать объем продуктов горения при cгорании 1 м3 газовой смеси, состоящей из С3Н6 – 70%, С3Н8 – 10%, СО2 – 5%, О2 – 15%, если температура горения 1300 К, коэффициент избытка воздуха 2,8. Температура окружающей среды 298 К.

Пример 5. Определить состав продуктов горения метилэтилкетона.

Пример 6. Определить объем и состав (% об.) продуктов горения 1 кг минерального масла состава: С — 85%, H — 15%, если температура горения 1450 К, коэффициент избытка воздуха 1,9.

Пример 7. Определить количество сгоревшего ацетона, кг, если объем выделившейся двуокиси углерода, приведенный к нормальным условиям, составил 50 м3.

Пример 8. Определить количество сгоревшей органической массы состава: С – 58%, O – 22%, Н – 8%, N – 2%, W – 10% в помещении объемом 350 м3, если содержание двуокиси углерода составило 5%.

Пример 9. Определить время, когда содержание двуокиси углерода в помещении объемом 480 м3 в результате горения древесины (С – 45%, Н – 50%, O – 42%, W – 8%) составило 8%, если удельная массовая скорость выгорания древесины 0,008 кг/(м2 · с), а поверхность горения 38 м2. При решении газообмен с окружающей средой не учитывать, разбавлением в результате выделения продуктов горения пренебречь.

  1. Определить объем и состав (% об.) продуктов горения 1 м3 этилена, пропилена, бутилена, если температура горения 1800 К, давление 98 000 Па. Построить график зависимости объема продуктов горения и содержания отдельных компонентов от молекулярной массы горючего.
  2. Определить объем продуктов горения и содержание паров воды и кислорода при горении 1 кг гексана, гептана, октана, декана, если температура горения 1300 К, давление 10 1325 ГПа, коэффициент избытка воздуха при горении 1,8. Построить график зависимости объема продуктов горения и содержания кислорода от молекулярной массы горючего.
  3. Определить объем и состав продуктов горения 10 кг древесины состава C – 49%, H – 6%, O – 44%, N – 1%, если температура горения 1250 К, коэффициент избытка воздуха 1,6.
  4. Сколько продуктов горения, приведенных к нормальным условиям, образуется в результате сгорания 25 м3 газовой смеси состава Н2 – 45%, C4H10 – 20%, CO – 5%, NH3 – 15%, O2 – 15%, если горение протекало при коэффициенте избытка воздуха, равном 3,2?
  5. Определить, сколько сырой нефти состава: С – 85%, H – 10%, S – 5% выгорело в объеме 2500 м3, если содержание сернистого газа составило 2,5 м3. Рассчитать, при каком содержании кислорода наступило прекращение горения.
  6. Через какое время содержание СО2 в помещении объемом 300 м3 в результате горения гексанола с поверхности 8 м2 составит 7%? Массовая скорость выгорания гексана 0,06 кг/(м2 · с).
  7. Определить содержание SO2 (% об.) в объеме 1200 м3 на 0,5 м2 и 4 мин горения нефти состава: C – 82%, H – 8%, S – 10%, если ее скорость выгорания с площади 5 м2 составила 0,4 кг/(м2 · с). Построить график зависимости содержания сернистого газа от времени горения.
  8. Определить объем выделившихся на 5-й мин после воспламенения продуктов горения газовой смеси состава: С2H2 – 30%, H2 – 22%, O2 – 15%, H2S – 18%, CO2 – 15% и содержание двуокиси углерода, если коэффициент избытка воздуха – 1,5, температура горения 1300 К. Расход газа 5 м3/с, температура газа 295 К.
  • 1.3. Расчет теплоты сгорания веществ

Пример 1. Определить низшую теплоту сгорания уксусной кислоты, если теплота ее образования 485,6 кДж/моль.

Пример 2. Рассчитать низшую теплоту сгорания органической массы состава: С – 62%, H — 8%, O – 28%, S – 2%.

Пример 3. Определить низшую теплоту сгорания газовой смеси, состоящей из СН4 – 40%, С4Н10 – 20%, O2 – 15%, H2S – 5%, NH3 – 10%, CO2 – 10%.

Пример 4. Рассчитать теплоту сгорания 1 м3 стехиометрической гексановоздушной смеси.

Пример 5. Определить интенсивность тепловыделения на пожаре органической массы (состав в примере 2), если скорость выгорания 0,015 кг/(м2 · с), а площадь пожара 150 м2.

  1. Определить низшую теплоту сгорания 1 м3 этана, пропана, бутана, пентана и гексана. Построить зависимость Qн от молекулярной массы горючего. Теплота образования горючих веществ: этана 88,4 кДж/моль, пропана 109,4 кДж/моль, бутана 232,4 кДж/моль, пентана 184,4 кДж/моль, гексана 211,2 кДж/моль.
  2. Рассчитать теплоту сгорания 1 м3 ацетилено-воздушной смеси на нижнем и верхнем концентрационных пределах воспламенения, а также при стехиометрической концентрации. Концентрационные пределы воспламенения (КПВ) ацетилена равны 2,0-81,0%.

П р и м е ч а н и е. Построить график зависимости низшей теплоты сгорания от концентрации горючего в воздухе. При расчете теплоты сгорания смеси на ВКПВ необходимо учесть, что только часть горючего способна полностью окислиться в воздухе, остальное количество горючего не вступит в реакцию горения вследствие недостатка окислителя.

  1. Определить низшую теплоту сгорания 1 кг древесины состава С – 49%, Н – 8%, O – 43%. Какова удельная интенсивность тепловыделения на пожаре, если массовая скорость выгорания составляет 0,01 кг/(м2 · с)?
  2. Для условия предыдущей задачи определить изменение теплоты сгорания и удельной интенсивности тепловыделения при содержании влаги в древесине (сверх 100%) в количестве 3,5, 10 и 15%. Скорость выгорания влажной древесины соответственно снизится до 0,009, 0,008, 0,006 и 0,005 кг/(м2 · c). Построить график зависимости Qн и q от содержания влаги в горючем материале.

П р и м е ч а н и е. Для решения задачи необходимо пересчитать состав древесины о учетом влаги таким образом, чтобы содержание всех компонентов равнялось 100%.

  1. Определить интенсивность тепловыделения, кВт, при горении газовой смеси состава: СО – 15%, С4H8 – 40%, O2 – 20%, Н2 –14%, CO2 – 11%, если скорость истечении 0,8 м3/с.
  • 1.4. Расчет температуры горения и взрыва

Пример 1. Определить адиабатическую температуру горения этилового спирта в воздухе.

Пример 2. Определить адиабатическую температуру горения органической массы, состоящей из С – 60%, Н – 7%, О – 25%, W – 8%.

Пример 3. Рассчитать действительную температуру горения фенола (ΔHобр = 4,2 кДж/моль), если потери тепла излучением составили 25% от Qн, а коэффициент избытка воздуха при горении 2,2.

Пример 4. Рассчитать температуру взрыва метановоздушной смеси стехиометрического состава.

  1. Определить, как изменяется адиабатическая температура горения в гомологическом ряду предельных углеводородов (на примере метана, пропана, пентана и гептана). Построить график зависимости температурыгорения от молекулярной массы горючего вещества.
  1. Определить, как изменяется адиабатическая температура горения древесины состава: C – 49%, H – 8%, O – 43%, если содержание влаги (сверх 100%) cоставляет 0,5, 15%. Построить график зависимости температуры горения от влажности горючего.

П р и м е ч а н и е. При решении задачи необходимо состав древесины пересчитать так, чтобы количество всех компонентов (в том числе и воды) составляло 100%.

  1. Определить, как изменится адиабатическая температура горения бензола в воздухе и окислительной среде, содержащей 25, 30, и 40% кислорода. Построить график зависимости температуры горения от содержания кислорода.
  2. Рассчитать действительную температуру горения газовой смеси, состоящей из 45% H2, 30% C3H8, 15% O2, 10% N2, если потери тепла составили 30% от QН, а коэффициент избытка воздуха при горении равен 1,8.
  3. Определить количество сгоревшего антрацита (С = 100%) в помещении объемом 180 м3, если среднеобъемная температура возросла с 305 до 625 К.
  4. Рассчитать действительную температуру горения бутановоздушной смеси стехиометрической концентрации на нижнем концентрационном пределе воспламенения (1,9% бутана и 98,1% воздуха), если потери тепла излучением составили 20% от низшей теплоты сгорания.
  5. Определить, как изменится температура горения ацетилена при разбавлении его азотом в количестве 10, 20, 30%, если потери тепла излучением составляют 25% от низшей теплоты сгорания, коэффициент избытка воздуха 1,2. Построить график зависимости температуры от содержания азота в ацетилене.
  6. Определить время горения толуола, при котором температура в помещении объемом 400 м3 повысится с 295 до 375 К, если скорость его выгорания 0,015 кг/(м2 · с), а площадь пожара 50 м2. При расчете пренебречь приращением объема продуктов горения над расходуемым воздухом.

Глава 2. Концентрационные пределы распространения пламени (воспламенения)

Пример 1. По предельной теплоте сгорания определить нижний концентрационный предел воспламенения бутана в воздухе.

Пример 2. Определить концентрационные пределы воспламенения этилена в воздухе.

Пример 3. Определить концентрационные пределы воспламенения насыщенных паров метанола в воздухе, если известно, что его температурные пределы составляют 280 312 К. Атмосферное давление нормальное.

Пример 4. Определить концентрационные пределы воспламенения газовой смеси, состоящей 40% пропана, 50% бутана и 10% пропилена.

Пример 5. Каково минимальное количество диэтилового эфира, кг, способное при испарении в емкости объемом 350 м3 создать взрывоопасную концентрацию?

Пример 6. Определить, возможно ли образование взрывоопасной концентрации в объеме 50 м3 при испарении 1 кг гексана, если температура окружающей среды 300 К.

Пример 7. Определить, образуется ли взрывоопасная концентрация насыщенных паров над поверхностью резервуара, содержащего 60% диэтилового эфира (ДЭ) и 40% этилового спирта (ЭС), при температуре 245 К?

Пример 8. Рассчитать безопасную концентрацию кислорода при разбавлении углекислым газом смеси паров ацетона в воздухе.

Пример 9. Рассчитать параметры точки флегматизации (МФК, МВС, концентрацию горючего) при разбавлении бутановоздушной смеси диоксидом углерода. Расчет проведем по уравнениям (2.11)÷(2.13). Запишем уравнение химической реакции окисления бутана до СО и Н2О С4Н10 + 4,5О2 + 4,5 · 3,76 N2 = 4СО + 5Н2О + 4,5 · 3,76N2.

  1. По предельной теплоте сгорания определить, как изменится нижний концентрационный предел воспламенения в воздухе от положения предельных углеводородов (этан, пропан, бутан, гептан, гексан) в гомологическом ряду. Построить график зависимости НКПВ от молекулярной массы горючего.
  2. По аппроксимационной формуле рассчитать, как изменяются концентрационные пределы жирных спиртов (метилового, этилового, гексилового, октилового) в воздухе. Построить график зависимости нижнего и верхнего пределов воспламенения от молекулярной массы горючего.
  3. Определить концентрационные пределы восплеменения сероуглерода при атмосферном давлении, равном 99000 Па, если его температурные пределы составляют 223-299 К.
  4. Рассчитать концентрационные пределы воспламенения бензола, если его температурные пределы составляют 259–283 К. Определить ошибку расчета.
  5. Определить концентрационные пределы воспламенения парогазовой смеси, состоящей из 20% этана, 60% этилена 20% паров этилового спирта.
  6. Определить концентрационные пределы воспламенения в воздухе смеси паров, состоящей из 50 % бензола, 35% толуола и 15% фенола при увеличении температуры с 298 до 373 К.
  7. Определить, образуется ли взрывоопасная концентрация при испарении в помещении объемом 220 м3 15 кг деканола, если температура 310 К, давление 110500 Па.
  8. Определить, возможно ли образование взрывоопасной концентрации при температуре 298 К над поверхностью жидкой фазы, состоящей из 25% уксуснометилового эфира, 40% уксусного альдегида и 35% амилового спирта.
  9. Определить состав двухкомпонентой газовой смеси, cостоящей из паров аммиака и сероводорода, если известно, что ее нижний концентрационный предел воспламенения в воздухе составляет 5,8%.
  10. Определить безопасную концентрацию кислорода при разбавлении паров уксуснопропилового эфира (Δ= 513,7 · 103 кДж/моль) в воздухе двуокисью углерода, водяным паром и азотом. Объяснить причину различной флегматизирующей эффективности инертных газов.

Глава 3. Температурные показатели пожарной опасно

  • 3.1. Расчет температурных пределов распространения пламени (воспламенения)

Пример 1. Определить ТПВ метилового спирта, если температура его кипения равна 65°С.

Пример 2. Определить температурные пределы воспламенения ацетона, если его концентрационные пределы в воздухе равны 2,2 — 13,0%. Атмосферное давление нормальное.

  1. Определить температурные пределы воспламенения в гомологическом ряду жирных углеводородов: бутан, пентан, гексан, октан, температуры кипения которых соответственно равны 273,5, 309, 341,7, 398,7 К. Построить график изменения ТПВ от положения горючего в гомологическом ряду.
  2. Сравнить температурные пределы воспламенения n-бутиловых эфиров муравьиной и уксусной кислот. На основании полученных данных сделать вывод от их сравнительной пожарной опасности. Температура кипения бутилформиата равна 379,8 К, а бутилацетата 399 К.
  3. Определить температурные пределы воспламенения бутил- бензола по его концентрационным пределам. Значения последних рассчитать по аппроксимационной формуле.
  4. По концентрационным пределам воспламенения, значения которых следует установить по аппроксимационной формуле, определить температурные пределы воспламенения ацетона и метиэтилкетона. По результатам расчета сделать вывод о сравнительной пожарной опасности этих веществ.

 3.2. Расчет температур вспышки и воспламенения

Пример 1. По формуле В.И. Блинова определить температуру воспламенения бутилового спирта.

Пример 2. По формуле Элея определить температуру вспышки бензола в закрытом тигле.

  1. По формуле В.И. Блинова определить температуру вспышки в открытом сосуде уксусно-метилового эфира.
  2. По формуле В.И. Блинова рассчитать температуру воспламенения бензола.
  3. По формуле Элея рассчитать температуру вспышки 2-метилгексана (tКИП = 90,1°С).
  4. Рассчитать температуру вспышки в закрытом тигле стирола (С8Н8) по формулам В.И. Блинова и Элея. Оценить точность расчета, если ТВС стирола по справочным данным равна 303 К.
  5. Определить температуру вспышки в закрытом тигле акриловой кислоты по формулам В.И. Блинова и Элея.
  • 3.3. Расчет стандартной температуры самовоспламенения

Пример 1. Рассчитать температуру самовоспламенения 2,2- диметилгексана.

Пример 2. Рассчитать температуру самовоспламенения изопропилового спирта.

Пример 3. Определить температуру самовоспламенения вещества 1-метил-4-этилбензола.

  1. Рассчитать температуру самовоспламенения нормального бутилового спирта, вторичного бутилового спирта и третичного бутилового спирта. Сделать вывод о влиянии разветвления углеродной цепи на температуру самовоспламенения.
  2. Определить температуру самовоспламенения этана, бутана, гексана, декана. Построить график зависимости температуры самовоспламенения от их положения в гомологическом ряду.
  3. Определить температуру самовоспламенения веществ: 2-метил-4-изопропилгептана и 2-метил-4-изопропилгептанола. Сделать вывод о сравнительной пожарной опасности предельных углеводородов и предельных одноатомных спиртов.
  4. Рассчитать температуру самовоспламенения веществ: толуола и 1,4-диизопропилбензола и сделать вывод о влиянии длины боковой цепи на сравнительную пожарную опасность ароматических соединений.
  5. Рассчитать температуру самовоспламенения октана, октанола-1 и этилбензола и сделать вывод о влиянии строения вещества на их сравнительную пожарную опасность.

Глава 4. ПАРАМЕТРЫ ВЗРЫВА ПАРОГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

  • 4.1. Расчет максимального давления взрыва

Пример 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутановоздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление и температура были близки к нормальным условиям (Р0 = 105 Па, Т = 273 К). Температура взрыва 2905 К.

Пример 1. Рассчитать максимальное давление взрыва бутановоздушной смеси стехиометрического состава. На момент взрыва давление и температура были близки к нормальным условиям (Р0 = 105 Па, Т = 273 К). Температура взрыва 2905 К.

  • 4.2. Расчет тротилового эквивалента взрыва и безопасного расстояния по действию воздушных ударных волн

Пример 1. Рассчитать тротиловый эквивалент взрыва бутана.

Пример 2. Рассчитать тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва 20 кг бутана с воздухом:

а) в технологическом оборудовании,

б) в облаке.

Пример 3. Для случаев взрывов, рассмотренных в примере 2, рассчитать безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

  1. Определить тротиловый эквивалент аварийного взрыва облака из смеси паров ацетона с воздухом и безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва. Концентрация паров горючего в смеси 0,2 кг/м3. Объем облака 2500 м3.
  2. Определить количество взорвавшихся паров бензола, если после аварии отмечены разрушения на расстоянии 100 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в помещении.
  3. Определить возможность разрушения металлического резервуара, рассчитанного на давление 5×105 Па, при взрыве паров толуола.

Часть задач есть решенные, контакты


Запись опубликована в рубрике Задачи, Теория горения и взрыва с метками , , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>