Теория горения и взрыва

Задание 1.

Определить коэффициент горючести и характер свечения пламени диэтилового эфира Решение:

Расчет коэффициента горючести.

Коэффициент горючести К является безразмерным коэффициентом и служит для определения горючести вещества. Рассчитанный коэффициент горючести может быть использован для приближенного вычисления температуры вспышки вещества, а также величины нижнего концентрационного коэффициента распространения пламени.

Коэффициент горючести рассчитывается по следующей формуле:

горючесть диэтиловый кислород К = 4 nС + 4 nS + nH + nN — 2 nO — 2 nCl — 3 nF — 5 nBr,.

где nС, nS, nH, nN, nO, nCl, nF, nBr — число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Если коэффициент горючести К больше единицы (К 1), то вещество является горючим; при значении К меньше единицы (К < 1) — вещество негорючее.

В молекуле диэтилового эфира С4Н10О:

nС = 4; nH = 10; nO = 1;

К = 4 4 + 10 — 2 1 = 24.

К > 1, следовательно, диэтиловый эфир — горючее вещество.

Определение характера свечения пламени.

Характер свечения пламени веществ при их горении зависит от процентного содержания углерода и кислорода в горючем веществе. При горении веществ в зоне горения происходит процесс их термического разложения. Наличие углерода в зоне горения будет придавать пламени яркость. О характере свечения пламени можно судить по процентному содержанию углерода и кислорода в горючем веществе (табл. 1).

Таблица 1.

Характер свечения пламени.

Рассчитаем процентные содержания углерода и кислорода в диэтиловом эфире. Формула диэтилового эфира С4Н10О.

Процентное содержание углерода рассчитывается по формуле:

где АrС — атомный вес углерода;

МrГВ — молекулярная масса горючего вещества;

nС — количество атомов углерода в формуле горючего вещества.

Процентное содержание кислорода рассчитывается по формуле, %:

где АrО — атомный вес кислорода;

МrГВ — молекулярная масса горючего вещества;

nО — количество атомов кислорода в формуле горючего вещества.

Следовательно, пламя яркое не коптящее.

Ответ: 1. Коэффициент горючести диэтилового эфира К = 24, диэтиловый эфир — горючее вещество;

2. Характер свечения пламени диэтилового эфира — пламя яркое не коптящее.

Задание 2.

Составить уравнение реакции горения в кислороде. Составить уравнение реакции горения в воздухе.

Вещество — ксилол С8Н10.

Решение:

Уравнение реакции горения ксилола в кислороде:

С8Н10 + 10,5О2 = 8СО2 + 5Н2О.

Уравнение реакции горения ксилола в воздухе:

С8Н10 + 10,5(О2 + 3,76N2) =8СО2 + 5Н2О +10,53,76N2.

Стехиометрический коэффициент, показывающий число молей кислорода, необходимое для полного сгорания вещества, обозначается буквой. В данной реакции = 10,5.

Задание 3.

Состав горючих смесей (индивидуальные и сложные вещества). Способы задания состава горючих смесей Индивидуальные химические соединения — это вещества, состав которых можно выразить химической формулой и которые имеют постоянное химическое строение. В качестве примеров индивидуальных химических соединений можно привести следующие: этанол, бензол, ксилол, анилин, диэтиловый эфир, бутилен, уксусная кислота и многие другие. Расчет процесса горения для индивидуальных химических соединений производится по уравнению реакции горения.

К смесям сложных химических соединений или веществам сложного элементного состава относят горючие смеси, которые нельзя выразить химической формулой. Состав этих веществ выражается в процентном содержании отдельных элементов или газов (C, S, H, и др., или СО, СН4, Н2S и др.). К таким веществам можно отнести, например, нефть и нефтепродукты, древесину, жиры, природный газ, генераторный газ, коксовый газ и многие другие органические вещества и смеси.

В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси горение подразделяется на два вида: гомогенное и гетерогенное. Гомогенное горение — это процесс взаимодействия горючего и окислителя, находящихся в одинаковом агрегатном состоянии. Гетерогенное горение — это горение твердых горючих материалов на границе раздела фаз, т. е. горение происходит практически непосредственно на их поверхности.

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха б = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения. Однако добиться полной однородности смеси чрезвычайно трудно. Почти всегда бнесколько больше единицы и находится в интервале значений 1,02 — 1,3 в зависимости от характера сжигаемого вещества. Именно этим обусловлено название коэффициента б — коэффициент избытка воздуха. В действительности для кинетического горения его значения могут быть как больше, так и меньше 1. При б > 1 горючую смесь называют бедной по горючему компоненту, а при б < 1 — богатой по горючему компоненту.