Расчет взрывопожароопасности метана, нефти, торфа

Расчет взрывопожароопасности метана, нефти, торфа

                                                Оглавление

1.  Введение……………………………………………………………………....2

1.1.  Применение в промышленности метана, п-гептана и торфа…………….3

1.2.  Основные требования к зданиям для размещения взрывоопасных

         производств………………………………………………………………...4

2.  Формирование исходных данных

2.1.  Газообразное вещество – метан…………………………………………....5

2.1.1.  Краткие сведения…………………………………………………………5   

2.1.2.  Теплофизические показатели метана…………………………………….5

2.1.3.  Термодинамические показатели воздуха………………………………...6

2.2.  Жидкое вещество:  n-гептан (производная от нефти)…………………….7 

2.3.  Твердое вещество: фрезерный торф………………………………………..7

3.  Теоретические материалы

3.1.  Некоторые сведения из молекулярной физики…………………………...8

3.2.  Уравнение материального баланса…………………………………………8

3.3.  Теплота сгорания вещества………………………………………………….9

3.4.  Пожаровзрывоопасность веществ и материалов…………………………10

4.  Расчет характеристик пожаровзрывоопасности  веществ и материалов.

4.1.  Расчет температуры вспышки п-гептана…………………………………..12  4.2.  Расчет температуры воспламенения п-гептана……………………………12   4.3   Расчет температур самовоспламенения метана, п-гептана и

        фрезерного торфа…………………………………………………………....13                                                                                      

4.4.  Расчет концентрационных пределов распространения  пламени

        метана и п-гептана…………………………………………………………..14

4.5.  Температурные пределы распространения пламени п-гептана………….15  4.6.   Минимальная флегматизирующая концентрация инертного

         разбавителя для метана и п-гептана………………………………………16

4.7.   Минимальное  взрывоопасное  содержание  кислорода

         в  метане  и  п-гептане……………………………………………………..16

4.8.  Максимальное давление взрыва для метана и п-гептана………………...17

     Заключение…………………………………………………………………….19

     Приложение …………………………………………………………………..20

 Список  литературы…………………………………………………………23 1.Введение

Пожары и взрывы являются наиболее древним техногенным бедствием для людей, их жилищ и хозяйственных сооружений. Интенсификация производства в современных условиях сопровождается процессами, негативно влияющих на состояние пожарной безопасности. Примерами этого могут служить многочисленные случаи возникновения техногенных пожаров и рост масштабов их воздействия на окружающую среду.

В конце июля, августе и начале сентября 2010 года в России на всей территории сначала Центрального федерального округа, а затем и в других регионах России возникла сложная пожарная обстановка из-за аномальной жары и отсутствия осадков. Торфяные пожары Подмосковья сопровождались запахом гари и сильным задымлением в Москве и во многих других городах. По состоянию на начало августа 2010 года, в России пожарами было охвачено около 200 тыс. га в 20 регионах (Центральная Россия и Поволжье, Чукотка, Дагестан). Торфяные пожары были зафиксированы в Московской области, Свердловской, Кировской, Тверской, Калужской и Псковской областях.

3 июня 1989 года произошла крупнейшая железнодорожная катастрофа: при прохождении двух встречных поездов на перегоне Улу-Теляк - Казаяк (Башкортостан). Причина - взрыв скопившейся вблизи и на железнодорожном полотне углеводородно-воздушной смеси. Энергия взрыва была эквивалентна взрыву 250-300 тонн тротила. В его эпицентре оказались два пассажирских поезда: Новосибирск — Адлер и Адлер — Новосибирск. Были сброшены с путей 11 вагонов, из них 7 сгорели полностью, 26 вагонов выгорели как изнутри, так и снаружи. Погибли, по разным данным, 575 или 645 человек.

Пожар в клубе «Хромая лошадь» — крупнейший по числу жертв пожар в постсоветской России, произошедший 5 декабря 2009 года в ночном клубе «Хромая лошадь» в Перми и повлёкший смерть 156 человек.

Взрывы на шахте «Распадская» 8—9 мая 2010 года — два взрыва, произошедшие в мае 2010 года на крупнейшей угольной шахте в России. Погибших уже 75, а пропавших без вести все еще 16 человек.

            1.1.  Применение в промышленности метана, п-гептана и торфа.

     Метан — наиболее термически устойчивый насыщенный углеводород. Его широко используют как бытовое и промышленное топливо и как сырьё для промышленности. Так, хлорированием метана производят метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, четырёххлористый углерод.

        При неполном сгорании метана получают сажу, при каталитическом окислении — формальдегид, при взаимодействии с серой — сероуглерод.

       Термоокислительный крекинг и электрокрекинг метана— важные промышленные методы получения ацетилена.

      Каталитическое окисление смеси метана с аммиаком лежит в основе промышленного производства синильной кислоты. Метан используют как источник водорода в производстве аммиака, а также для получения водяного газа (т.н. синтез-газа): CH₄ + H₂O → CO + 3H₂, применяемого для промышленного синтеза углеводородов, спиртов, альдегидов и др.  Важное производное метана — нитрометан.    Метан широко используется в качестве моторного топлива для автомобилей.

     Гептан играет важную роль при каталитическом реформинге и ароматизации нефтепродуктов. Применяется в качестве эталонного топлива при определении октанового числа автомобильных и авиационных бензинов при производстве топлив, в химической промышленности при производстве пластических масс.

     Области применения торфа: приготовление компостов ; компонент удобрений; овощеводство и цветоводство (парниковый грунт, брикеты и горшочки для выращивания рассады, сеянцев и саженцев древесных пород); озеленение (торфодерновые ковры); антисептич. подстилочный материал (на животноводч. и птицеводч. фермах); газо- и водопоглотитель (адсорбент для очистки сточных вод и вод, загрязненных нефтью); строительство (как малотеплопроводный и звукоизоляц. материал); получение металлургич. кокса, активного угля, торфяного воска; медицина ( торфогрязелечение); топливо (преим. на электростанциях, реже для коммунально-бытовых целей).

                 1.2.  Основные требования к зданиям для размещения

                                  взрывоопасных производств.

       При проектировании зданий необходимо соблюдать требования стандартов СЭВ по обеспечению пожарной безопасности, надежности, защиты от коррозии и шума, охраны труда и окружающей среды, параметров микроклимата, а также требования технологии.

        Для предупреждения распространения пожара между зданиями строительными нормами устанавливаются определенные расстояния, называемые противопожарными разрывами.  При определении величины противопожарных разрывов в резервуарных парках нефти и нефтепродуктов учитывают пожарную опасность хранящихся веществ.

       Для ограничения распространения пожаров в зданиях и технологических установках    применяются    специальные    технические    устройства и конструктивные решения, к которым относятся:  противопожарная стена; противопожарное   перекрытие;   противопожарный   отсек   (зона); тамбур; противопожарное      окно;      конструкция      пропуска коммуникаций; противопожарная   дверь;   легкосбрасываемая  конструкция; противодымная защита; эвакуационная система; дыхательный    клапан-огнепреградитель;    клапан-отсекатель; клапан аварийного   сброса;   клапан   взрывной   (мембранный);   аварийный слив; гидрозатвор; клапан-мигалка; факельное хозяйство.

     Противопожарные стены применяют для уменьшения противопожарного разрыва между зданиями, а также для разделения зданий цехов на противопожарные отсеки с разной категорией пожарной опасности. Противопожарные стены должны опираться на фундаменты или фундаментные |балки, возводиться на всю высоту здания или сооружения и разделять конструкции .

      Двери и ворота в противопожарных преградах должны иметь приспособления для самозакрывания и уплотнители в притворах; противопожарные окна делают не открывающимися. Общая площадь проемов в противопожарных преградах (противопожарные двери, ворота, люки и др.) не должна превышать 25% их площади.

                                  2.Формирование исходных данных

Вариант №26

Газообразное вещество – метан.

        Жидкое вещество – нефть (n-гептан – производная от нефти)

Твердое вещество – торф (фрезерный).

                       2.1. Газообразное вещество – метан

                      2.1.1.  Краткие сведения

Мета́н — простейший углеводород, бесцветный газ без запаха, химическая формула — CH₄. Длина углеродной цепи l_СН4 = 1. Малорастворим в воде, легче воздуха. Температура плавления -182,48 °С; температура кипения -161,49 °С; р_крит.= 4,6 МПа.    Взрывоопасен.   С воздухом метан образует горючие и взрывчатые смеси, что является основной  причиной взрывов на угольных шахтах. Т всп. -187,9 °С,  Т. самовоспл. -537,8 °С, КПВ 5-15%. Метан нетоксичен ПДК 300 мг/м3

2.1.2. Теплофизические показатели метана

Молярная масса:  

Удельная газовая постоянная:   ,

где     – универсальная газовая постоянная.

Удельный объём:       ,  

  где – объём, занимаемый киломолем газа.

Плотность:       

Изобарная теплоёмкость (мольная):   

Изохорная теплоёмкость (мольная):   

Термодинамические параметры на линии насыщения  P,V,T  берутся по таблицам в приложении.

Показатель адиабаты:    

Теплота образования метана:  – 74,85 кДж/моль

Удельная теплота сгорания (формулы Д. И. Менделеева).

Низшая:        

где  C,H,W,S – суммарное содержание веществ в %,

                  О – суммарное содержание кислорода и азота в %

Для метана СН₄:   ,

                по таблице:      

2.1.3. Термодинамические показатели воздуха

    Объёмный состав воздуха в %:         

   Молярная масса:  

          где:  – содержание компонента смеси в долях,

                          – молярная масса компонента в смеси в кг/кмоль.

   Удельная газовая постоянная:   ,

где        – универсальная газовая постоянная.

 Плотность:                          ,

      где:      ,      

  Удельный объём:          .

  Изобарная теплоёмкость (мольная):   

  Изохорная теплоёмкость (мольная):   

  Показатель адиабаты:   

     Уравнение материального баланса процесса горения метана с воздухом

                        CH₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2*3,76N₂

      содержит: 1 моль метана,  2моля кислорода и 2*3,76 моля азота.

               Концентрация горючего в стехиометрической смеси:

                (по табл. данным –  9,5%),

              где   п – количество молей газа.    

                    2.2. Жидкое вещество:  n-гептан (производная от нефти)

Химическая формула и название: С₇Н₁₆ – n-гептан.

Структурная формула:  СН₃– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₂– СН₃,  где:  С–Н   -16 связей,   С–С  -6 связей.       Число концевых функциональных групп (метил– СН₃) М_р=2.

  Количество углеродных цепей: 𝑚_С7Н16=1, длина углеродной цепи 𝑙_С7Н16=1

 Бесцветная прозрачная жидкость без взвесей, получаемая в результате пере-   гонки нефти ~ при 100,5⁰С.   Содержание (по массе): С–84%; Н–16%.

 Молярная масса: 𝜇_С7Н16 = 100,21кг/кмоль. t⁰плавл.= –91,61⁰С, t⁰кип.= 98,49⁰С

 Уравнение материального баланса процесса горения п- гептана с воздухом:

              С₇Н₁₆+11(O₂ + 3,76N₂) = 7CO₂ + 8H₂O + 11*3,76N₂   

  Теплота образования гептана  ∆Н⁰_𝑓С7Н16 = – 206,1кДж/моль

2.3. Твёрдое вещество:фрезерный торф

Торф (нем. Torf), горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затруднённого доступа воздуха.

Фрезерный торф - сыпучая смесь мелких частиц, различных по своим размерам. Фрезерный способ получил свое название от начальной исходной операции - фрезерования. Вращаясь вокруг собственной оси и заглубляясь в залежь, фрезы снимают небольшой по толщине слой, превращая его в крошку.

Объемный вес абсолютно сухого фрезерного торфа равняется примерно 290 кг/м³, теплотворная  способность 2650—3120 ккал/кг (при 40% влажности).

     Температура самовоспламенения торфа от 250 до 400⁰С в зависимости от состава выделяющихся летучих веществ.

3. Теоретические материалы

3.1. Некоторые сведения из молекулярной физики

В  молекулярной физике количество вещества удобно выражать в молях или киломолях. 1 моль вещества – количество вещества в граммах, масса которого численно равна молекулярной массе. Например, масса 1 моля водорода H2 равна 2 г/моль, а масса 1 моля метана CH4 – 16 г/моль.

      В связи с тем, что масса 1 моля вещества численно равна его молекулярной массе, то в 1 моле любого вещества содержится одинаковое количество молекул. Оно составляет N_А = 6,02*10²³ молекул/моль (число Авогадро). Поэтому в газообразном состоянии 1 моль любого вещества при нормальных условиях занимает один и тот же объем, равный 22,4 л. Таким образом, объем 1 моля любого газа при Т⁰ = 273 К и Р⁰ = 1,013*10⁵ Па составляет 22,4 л/моль.

     Объем 1 моля  газа можно определить из уравнения состояния (Клапейрона-–Менделеева)                                  ,  

где m – масса вещества, М – масса одного моля вещества, M/m – число молей вещества,     R – универсальная газовая постоянная (R = 8,31Дж/(моль×К).

Для 1 моля вещества (m/М = 1) объем газа при нормальных условиях составит       ,

где Дж=Н*м,  Па = Н/м². Если условия отличаются от нормальных, необходимо ввести поправки на температуру и давление. Для этого можно использовать объединенный газовый закон             

3.2. Уравнение материального баланса

       При горении веществ в воздухе происходит быстрая химическая реакция между горючим веществом и кислородом воздуха с интенсивным тепловыделением. В результате этой реакции образуются в основном окислы элементов, входящих в состав горючего вещества. При сгорании углеводородов, состоящих из атомов С и Н, образуется СО₂ (двуокись углерода) и Н₂О (вода). При неполном сгорании наряду с ними образуются СО (окись углерода) и С (твердый углерод) в виде сажи.  При написании уравнения горения и составлении материального баланса, как правило, записывают только продукты полного окисления СО₂ и Н₂О. Если в составе горючего вещества есть сера (S), то при сгорании образуется SО₂. Азот (N), входящий в состав горючего вещества, при горении в воздухе не окисляется, а выделяется в виде свободного азота (N₂). Объясняется это тем, что при горении в воздухе температура горения относительно невысокая (1500-2000 К) и при такой температуре окислы азота не образуются.                        Примеры реакций горения:   

горение метана            СН₄+ 2О₂ → СО₂ + 2Н₂О

горение п-гептана  С₇Н₁₆ + 11О₂→7СО₂+8Н₂О

     Здесь согласно закону сохранения массы количество атомов каждого элемента в левой и правой части химического уравнения должно быть одинаковым. Эти записанные уравнения химических реакций горения показывают только начальное и конечное состояние системы, т.е. какие исходные вещества вступают в реакцию и какие продукты при этом образуются. Они не отражают механизма химического взаимодействия при горении, который протекает через ряд промежуточных стадий с участием атомов и радикалов.

      Уравнение материального баланса процесса горения отличается от уравнения химической реакции тем, что в него для удобства расчетов включают азот, содержащийся в воздухе и не участвующий в химическом превращении. Поскольку воздух состоит из 21 % (об.) кислорода и 79 % (об.) азота, т.е. в нем на 1 моль кислорода приходится 79/21 = 3,76 молей азота и в уравнении материального баланса перед азотом ставят коэффициент 3,76. Уравнение  материального баланса для горения метана будет:

                      CH₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2*3,76N₂

а уравнение материального баланса для горения п- гептана будет:

                     С₇Н₁₆+11(O₂ + 3,76N₂) = 7CO₂ + 8H₂O + 11*3,76N₂   

                                  3.3. Теплота сгорания вещества

     Горючее, имеющее в своем составе водород,  при  сгорании образует воду в газообразном состоянии, которая, охлаждаясь, будет конденсироваться. Так как в процессе конденсации паров тепло выделяется, то общее количество теплоты, полученное при сгорании вещества, будет больше на эту величину, при этом количество теплоты, выделяющееся при конденсации паров, равно количеству теплоты, затраченному на парообразование. Тогда Qв = Qн+r, где – Qв высшая теплота сгорания вещества,  r – удельная теплота парообразования воды, а Qн – низшая теплота сгорания это количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании единицы количества горючего вещества (моль, кг или м3).

  Qн  может быть рассчитана по закону Гесса, который говорит о том, что тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплоты образования продуктов реакции и теплоты образования исходных веществ, при этом надо учитывать, что теплота образования простого вещества (вещества, молекулы которого состоят из атомов одного элемента, например, N₂, O₂, H₂, S, C...) принимается равной нулю.   

3.4.  Пожаровзрывоопасность веществ и материалов

        Пожаровзрывоопасность веществ и материалов определяется показателями, выбор которых зависит от агрегатного состояния вещества (материала) и условий его применения.   При определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов различают:

·  газы - вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С превышает 101,3 кПа;

·   жидкости - вещества, давление насыщенных паров которых при температуре 25 °С меньше 101,3 кПа. К жидкостям относят также твердые плавящиеся вещества, температура плавления или каплепадения которых меньше 50 °С;

·    твердые вещества и материалы - индивидуальные вещества и иx смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50°С, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например, древесина, ткани и т. п.);

·   пыли - диспергированные твердые вещества и материалы с размером частиц менее 850 мкм.

        По горючести вещества и материалы подразделяют на:

негорючие (несгораемые) - вещества и материалы, не способные к горению в воздухе. Негорючие вещества могут быть пожаровзрывоопасными (например, окислители или вещества, выделяющие горючие продукты при взаимодействии с водой, кислородом воздуха или друг с другом);

трудногорючие (трудносгораемые) - вещества и материалы, способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления;

легковоспламеняющиеся – это горючие жидкости с температурой вспышки не более 61°С в закрытом тигле или не более 66 °С в открытом тигле;

 особо опасными называют легковоспламеняющиеся жидкости с температурой вспышки не более 28 °С.    Номенклатура показателей и их применяемость для характеристики пожаровзрывоопасности веществ и материалов приведены в табл.1       

                                                           Табл.1

4. Расчет характеристик пожаровзрывоопасности заданных веществ

 и материалов.

                             4.1. Расчет температуры вспышки п-гептана   

Температура вспышки - наименьшая температура конденсированного вещества, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, устойчивое горение при этом не возникает.

Температуру вспышки жидкостей (t_всп) в °С, имеющих ниже перечисленные виды связей (табл. 2), вычисляют по формуле:

Где:   α_o - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С;

          α₁ - безразмерный коэффициент, равный 0,659;

          t_кип - температура кипения п-гептана, равная 98,42 °С;

          α_j - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл.2;

          l_j - количество связей вида j в молекуле  п-гептана.

                                                                            Табл. 2

По справочным данным    t_всп = – 4⁰С

                   4.2. Расчет температуры воспламенения п-гептана 

Воспламенение - пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления.

Температуру воспламенения жидкостей (t_восп) в °С, имеющих ниже перечисленные виды связей (табл. 3), вычисляют по формуле:

Где:    α_o - размерный коэффициент, равный минус 47,78 °С;

           α₁ - безразмерный коэффициент, равный 0,882;

            t_кип - температура кипения п-гептана, равная 98,42 °С;

            α_j - эмпирические коэффициенты, приведенные в табл.3;

            l_j - количество связей вида j в молекуле  п-гептана.    Табл.3                                                                       

   По справочным данным    t_восп =– 4⁰С.

       4.3  Расчет температур самовоспламенения метана, п-гептана и

                                       фрезерного торфа                                                                                     

Самовоспламенение - резкое увеличение скорости экзотермических объемных реакций, сопровождающееся пламенным горением и/или взрывом.

Температура самовоспламенения - наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества.

Рассчитать температуру самовоспламенения  можно по средней длине углеродной цепи (метод В. Т. Монахова) по формулам:

  при   l_ср  ≤ 5  ;                                

    при   l_ср  ≥ 5  ,                                   

где l_ср - условная средняя длина молекулы соединения.

  Для метана:      l_ср=1,  тогда     .

По справочным данным    t_свс= 530⁰С.

 Для п-гептана:     l_ср=7  и   

По справочным данным t_свс= 234⁰С.

      Для фрезерного торфа:                                                                                      

  Где   А_р = 1,781,  п_р = 0,264  – эмпирические константы,

      S = 172,2 1/м – удельная поверхность образца (размер ребра куба–0,035м)

        t_свс = 213,8⁰С      

        4.4. Расчет концентрационных пределов распространения

                                  пламени  метана и п-гептана

Нижний (верхний) концентрационный предел распространения пламени – это соответственно минимальное (максимальное) содержание горючего вещества в однородной смеси с окислительной средой, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания.

Метод расчета концентрационных пределов распространения пламени индивидуальных веществ приводится для начальной температуры 25 °С

Нижний предел (φ_н) в % об. вычисляем по формуле

где    h_f =0,0246 моль·кДж^-1 - эмпирический параметр теплоты образования вещества, - стандартная теплота образования вещества в газообразном состоянии при 25°С, кДж·моль^-1;

h_j, h_r, h_s, - коэффициенты, характеризующие вклад j-х атомов (С, H ) r и s-х структурных групп, влияющих на нижний предел (h_c=9,134; h_н=2,612)

m_j, m_r, m_s - число атомов j-го элемента, r и s-х структурных групп в молекуле вещества;

l, p, q - число химических элементов и типов структурных групп в молекуле вещества

Для метана:            = –74,85 кДж·моль^-1;

         5,3%об. (спр. 5%)

Для п-гептана:         = –206,1 кДж·моль^-1;

   0,984%об.(спр.1,07%)

Верхний предел  распространения пламени (φ_в) в % об. вычисляют в зависимости от величины стехиометрического коэффициента кислорода (β) по формулам:                           при β ≤ 8

                                                 при β > 8,  

Для метана:       β=2,  h_j =1,39 – коэффициент, учитывающий химическое строение вещества и m_j =4 – число связей j -го элемента.    

          17,98%об.   (справоч: 15 %об.)                

    Для п-гептана:    β=11 

            %об. (справоч:  6,7%об.)         

       4.5. Температурные пределы распространения пламени п-гептана

Температурные пределы распространения пламени - такие температуры вещества, при которых его насыщенный пар образует в окислительной среде концентрации, равные соответственно нижнему (нижний температурный предел) и верхнему (верхний температурный предел) концентрационным пределам распространения пламени.    Так как неизвестна зависимость давления насыщенного пара от температуры, то для веществ, состоящих из атомов С, H, О, N значение нижнего или верхнего температурного предела (t_п) вычисляют по формуле

,                                              (29)

где   a_о - размерный коэффициент, равный минус 62,46 °C для нижнего и минус 41,43 °С для верхнего пределов; a₁ - безразмерный коэффициент, равный 0,655 для нижнего и 0,723 для верхнего пределов; a_j,l_j - эмпирические коэффициенты, характеризующие вклад j-х структурных групп, приведены в табл.4.   

                                                           Табл.4

   Вставляя численные данные, получим:

       t_н = -62,46+0,655*98,42+(-0,909*6)+(-0,009*16)= –3,6⁰С    (спр. = – 7⁰С)  

       t_в = -41,43+0,724*98,42+(-1,158*6)+0,57*16= 32,3⁰С        (спр. = 26⁰С)  

       4.6.  Минимальная флегматизирующая концентрация инертного

                             разбавителя для метана и п-гептана

Минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора - наименьшая концентрация инертного разбавителя в смеси с горючим и окислителем, при которой смесь становится неспособной к распространению пламени при любом соотношении горючего и окислителя.

     Концентрацию флегматизатора в точке флегматизации φ_фс  для горючих, состоящих из атомов С, Н, О, N, вычисляют по формуле:    φ_фс = φ_гф ν_ф  , 

где φ_гф  - концентрация горючего в экстремальной точке области распространения пламени (в точке флегматизации):

                         φ_гф = 100 / [1 + 2,42 (m_C + 0,5 m_H -  m_O) + ν_ф ],

   ν_ф = (8,097 m_C + 65,57l m_H + 69,079 m_O -  l7,469 m_N + ΔH^o_f) / (H^‘_ф – H^o_ф)

      В качестве флегматизатора взят азот N₂, для которого разность

                 (H^‘_ф – H^o_ф)=34,9 кДж/моль  (табл. данные).

Для метана:       = –74,85 кДж·моль^-1;  m_C=1 и m_H=4  

                    ν_ф = (8,097*1 + 65,57l*4 – 74,85) / 34,9=5,6   

    φ_гф = 100/1+2,42*3+5,6=7,2%об.         φ_фс = φ_гф ν_ф = 7,2*5,6 = 40,32%об.

    Для п-гептана:    = –206,1 кДж·моль^-1;  m_C=7 и m_H=16  

                    ν_ф = (8,097*7 + 65,57l*16 – 206,1) / 34,9=25,78 

  φ_гф = 100/1+2,42*15+25,78=1,59%об.         φ_фс = φ_гф ν_ф = 1,59*25,78 = 40,87%об.

4.7.   Минимальное  взрывоопасное содержание кислорода

                                в  метане  и  п-гептане

Минимальное взрывоопасное содержание кислорода(МВСК) - такая концентрация кислорода в горючей смеси, состоящей из горючего вещества, воздуха и флегматизатора, меньше которой распространение пламени в смеси становится невозможным при любой концентрации горючего в смеси, разбавленной данным флегматизатором. МВСК в паро- и газовоздушных смесях в процентах рассчитывают по формуле:

                              МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642   .                  

Для метана:

МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642=(100–40,32-7,2)*0,20642=10,8%(об.)  

Для п-гептана:

МВСК = (100 - φ_фс - φ_гф ) 0,20642=(100–40,87-1,59)*0,20642=11,88%(об.)

 4.8.  Максимальное давление взрыва для метана и п-гептана

Максимальное давление взрыва - наибольшее избыточное давление, возникающее при дефлаграционном сгорании газо-, паро- или пылевоздушной смеси в замкнутом сосуде при начальном давлении смеси 101,3 кПа.

      Расчет максимального давления взрыва газо- и паровоздушных смесей распространяется на вещества, состоящие из атомов С, H, O, N, S, F, Сl, Вr, P, Si.

      Максимальное давление взрыва р_макс без учета степени диссоциации продуктов горения в кПа вычисляют по формуле

,                                                       (41)

где       р_н - начальное давление, при котором находится исходная смесь, кПа;

Т_ад (V) - адиабатная температура горения стехиометрической смеси горючего с воздухом при постоянном объеме, К;

- сумма числа молей конечных продуктов горения;

Т_и - температура исходной смеси, К;

- сумма числа молей газообразных исходных веществ.

             Расчет производится при:  р_н=101,3Кпа  и  Т_и=298,15К

Для метана:   по справ.данным   Т_ад (V) = 2118К 

Из уравнения материального баланса процесса горения метана с воздухом:

                        CH₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 2*3,76N₂

Исх.продукты сгор.     

Конечн. продукты сгор.

           (по справ.данным – 706Кпа)

Для п-гептана:      по справ.данным   Т_ад (V) = 2395К

Из уравнения материального баланса процесса горения п- гептана с воздухом:

              С₇Н₁₆+11(O₂ + 3,76N₂) = 7CO₂ + 8H₂O + 11*3,76N₂   

Исх.продукты сгор.     

Конечн.продукты   сгор.

                                                                           (по справ.данным – 843Кпа)

Заключение

                  Расчетные и справочные данные приведены в табл.5

                                                            табл.5

                                                   Приложение

Список литературы:

1. Акатьев В.А.  Основы взрывопожаробезопасности.

/ Учебное пособие. – М.: РГСУ, 2008 –552с.

2. Баратов А. Н.  Пожарная безопасность. Взрывобезопасность.

/Справочник. – М.: Химия, 1987 – 272с.

3. Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов

и жидкостей. – М.: Наука, 1972 –720с.

4. Корольченко А.Я.  Процессы горения и взрыва.

– М.: Пожнаука, 2007– 266с.

5. ГОСТ 12.1.004-91. ССБТ. Пожарная безопасность.

Общие требования.

6. СНиП 31-03-2001. Производственные здания.

7. http://promeco.h1.ru/lek/bgd12.shtml –  Пожарная профилактика.

Требования к зданиям.   

      8. http://www.pogaranet.ru/qa/565.html – Физико-химические свойства СН₄ 

      9.  http://www.pogaranet.ru/qa/565.html – Физико-химические свойства С₇Н₁₆ 

10. http://www.xumuk.ru/bse/2747.html - Торф.

11. http://www.nigma.ru/ - Решение хим. реакций и уравнений.