Расчёт теплофизических  показателей ацетона

1) Удельная  газовая постоянная, плотность, удельный  объем. 

R=R₀/M,   кДж/кг·К           

где R₀ – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/кмоль·К

M – молярная масса, равная 58 ,08г/моль 

R = 8,314 [кДж/кмоль·К]/ 58 [кг/кмоль] = кДж/кг·К 

Плотность из закона Авогадро:

ρ = М/V_μ             

где V_μ – молярный объем газа, равный 22,4 м³/кмоль

ρ =44 [кг/кмоль]/22,4[м³/кмоль] = 1.964 кг/ м³

с учетом поправки ρ= кг/ м³

Удельный  объем 

v= 1/ρ = 1 / 1.964= 0,509 м³/кг          

2) Уравнение  химической реакции пропана с  воздухом

      Воздух  состоит в основном из смеси кислорода, азота,  незначительного количества углекислого газа, паров воды и  инертных газов. Стехиометрическое  соотношение кислорода и азота: 1 к 3,76.Уравнение реакции горения  пропана в воздухе выглядит следующим  образом: 

С₃Н₈ + 5(О₂ + 3,76N₂)= 3СО₂ + 4Н₂О + 5*3,76N₂ 
 

      С_сх = % (об.)         

      или

= % (об.)

      где =

      3) Показатели пожарной опасности  пропана: 

Показатели  пожарной опасности пропана

 

Условные обозначения:

Т_к   - критическая температура, К;

р_к   - критическое давление, кПа;

ρ    - плотность  жидкой (ж) или газообразной (п) фазы вещества;

Т_кип   - температура кипения жидкости при атмосферном давлении, К;

Q^н_р    - удельная теплотворная способность газа, кДж/кг;

С_нкпр  - нижний концентрационный предел распространения пламени, % об.;

С_сх - концентрационный предел для стехиометрического состава смеси, % об.;

С_вкпр  -  верхний концентрационный предел распространения пламени,  % об.;

w_н    - нормальная скорость распространения пламени в ГВС, м/с. 

     В соответствии с исходными данными концентрация пропана в объеме помещения равна 4 % об. Что больше нижнего концентрационного предела распространения пламени, равном 2,1 % и меньше чем концентрационный предел для стехиометрического состава смеси, равный 4,03%. Следовательно в данных условиях задачи возможно дефларационное горение ГВС

2.4 Теплофизические  параметры воздуха

 

      1) молярная масса  М_В = 29 кг/кмоль (из справочных данных)

      2) удельная газовая постоянная. Аналогично  как и для пропана 
 

R=R₀/M,   кДж/кг·К

где R₀ – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 кДж/кмоль·К

M – молярная масса, равная 29 кг/кмоль 

R = 8,314 [кДж/кмоль·К]/ 29 [кг/кмоль] = 0,2867 кДж/кг·К 
 

Плотность из закона Авогадро:

ρ = М/V_μ

где V_μ – молярный объем газа, равный 22,4 м³/кмоль

ρ =29 [кг/кмоль]/22,4[м³/кмоль] = 1,2946 кг/ м³

Удельный  объем v= 1/ρ = 1 / 1,2946 = 0,7724 м³/кг

 

3. РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА ГВС ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЯ ПО МЕТОДУ ВНИИПО

     В термодинамическом процессе без  потерь теплоты, но с выделением теплоты  при сгорании газа и возможным  изменением количества молей газа в  процессе реакции горения, изменение  конечного давления (оно же и максимальное давление горения ГВС) будет пропорционально  изменению температуры и количества молей газа, то есть:

     p_мах=p₁=p₀

     Значения  n₁ и n₀  определяются из уравнения химической реакции.

     Температура продуктов сгорания определяется в  зависимости от удельной теплоты  сгорания газа и средней теплоемкости продуктов сгорания при адиабатном их расширении.

     Масса горючего газа в объеме V₀ равна: 

    М_Г=

V_Г= V₀= кг

     где   - плотность горючего газа, кг/м³;

     c_сх  – стехиометрическая концентрация, % об.

     V₀ - свободный объем помещения, м³

                       V₀=V_св=0,8V_п=0.8*2100=1680

                       V_п=100*6*3.5=2100 м³

     Теплота, выделившаяся в объеме V₀ :

  Q=Q

М_Г= Q V₀= кДж

     где  Q - удельная теплота сгорания горючего газа, кДж/кг.

     Формула для определения увеличения температуры  газов при реакции горения: 

,  К

     где     – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг К);

       – плотность воздуха в  состоянии “0” , кг/м³.

     Подставляя  в это уравнение формулу для  теплоты горения, получим:

     

= К

     Тогда максимальное давление дефлаграционного горения ГВС равно:

      =                                                     

 кПа 

     Перепишем последнее уравнение в следующем  виде (для определения избыточного  давления):

      = кПа

     где  – максимальное давление при дефлаграционном взрыве ГВС, кПа,

        – атмосферное давление, 101.3 кПа,

       – удельная теплота сгорания  горючего газа, кДж/кг,

       – стехиометрическая концентрация  газа в смеси  с воздухом, % об.

     При рассмотрении загазованности помещений  учитывают ее степень - отношение  объема, занятого газовоздушной смесью, ко всему свободному объему помещения:

     

=0,7 ,

       V  - объем ГВС, м³.

       V₀  - свободный объем помещения, м³.

       В незагазованной части помещения  концентрация газа незначительна  (менее с_нкп), но имеется определенное количество газа, которое даже после сгорания ГВС остается несгоревшим.

     Не  полностью выгорит газ и в  зоне у источника, где его концентрация в смеси с воздухом чрезвычайно  высока (более с_вкп).

     Степень выгорания газа Z может быть рассчитан на основе характера распределения газов и паров в объеме помещения согласно пункта А.2.3 и А. 2.4 ГОСТ 12.3.047-98. Однако эти формулы применимы для помещений в форме прямоугольного параллелепипеда с отношением длины к ширине не более пяти. Поэтому в соответствии с ГОСТ 12.3.047-98 принимается Z по таблице: 
 

 

     Вследствие  негерметичности помещения и  неадиабатичности процесса давление при  горении ГВС будет меньше в  “к_н” раз.

     С учетом известных максимального  давления p_max, степени загазованности “ “ помещения, коэффициента участия горючего во взрыве “z” и коэффициента негерметичности и неадиабатичности  “к_н” избыточное давление взрыва будет равно:

     

, кПа

     где:    - максимальное давления взрыва ГВС, кПа;

          _- атмосферное давление, 101.3 кПа;

          - степень загазованности,   1;

          -  коэффициент участия  горючего во взрыве, ;

      -  коэффициент негерметичности  помещения и неадиабатичности     процесса горения, допускается  принимать  к_н = 3.

     

, кПа.

     Учитывая, что  ,

формула перепишется  в виде, удобном для расчета  избыточного давления при известной  массе газа , поступившей в свободный объем : 

     

, кПа

       кПа

     Избыточное  давление взрыва, рассчитанное по методу ВНИИПО (ГОСТ 12.3.047) составляет 75.7 кПа.

4. РАСЧЕТ ИЗБЫТОЧНОГО ДАВЛЕНИЯ ВЗРЫВА ГВС ВНУТРИ ПОМЕЩЕНИЯ ПО МЕТОДУ ПРОФ. МИШУЕВА

   4.1. Процесс дефлаграционного горения  ГВС в помещении сопровождается  мгновенным выравниванием давления  в каждой точке объема помещения.  Выравнивание давления происходит  за счет адиабатного истечения  газов из зоны горения. При  этом теплообмен с окружающей  средой через наружное ограждение  помещения с учетом быстротечности  процесса настолько незначителен, что может не учитываться, а  процесс истечения газов может  приниматься адиабатным (рис. 2).