Теоретические основы процессов горения и тушения

Содержание

Введение

Глава 1. 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРЕНИЯ

1.1. 3.1 Характер свечения пламени

1.2. 3.2 Теоретический и практический расход воздуха на горение

1.3. 3.2.1 Горючее-индивидуальное химическое соединение

1.4. 3.3. Объем и состав продуктов полного сгорания

1.5. 3.3.1 Горючее – индивидуальное химическое соединение

1.6. 3.4 Низшая теплота горения

1.7. 3.5 Стехиометрическая концентрация в паровоздушной смеси

1.8. 3.6 Расчет температуры горения

Глава 2. 4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ 17

2.1. 4.1 Температура вспышки 17 4.1.1 Расчёт температуры вспышки 18 4.1.2 Расчёт температуры вспышки для некоторых классов соединений 19 4.1.3 Расчёт температуры вспышки по формуле Блинова 20

2.2. 4.2 Температура воспламенения 23 4.2.1 Расчёт температуры воспламенения жидкости 23 4.2.2 Расчёт температуры воспламенения алифатических спиртов и сложных эфиров 24 4.2.3 Расчёт температуры воспламенения по формуле Блинова 25 4.3 Температура самовоспламенения 27 4.4 Концентрационные пределы распространения пламени 28 4.4.1 Расчёт КПР по аппроксимационной формуле 29 4.4.2 Расчет КПР по известной теплоте образования 30 4.4.3 Расчёт концентрационных пределов распространения пламени для смесей газов 31

2.3. 4.5 Температурные пределы распространения пламени 32 4.5.1 Расчет температурных пределов распространения пламени по известной зависимости давления насыщенного пара от температуры 32 4.5.2 Расчет температурных пределов распространения пламени для веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N 33 4.6 Нормальная скорость распространения пламени 35 4.7 Критический диаметр огнегасящего канала и безопасного экспериментального максимального зазора 36 4.8 Минимальная энергия зажигания 38 4.8.1 Способ №1 38 4.8.2 Способ №2 39 4.8.3 Способ №3 39

2.4. 4.8.2 Способ №2 39 4.8.3 Способ №3 39 4.9 Способность гореть и взрываться при взаимодействии с водой, кислородом и другими веществами 41 4.10. Минимальная флегматизирующая концентрация м флегматизатора и минимальное взрывоопасное содержание кислорода 41 4.10.1 Минимальная флегматизирующая концентрация газовых средств пожаротушения СМФК, % (об) 43 4.10.2 Концентрация горючего в смеси (в %) соответствующей по составу точке флегматизации 45 4.11 Минимальное взрывоопасное содержание кислорода 46 4.11.1 Расчет минимальной огнетушащей концентрации газовых средств пожаротушения (СМОК, %(об)) 46 4.12 Максимальное давление взрыва 47

Заключение

Список использованной литературы

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Теоретические основы процессов горения и тушения 2-Метилбутана (С₅Н₁₂)

Направление: Техносферная безопасность и природообустройство
Предмет: Пожарная безопасность

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы курсового проекта обусловлена широким применением изопентана (2-метилбутана) в современной нефтехимической, холодильной промышленности и производстве пенополиуретанов, где данное вещество используется в качестве вспенивающего агента и хладагента. Согласно статистике МЧС России, за период 2021-2025 годов на объектах нефтехимии и производств, использующих легковоспламеняющиеся жидкости и газы, зарегистрировано более 340 пожаров с материальным ущербом свыше 4,2 млрд рублей. Повышенная пожаровзрывоопасность 2-метилбутана, относящегося к углеводородам алифатического ряда с температурой вспышки минус 51°C и концентрационными пределами распространения пламени 1,4-7,6% объемных, требует глубокого понимания теоретических основ процессов горения и научно обоснованного подхода к разработке эффективных мер пожаротушения [1, c. 45].

Степень разработанности проблемы в отечественной научной литературе характеризуется фундаментальными трудами российских ученых в области теории горения и взрыва. Основополагающие исследования выполнены в ФГБУ «ВНИИПО МЧС России» под руководством Н.П. Копылова, В.А. Пехотикова, А.Н. Баратова. Значительный вклад в изучение показателей пожарной опасности углеводородов внесли ученые Академии ГПС МЧС России - Молчадский И.С., Алешков М.В., Собурь С.В. Теоретические основы процессов горения разработаны школой Я.Б. Зельдовича, Д.А. Франк-Каменецкого, А.Г. Меркина [3, c. 78].

Цель курсового проекта: провести комплексный расчет характеристик горения и показателей пожарной опасности 2-метилбутана с разработкой научно обоснованных рекомендаций по обеспечению пожарной безопасности объектов его применения.

Задачи курсового проекта:

• определить характеристики процесса горения 2-метилбутана, включая характер свечения пламени, расход воздуха, объем и состав продуктов сгорания;
• рассчитать теплотехнические параметры горения, температуру горения и стехиометрическую концентрацию;
• установить показатели пожарной опасности вещества в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044-89;
• выполнить расчет температурных и концентрационных пределов распространения пламени;
• разработать рекомендации по выбору средств и способов тушения пожаров 2-метилбутана.

Объект исследования: процессы горения и тушения 2-метилбутана как представителя класса предельных разветвленных углеводородов.

Предмет исследования: характеристики горения, показатели пожарной опасности и параметры огнетушащих составов для 2-метилбутана.

Методологическая база включает теоретические методы химии горения, стехиометрические расчеты по методикам ГОСТ 12.1.044-89 и СП 12.13130.2009, аналитические методы определения показателей пожарной опасности по НПБ 105-95, расчетные методики ВНИИПО МЧС России. Нормативную базу составляют ФЗ № 123-ФЗ «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности», ГОСТ 12.1.044-89, СП 12.13130.2009.

Научная новизна заключается в комплексном расчете всего спектра показателей пожарной опасности 2-метилбутана с применением современных методик ВНИИПО МЧС России и обосновании эффективных способов тушения на основе анализа механизмов ингибирования и флегматизации.

Теоретическая значимость состоит в систематизации методов расчета характеристик горения углеводородов изостроения. Практическая значимость определяется возможностью использования результатов при разработке деклараций пожарной безопасности, расчете категорий помещений и проектировании систем противопожарной защиты объектов применения 2-метилбутана.

Структура работы: курсовой проект состоит из введения, трех глав, заключения и списка использованной литературы. Первая глава посвящена определению характеристик горения, вторая - показателям пожарной опасности, третья - разработке мер по обеспечению пожарной безопасности.

ГЛАВА 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГОРЕНИЯ

1.1. Характер свечения пламени

Процесс горения представляет собой сложную совокупность физико-химических превращений, сопровождающихся интенсивным тепловыделением и излучением света. Характер свечения пламени определяется температурой горения, степенью полноты окисления, наличием твердых частиц углерода и механизмом протекания цепных реакций в зоне горения. Для углеводородов алифатического ряда, к которым относится 2-метилбутан (изопентан) С₅Н₁₂, характер свечения пламени зависит от соотношения углерода и водорода в молекуле, условий смесеобразования и режима горения [2, c. 134].

2-Метилбутан представляет собой предельный углеводород изостроения с молекулярной формулой C₅H₁₂ и структурной формулой (CH₃)₂CH-CH₂-CH₃. Молярная масса составляет 72,15 г/моль, плотность жидкости при 20°C равна 0,620 г/см³. Зависимость давления насыщенных паров от температуры описывается уравнением Антуана: lgр = 5,91799 – 1022,511/(233,493 + t), где р - давление в мм рт. ст., t - температура в °C. Данное уравнение позволяет рассчитать температуру кипения: при атмосферном давлении 760 мм рт. ст. она составляет 27,85°C, что характеризует вещество как легкоиспаряющуюся жидкость [5, c. 89].

При горении 2-метилбутана в условиях избытка окислителя (диффузионное горение паровоздушной смеси) наблюдается пламя светло-голубого цвета со слабым желтоватым оттенком в центральной зоне. Голубое свечение обусловлено хемилюминесценцией промежуточных радикалов CH*, C₂* и CO*, образующихся в процессе цепных реакций окисления углеводорода. Интенсивность голубого свечения пропорциональна концентрации активных радикалов и достигает максимума в зоне наиболее интенсивного тепловыделения на расстоянии 5-8 мм от поверхности горючего [4, c. 156].

Желтоватый оттенок в зоне пламени связан с присутствием твердых частиц углерода, образующихся при термическом разложении молекул углеводорода в высокотемпературной зоне. Механизм образования сажи для предельны

…