7983

Подставляя эти величины в формулу, получим

MTHT = (28,8 ×103× 500× 0,4)/(4,19×103) = 1375 кг тротила.

Таким образом, взрыв паровоздушного облака, образовавшего 500 кг ацетона эквивалентен взрыву 1375 кг тротила.

Безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве паровоздушной смеси будет равно

Rбез = 15 1375 ≈170 м.

Задачи для самостоятельного решения

Самостоятельно решить задачи, используя в помощь пример, приведенный выше.

Задача 1. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва 10 кг бутилового спирта (С4Н9ОН): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

Задача 2. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва 5 кг метана (СН4): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

Задача 3. Рассчитать мощность (тротиловый эквивалент) возможного аварийного взрыва 20 кг глицерина (С3Н8О3): а) в технологическом оборудовании, б) в облаке. Оценить безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны.

Задача 4. Определить количество взорвавшихся паров пропана (С3Н8), если после аварии отмечены разрушения на расстоянии 25 м от эпицентра взрыва. Взрыв произошел в технологическом оборудовании.

31

3.ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ

3.1ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ И САМОВОЗГОРАНИЕ

Цель работы: изучить процессы самовозгорания индивидуальных веществ и их смесей, описать наблюдаемые изменения и написать уравнения, протекающих химических реакций.

По условиям воспламенения вещества и смеси можно разделить на несколько групп:

1.Вещества и смеси, воспламеняющиеся в парах или газах отличных от

воздуха.

Таких веществ и смесей очень много, например: все органические вещества, металлы, неметаллы и многие соединения в газообразном фторе, трехфтористом хлоре, фториде кислорода, диоксидифториде самовоспламеняются.

В газообразном хлоре самовоспламеняются: порошок сурьмы (горит красивыми белыми искорками), красный и белый фосфор, скипидар на развитой поверхности (например на вате). В парах брома самовоспламеняются: сурьма, фосфор.

2.Вещества и смеси, самовоспламеняющиеся при соприкосновении с воздухом.

Обычно это химически активные вещества, например:

Металлические рубидий и цезий, пирофорные металлы (пирофорное железо, никель), многие простейшие металлорганические вещества (метилнатрий, метиллитий), водород в присутствии платинированного асбеста.

3.Вещества и смеси, самовозгорание которых активируется водой.

Обычно это смеси, в которых вода служит растворителем для одного из компонентов, после растворения которого начинается сильно экзотермическая реакция, приводящая к воспламенению смеси. Также это могут быть вещества, реагирующие с водой с большим выделением тепла.

4.Вещества и смеси, самовозгорание которых активируется сильными электролитами.

Чаще всего наличие сильного электролита (в основном это сильные кислоты и щелочи) вызывает образование химически активного промежуточного вещества, которое реагируя

скомпонентами смеси вызывает ее воспламенение.

5.Вещества и смеси, содержащие сильный окислитель.

Обычно окислитель, входящий в состав смеси добавляется в небольшом количестве для начала горения смеси, а дальнейшее горение смеси протекает под действием кислорода воздуха. Наличие большого количества окислителя может привести к переходу горения в детонацию.

32

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Внимание: опыты проводятся в вытяжном шкафу, только в присутствии преподавателя или учебного мастера кафедры!!!!

Опыт №1

В фарфоровом тигле смешайте равные части измельченных в фарфоровой ступке кристаллов йода (I2) и алюминиевой пыли(Al). Сделайте маленькое углубление вверху насыпи, добавьте каплю или две воды и отойдите.

Опыт №2

На металлическую пластину помещаем около 0,5 грамма перманганата калия (KMnO4) добавляем 3-4 капли глицерина (С3Н5(ОН)3). Ждем 0,5-1 минуту.

Опыт №3

Широкую пробирку закрепите в штативе почти вертикально, в пробирку насыпьте 1 г перманганата калия KMnO4 и осторожно пипеткой добавьте туда 1 мл концентрированной серной кислоты H2SO4, в приготовленную смесь осторожно кидаем бумажный шарик (С6Н10О5)n.

Опыт №4

Смешайте равные количества сахара (C12H22O11), растертого в фарфоровой ступке и бертолетовой соли (KClO3), добавьте к смеси каплю концентрированной серной кислоты

(H2SO4).

Опыт №5

Фильтровальную бумагу смачиваем ацетоном. Стеклянную палочку окунаем в концентрированную серную кислоту, касаемся ей перманганата калия KMnO4 и фильтровальной бумаги смоченной ацетоном.

После проведения всех опытов опишите наблюдаемые эффекты при протекании реакций, напишите уравнения данных реакций.

33

3.2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2 Определение продуктов сгорания.

Цель работы: определение продуктов сгорания некоторых видов топлив с помощью газоанализатора ДАГ – 510.

Теоретическая часть

Из более чем 200 загрязнителей воздуха, на которые установлены нормы предельно допустимых концентраций (ПДК), следует выделить пять основных, связанных с горением топлива:

1.Твердые частицы

2.Оксиды серы SO2

3.Оксиды азота NO, NO2

4.Оксид углерода СО

5.Оксид углерода СО2

6.Углеводороды

Эти вещества определяют до 90-98% валовых выбросов вредных веществ в крупных городах и промышленных регионах. Для большинства регионов характерно следующее весовое соотношение этих веществ в атмосферу: оксид углерода около 50%, оксиды серы около 20%, твердые частицы 16-20%, оксиды азота 6-8% и углеводороды 2- 5%.

К очень опасным веществам следует отнести также и бенз(а)пирен, который выбрасывается в очень незначительном количестве по сравнению с перечисленными веществами, но является крайне токсичным веществом.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) примесей

В таблице 8 приведены значения ПДК для наиболее вредных примесей в атмосфере. Кроме величин ПДК, для них используется т.н. класс опасности вещества. Чем меньше значение класса опасности, тем более вредным для организма является данное вещество.

Таблица 8 - ПДК некоторых вредных примесей в атмосфере на территории России

Следует отметить, что топливо представляет собой опасность для окружающей среды и человека не только вследствие сжигания и образования вредных веществ. Вредное воздействие начинается уже на стадии его добычи и транспортировки.

Для контроля содержания загрязняющих веществ в отходящих газах стационарных и передвижных источников промышленных выбросов в целях экологического контроля и

34

оптимизации процесса горения топлива используется переносной газоанализатор ДАГ510 (рис. 1).

Переносной газоанализатор ДАГ-510 применяется для измерения: содержания кислорода (О2), оксида углерода (СО), оксида азота (NO), диоксида азота (NO2), сернистого ангидрида (SO2), сероводорода (Н2S) и углеводородов (по метану или пропану) в отходящих газах топливосжигающих установок; измерения температуры в точке отбора пробы и температуры окружающей среды; измерения абсолютного давления, разности давлений; определения расчётным методом скорости и расхода газопылевых потоков при работе с пневмометрической трубкой Пито или НИИОГАЗ в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90; определения расчётным методом содержания диоксида углерода (СО2) , суммы оксидов азота (NOX); определения расчетным методом технологических параметров топливосжигающих установок - коэффициента избытка воздуха и коэффициента потерь тепла.

Рисунок 1 - Переносной газоанализатор ДАГ-510

Принцип работы.

Принцип действия газоанализаторов основан на применении комплекта электрохимических измерительных датчиков - для измерения содержания О2, СО, NO, NO2, SO2, и Н2S; инфракрасного оптического датчика для измерения содержания углеводородов; термоэлектрического преобразователя для измерения температуры газового потока; полупроводниковых датчиков для измерения температуры окружающей среды, измерения абсолютного давления и разности давлений.

Сигналы, поступающие с датчиков, подаются на нормирующие усилители, после чего преобразуются в цифровой вид на аналого-цифровом преобразователе и поступают на обработку в микропроцессорный контроллер. Микропроцессор выполняет температурную компенсацию, устранение перекрестных влияний одного измеряемого газа на другой, перечет сигнала в соответствующую измеряемую величину с учетом единиц измерения и выводит результат измерения дисплей, принтер или персональный компьютер.

Содержание СО2 в отходящих газах

Содержание СО2 в отходящих газах зависит от доли углерода и водорода в топливе, количества воздуха поступающего на горение и режима сжигания топлива. Газоанализатор ДАГ-510 непосредственного измерения СО2 не производит, а вычисляет, исходя из содержания кислорода и угарного газа. Для правильного расчета необходимо

35

чтобы тип топлива, выбранного до начала измерения соответствовал сжигаемому топливу, и не было разбавления продуктов сгорания воздухом.

стехиометрическом горении топлива, %; О2 изм. - жаропроизводительность топлива, %;

СО изм. - отношение теплоемкостей продуктов полного сгорания, %.

Избыток воздуха

На практике очень сложно обеспечить идеальный режим сгорания топлива, поэтому топливные установки всегда работают с избыточным количеством воздуха. Отношение действительного количества воздуха к теоретически необходимому называют избытком воздуха. Избыток воздуха должен быть минимальным, но при этом должно обеспечиваться полное сгорание топлива. Он рассчитывается следующим образом:

Alf = N2 / [N2 - 3.76 • (O2 - 0.5 • СО)];

где: Alf - избыток воздуха, %; O2, СО - измеренное значение компонентов в процентах объема; N2 - содержание азота в отходящих газах, %: N2 = 100 - RO2 – О2 - СО.

Характеристики топлива

Выбор типа сжигаемого топлива необходим для правильного расчета величин CO2 и коэффициентов потерь, и на остальные величины влияния не оказывает. При обращении к данной функции выводится справочник с 12 стандартными и 4 свободнопрограмируемыми типами топлива. Необходимо выбрать одно из предлагаемых видов топлива.

Используемые в приборе стандартные типы топлива и их характеристики приведены в таблице 9 Таблица 9 - Стандартные типы топлива и их характеристики

где:

CO2 max - теоретическое максимальное содержание CO2 для данного вида топлива; T, max - жаропроизводительность топлива, с учетом содержания в воздухе влаги;

36

P - количество теплоты, выделяемое при полном сжигании при α=1, отнесенное к 1м3 сухих продуктов сгорания;

B - соотношение объемов влажных и сухих продуктов сгорания; O2 ref - стандарт О2 для мг/м3.

Пересчет результата измерения газов

Сигналы о величине концентрации измеряемых газов, поступающие с датчиков, пропорциональны объемным долям измеряемых компонентов. В зависимости от выбранных единиц измерения и режимов расчета измеренное в объемных долях содержание газов в пробе Em (ppm) пересчитывается согласно формуле (3) и выводится как результат измерения. Коэффициенты пересчета от объемных долей (ppm) в весовые концентрации (мг на м3 при нормальных условиях 101,3 кПа и температуре 273,15 К)

Экспериментальная часть

Включить прибор нажатием клавиши (рисунок 2) длительностью около одной секунды. Клавиши с цифрами от 0 до 9 производят выбор пункта меню, ввод числового значения при редактировании. В режиме измерения и при редактировании эти клавиши имеют дополнительное назначение в соответствии с символами, находящимися над клавишами.

Нажатием клавиши с цифрой 8 (<X>) в измерительных режимах производится усреднение результатов измерения для снижения нестабильности показаний.

Клавиша (START/STOP) приостанавливает обновление результатов в измерительных режимах и производится управление насосом отбора пробы в режиме. При редактировании клавишей удаляется предшествующий маркеру символ.

37

Рисунок 2 - Внешний вид газоанализатора ДАГ 510, лицевая панель. где:

1 - включение и выключение прибора.

2 - вывод краткой справочной информации, содержащей рекомендации по текущему режиму работы прибора.

3 - включение и выключение подсветки дисплея.

4 - выход из текущего режима, меню, отказ от редактирования без сохранения изменений, прерывание вывода протокола измерения на принтер.

5 - ввод строки, подтверждение ввода величины.

6 - вывод подменю в измерительных режимах и при работе с памятью, открытие для редактирования справочников объектов измерения и типов сжигаемого топлива.

На дисплей выводится меню режимов работы (рисунок 3).

________________________

Рисунок 3 - Меню режимов работы газоанализатора ДАГ - 510

Выбрать режим газоанализатор (нажать на клавишу с цифрой 1), после чего прибор автоматически начинает выполнять подготовку к измерению, производится установка «нуля» газовых датчиков и инфракрасного канала измерения, которая продолжается в течении 200 секунд.

После завершения подготовки к измерению предлагается ввести объект измерения и тип сжигаемого топлива. Название объекта выбирается из справочника «ОБЪЕКТ ИЗМЕРЕНИЯ». Для этого нужно нажать клавишу ( ), затем выбрать тип сжигаемого топлива, нажав клавишу с цифрой 2, на дисплее отобразятся названия топлива. Выбрать тип топлива при помощи клавиш с цифрами 0 и 5. Затем для подтверждения нажать клавишу ENTER (←|), выйти из меню при помощи клавиши ESC. Подставить зажженную спиртовку под стеклянную трубку (рис 5) и произвести замер пробы в течении 5 минут. Выключение / включение режима отбора пробы производится клавишей START /STOP

(←). Записать показания газоанализатора.

Аналогичным образом произвести замер следующей пробы.

38

Рассчитайте содержание СО2 в отходящих газах, исходя из содержания кислорода и угарного газа исследуемой пробы (пользуясь формулой (1) и таблицей 9).

Полученные результаты измерения и расчетные данные занести в таблицу 11.

где:

Тg – температура отходящих газов, Qa – теплопотери при сгорании, Alf – избыток воздуха.

Сделайте выводы.

39

3.3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

Определение температуры вспышки и воспламенения в открытом тигле

Цель работы – изучить методику экспериментального определения температуры вспышки и температуры воспламенения горючих жидкостей в открытом тигле.

Теоретическая часть

Температура вспышки

Вспышка – быстрое сгорание газопаровоздушной смеси над поверхностью горючего вещества, сопровождающееся кратковременным видимым свечением.

Температура вспышки – это наименьшая температура вещества в конденсированном состоянии, при которой в условиях специальных испытаний над его поверхностью образуются пары, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания. Устойчивое горение при этом не возникает.

Значение температуры вспышки следует применять для характеристики пожароопасности жидкости, включая эти данные в стандарты и технические условия веществ. Допускается использовать экспериментальные и расчетные значения температуры вспышки.

Температура вспышки является кинетическим параметром, так как характеризует скорость испарения.

Температура воспламенения

Воспламенение – начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника энергии, приводит к резкому ускорению химической реакции из-за прогрессивного накопления энергии (тепловое воспламенение) или активных промежуточных частиц (цепное воспламенение).

Температура воспламенения – это наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет горючие пары и газы с такой скоростью, что при воздействии на них источника зажигания наблюдается воспламенение.

Воспламенение – это пламенное горение вещества, инициированное источником зажигания и продолжающееся после его удаления не менее 5 с.

Согласно ГОСТ 12.1.004-85 в зависимости от температуры вспышки горючие жидкости подразделяются на:

легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) с температурой вспышки не свыше 61 °С (в закрытом тигле) или не свыше 66 °С (в открытом тигле); горючие (ГЖ) с температурой вспышки паров выше, соответственно, 61 и 66°С.

ЛВЖ в свою очередь делятся на три разряда:

а) особо опасные ЛВЖ - имеющие температуру вспышки от -18°C и ниже в закрытом тигле или - 13°С и ниже в открытом; б) постоянно опасные ЛВЖ - имеющие температуру вспышки выше -18°С до +23°С в

закрытом тигле или выше -13°С до +27°С - в открытом;

40