Вопрос № 1. Типы взрывов, физические и химические взрывы

V. Текст лекции

IV. Учебно-материальное обеспечение

III. Литература

II. Расчет учебного времени

Содержание и порядок проведения занятия	Время, мин
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы 1. Типы взрывов, физические и химические взрывы. 2. Объем воздуха, необходимый для горения. 3. Объем и состав продуктов горения веществ и материалов. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

основная

1. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. – 266 с., ил.

дополнительная

1. Корольченко А.Я., Корольченко Д.А. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник: в 2-х ч. – 2-е изд., перераб. И доп. – М.: Асс. «Пожнаука», 2004.

2. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Миронов М.П., Пазникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: Учебное пособие для курсантов, студентов и слушателей образовательных учреждений МЧС России / Под ред. В.Ф.Маркова. Екатеринбург: УрО РАН. 2009. 274 с.

3. Расчетно-аналитические зависимости для решения задач по курсу «Теория горения и взрыва»: справочный материал / сост. Д.В. Батов, Т.А. Мочалова, А.В. Петров. – Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2008. – 35 с.

1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, компьютерная техника.

На предыдущей лекции мы изучили понятие взрыва.

Взрыв - физический или химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме (по сравнению с количеством выделяющейся энергии), приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов. При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Взрывы классифицируют по происхождению выделившейся энергии на:

химические и физические.

В З Р Ы В
ß		ß
ХИМИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ	ФИЗИЧЕСКИЙ ВЗРЫВ
ß	ß	ß	ß	ß
ВЗРЫВ КОНДЕНСИРОВАННЫХ Взрывчатых Веществ	ОБЪЁМНЫЙ ВЗРЫВ	ВЗРЫВ ЁМКОСТЕЙ С ГАЗОМ ПОД ДАВЛЕНИЕМ	ВЗРЫВ ЁМКОСТЕЙ С ПЕРЕГРЕТЫМИ ЖИДКОСТЯМИ	ВЗРЫВ ПРИ КОНТАКТЕ РАСПЛАВЛЕННЫХ МЕТАЛЛОВ С ВОДОЙ (без хим. взаимодействия

К химическим взрывам относятся процессы химического превращения вещества, проявляющиеся горением и характеризующиеся выделением тепловой энергии за короткий промежуток времени и в таком объёме, что образуются волны давления, распространяющиеся от источника инициирования взрыва.

Источник инициирования взрыва – источник, обладающий запасом энергии или температуры, достаточным для инициирования взрыва взрывоопасной среды производственного процесса. (ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования.)

Химический взрыв подразделяется на:

- взрывы конденсированных взрывчатых веществ;

- объёмныe взрывы.

К первой группе относятся взрывы: нитроглицерина, некоторых органических пероксидных соединений и ацетиленида меди. К объёмным взрывам относятся взрывы метано-, пропано-воздушных смесей, водородо-воздушных смесей.

Химические взрывы чаще всего происходят при хранении, транспортировке и изготовлении взрывчатых веществ; в химической и нефтехимической промышленности; при утечках природного газа в жилых помещениях.

К физическим взрывам относятся процессы, приводящие к взрыву и не связанные с химическим превращением вещества. Эти взрывы, связывают со взрывами сосудов от давления паров и газов. Причём, основной причиной их образования является физический процесс, обусловленный высвобождением внутренней энергии сжатого или сжиженного газа. Сила таких взрывов зависит от внутреннего давления.

Физический взрыв подразделяется на:

взрыв ёмкостей с газом или паром под давлением;

взрыв ёмкостей с перегретыми жидкостями;

взрыв при контакте расплавленных металлов и других веществ с водой.

Примером взрыва ёмкости с газом под давлением является падение переносного баллона с газом под давлением и срыва вентиля, понижающего давление.

Основными причинами взрывов ёмкостей являются:

- нарушение целостности корпуса из-за поломки, или коррозии при непрерывной эксплуатации;

- перегрев сосуда за счёт нарушений в электрообогреве;

- взрыв паровых котлов при превышении допустимого давления.

При взрыве ёмкости с перегретой жидкостью, через повреждения в аппарате происходит испарение пара в окружающее пространство и быстрое частичное испарение жидкости, при этом в окружающей среде генерируются взрывные волны.

Примером взрывов при контакте расплавленных металлов с водой является взаимодействие расплавленного алюминия с водой при аварии на атомном реакторе, контакте с ней расплавленной стали в литейном цехе или расплава солей (Na₂CO₃, Na₂S) в бумажной промышленности.

Вывод по вопросу: к взрыву может привести как бурно протекающие химические реакции, так и физические процессы

Вопрос 2. Объем воздуха, необходимый для горения

При возникновении пожара, чаще всего, в качестве окислителя выступает кислород воздуха. В состав воздуха входит: азот – 78,2 % (об.), кислород – 20,9 % (об.), инертные газы – 0,9 % (об.). В теоретических расчётах процентное содержание инертных газов суммируют с содержанием азота и принимают, что воздух состоит из 21 %(об.) кислорода и 79 % (об.) азота. Следовательно, на 1 объём кислорода приходится 3,76 объёма азота (79:21 = 3,76). Так как равные объёмы газов содержат одинаковое количество молекул, то в воздухе на 1 моль кислорода приходится 3,76 моль азота.

Горючесть и коэффициент горючести веществ

По способности гореть вещества и материалы классифицируют на негорючие, трудногорючие, горючие.

Негорючие – вещества и материалы, не способные к горению в воздухе.

Трудногорючие – вещества и материалы, способные к горению в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления.

Горючие – вещества и материалы, способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления.

Горючесть вещества оценивается по коэффициенту горючести, обозначаемому буквой К, который рассчитывается по формуле:

К = 4n_C + 4n_S + n_H + n_N - 2n_O - 2n_Cl - 3n_F - 5n_Br

где: n_C, n_S, n_H, n_N, n_O, n_Cl, n_F, n_Br- соответственно число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора, брома в молекуле вещества.

Если расчётное значение К £ 0 – вещество негорючее, 0 < К £ 2 – вещество трудногорючее, К > 2 – вещество является горючим.

Методика расчёта материального баланса процесса горения зависит от состава вещества и его агрегатного состояния. По составу вещества делятся на простые и сложные; по агрегатному состоянию - на твёрдые, жидкие и газообразные.

Простым веществом называется вещество, состоящее из атомов одного элемента. Примерами таких веществ являются Na, N₂, O₂, Сl₂.

Сложные вещества подразделяются на вещества постоянного состава (дальтониды) и вещества переменного состава (бертоллиды). В химической литературе сложные вещества постоянного состава, названы индивидуальными химическими соединениями, а сложные вещества переменного состава – сложной смесью химических соединений.

Вещества постоянного состава можно описать одной химической формулой (например, C₂H₆ – этан, COS – оксид сероуглерода), вещества переменного состава – нельзя. Поэтому расчёт основан на заданных массовых долях элементов: углерода, водорода, кислорода и т.д., выраженных в процентах. К таким веществам относится каменный уголь, нефть, древесина.

Избыток воздуха. На пожаре расходуется значительно больше воздуха по сравнению с теоретически необходимым количеством, которое определяется по уравнению реакции горения. Отношение объёма воздуха, практически расходуемого на горение (V_В), к объему, теоретически необходимому (V⁰_в) для горения, называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается греческой буквой a.

Коэффициент избытка воздуха показывает во сколько раз больше поступает в зону горения воздуха, чем теоретически необходимо для полного сгорания вещества.

a = V_B/V⁰_B

Следовательно, объем избытка воздуха можно рассчитать:

V_В,ИЗБ = a V⁰_B - V⁰_B = V⁰_B (a - 1), м³

При горении с естественным притоком воздуха коэффициент избытка воздуха практически всегда превышает единицу и колеблется в пределах от 2 до 20. Если в задаче не задаётся коэффициент избытка воздуха, температура и давление, то расчёт проводится при стандартных условиях и ^.a = 1.

Стандартные условия Т = 298 К (t = 25 ^оС), Р = 101325 Па (р = 760 мм.рт.ст.).

Нормальные условия: Т = 273 К (t = 0 ^оС), Р = 101325 Па (р = 760 мм.рт.ст.).

Методика расчёта объёма воздуха для горения простых веществ и

индивидуальных химических соединений

в твёрдом и жидком агрегатном состоянии

(расчет по массе)

Расчёт объема воздуха, необходимого для полного сгорания заданного в килограммах количества вещества, находящегося в твёрдом или жидком агрегатном состоянии, проводят по формуле:

, м³

где:

b - стехиометрический коэффициент перед кислородом;

m - масса горючего вещества, кг;

a - коэффициент избытка воздуха;

M - молярная масса горючего вещества, кг/кмоль.

V_t- мольный объём газа при заданных условиях, м³/кмоль;

, м³/кмоль

где:

V₀ – объем газа при н.у. = 22,4 м³/кмоль,

Т - заданная температура, К;

Р - заданное давление, Па;

Р_о - давление при нормальных условиях = 101325 Па,

Т_о - температура при нормальных условиях = 273 К.

Методика расчёта объёма воздуха для горения простых веществ и

индивидуальных химических соединений в газообразном состоянии

(расчет по объему)

Расчёт объема воздуха, необходимого для полного сгорания заданного в кубических метрах объёма вещества, находящегося в газообразном агрегатном состоянии, проводят по формуле:

V_В = 4,76 × b × a × V_ГГ, м³

где:

b - стехиометрический коэффициент перед кислородом;

a - коэффициент избытка воздуха;

V_ГГ - заданный объём горючего газа, м³.

Вывод по вопросу: установлено, что для полного сгорания веществ требуется определенное количество воздуха, объем которого зависит от состава вещества и его агрегатного состояния. Рассмотрены методики расчёта объёма воздуха необходимого для сгорания простых веществ и индивидуальных химических соединений в твёрдом (жидком) и газообразном состоянии.