Расчёт НКПРП индивидуальных соединений по предельной теплоте сгорания

Согласно тепловой теории возникновения и прекращения горения, наличие пределов распространения пламени можно объяснить тем, что для распространения пламени по горючей парогазовоздушной смеси требуется выделение некоторого количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла, выделяющееся при горении смесей с содержанием горючего, равным НКПРП, для большинства веществ является величиной примерно постоянной и равно 1830 кДж/м³. Эту величину называют предельной теплотой сгорания Q_пр. Если известно значение низшей теплоты сгорания вещества Q_н, то можно определить концентрацию горючего в предельной по горючести смеси:

(35)

где Q_пр – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1м³ предельной смеси

горючего с воздухом,

Q_н – количество теплоты, выделяющееся при сгорании 1м³ горючего.

Пример:Рассчитать НКПРП ацетилена, если его низшая теплота сгорания составляет 1256 кДж/моль.

Решение:

Предельная теплота сгорания измеряется в кДж/м³, поэтому и низшую теплоту сгорания необходимо перевести в кДж/м³. Согласно закону Авогадро, объём одного моля любого газа при нормальных условиях равен 22,4*10^{-3 м3}, тогда:

кДж/м³

НкпРП находим по формуле:

Значения низшей теплоты сгорания некоторых веществ приведены в табл. 18.

Таблица 18

Значения теплоты сгорания других веществ можно найти в справочной литературе или рассчитать по следствию из закона Гесса. Для некоторых веществ значения низшей теплоты сгорания приведены в табл. V и VI приложения.

Пример: Рассчитать, какое минимальное количество изоамилацетата должно испариться в ёмкости объёмом 200 м³, чтобы в ней создалась минимальная взрывоопасная концентрация его паров. НКПРП рассчитать по предельной теплоте сгорания.

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения изоамилацетата в воздухе:

С₇Н₁₄О₂ + 9,5 (О₂ + 3,76 N₂) = 7 СО₂ +7 Н₂О + 9,5 3,76 N₂

2. Рассчитываем низшую теплоту сгорания изоамилацетата по закону Геса ( теплоты образования веществ взяты из справочной литературы):

Q_н = 396,9×7 + 242,2×7 – 564,6 = 3909,1 кДж/моль

Поскольку предельная теплота сгорания выражена в кДж/м³, то и низшую теплоту сгорания выражаем в кДж/м³, учитывая что объём одного моля изоамилацетата при нормальных условиях составляет 0,0224 м³:

3. Рассчитываем НКПРП изоамилацетата, учитывая что предельная теплота сгорания для большинства горючих веществ одинакова и равна 1830 кДж/м³:

4. Рассчитываем объём паров изоамилацетата, необходимого для создания НКПРП в ёмкости объёмом 200м³:

5. Рассчитываем количество изоамилацетата, при испарении которого в ёмкости объёмом 200 м³ создаётся минимальная взрывоопасная концентрация (т.е. НКПРП), учитывая, что 1 моль изоамилацетата (М = 130 г/моль) при нормальных условиях занимает объём 0,0224 м³:

Ответ: для образования в ёмкости объёмом 200 м³ минимальной взрывоопасной концентрации изоамилацетата в ней должно испариться 12,3 кг вещества.