Определение параметров реакций горения и взрывчатого разложения

1. Определить объём воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг горючей жидкости стирола C₈H₈, с молекулярной массой 104,151, при давлении 101 325 Па и температуре +25.

Дано:.

М (C₃H₈O₃) = 104,151;

Р = 101 325 Па;

Т = +25 = 298 К.

Найти:

Решение:

1) Записываем уравнение реакции горения стирола:

По формуле:

Тогда уравнение реакции примет вид:

2) Определяем теоретический объём воздуха для нормальных условий.

где — стехиометрический коэффициент при O₂, N₂;

— стехиометрический коэффициент при горючем;

— молекулярная масса глицерина.

— объем воздуха при н.у.

3) Определяем практический объём воздуха.

где — давление и температура при н. у, Па, К.;

— давление и температура при заданных условиях, Па, К.

Ответ: Для сгорания 1 кг стирола при заданных условиях требуется 11,18 воздуха.

2. Определить объём воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг хлопка, в состав которого входит С = 42,4%, Н = 5,92%, О=46,6%, N=0,58% W = 4,0%, А = 0,5%, при давлении 101 325 Па и температуре +25.

Дано:.

С = 42,4%; Н = 5,92%; О=46,6%; N=0,58%; W = 4,0%; А = 0,5%; Р = 101 325 Па;

Т = +25 = 298 К.

Найти:.

Решение:

1) Определяем теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг древесного угля при н.у. по формуле:

2) Определяем практический объём воздуха.

Ответ: Для сгорания 1 кг хлопка при заданных условиях требуется 7,6 воздуха.

3. Определить объём воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг технического продукта дизельного топлива Л C_14,605H_29,965, при давлении 101 325 Па и температуре +25.

Дано:.

C_14,605H_29,965.

Р = 101 325 Па;

Т = +25 = 298 К.

Найти:.

Решение:

1) Записываем уравнение реакции горения дизельного топлива Л:

C_14,605H_29,965+O₂ + 22,096*3,76N₂ 14,605CO₂ + 14,983H₂O +83,08N₂.

2) Определяем теоретический объём воздуха для нормальных условий.

3) Определяем практический объём воздуха.

Ответ: Для сгорания 1 кг дизельного топлива Л при заданных условиях требуется 12,53 воздуха.

4. Определить объём воздуха, необходимого для полного сгорания 1 кг полукоксового газа, состоящего из следующих газов: диоксид углерода, водород, этилен, пропилен, дициан, кислород, оксид углерода, азот, при давлении 101 325 Па и температуре +25..

Дано:.

CO₂=0,4%; Н₂ = 9,3%; C₂H₄=21,8%; C₃H₆=9,0%; HCN=1,6%; C₂H₃N=8,5%; C₂N₂=19,6%; O₂=0,8%; СО = 18,5%; N₂ = 20,6%; Р = 101 325 Па; Т = +25 = 298 К.

Найти:.

Решение:.

1) Записываем уравнения реакций горения:

Н₂ + H₂O.

C₂H₄+3O₂2CO₂+2H₂O.

C₃H₆+4,5O₂3CO₂+3H₂O.

HCN+1,25O₂CO₂+0,5H₂O+0,5N₂.

C₂H₃N+2,75O₂2CO₂+1,5H₂O+0,5N₂.

C₂N₂+2O₂2CO₂+N₂.

CО +0,5О₂ СO₂.

2) Определяем теоретический объём воздуха для нормальных условий.

где — сумма произведений содержания газов в процентах и кол-ва O₂, необходимого для горения;

— процентное содержание O₂.

3) Определяем практический объём воздуха.

Ответ: Для сгорания 1 м³ полукоксового газа при заданных условиях необходимо м³ воздуха.

5. Определить состав и объём продуктов сгорания единицы массы (объёма) горючего вещества хлопок с составом: C=42,4%; H=5,92%; O=46,6%; N=0,58; W=4,0; A=0,5..

1) Рассчитаем объемы отдельных продуктов горения:

V_co2=1,86* м³/кг.

V_H2O=11,2* м³/кг.

V_N2=м³/кг.

Просуммируем полученные объемы:

V_пг.=0,79+0,71+2,99=4,49 м³/кг.

Ответ: При сгорании 1 килограмма хлопка выделяется 4,49 м³ продуктов горения.

6. Определить состав и объём продуктов сгорания единицы массы (объёма) горючего вещества газ полукоксовый состава.

CO₂=0,4%; H₂=9,3%; C₂H₂=21,8%; C₃H₆=9%; HCN=1,6%; C₂H₃N=8,5%; C₂N₂=19,6%;

O₂=0,8%; CO=18,5%; N₂=20,6%.

1) Составим уравнения реакций горения:

H₂+0,5O₂>H₂O.

C₂H₂+3O₂>2CO₂+2H₂O.

C₃H₆+4,5O₂>3CO₂+3H₂O.

HCN+1,25O₂>CO₂+0,5H₂O+0,5N_2+2,75.

C₂H₃N+2,75O₂>2CO₂+1,5H₂O+0,5N₂.

C₂N₂+2O₂>2CO₂+N₂.

CO+0,5O₂>CO₂.

2) Определим объемы отдельных продуктов горения:

V.

V_СО2= м³/м³.

V_H2O= м³/м³.

V_N2=0,79 м³/м³.

3) Просуммируем полученные объемы:

V_пг.=1,47+0,93+145=147,4 м³/м³.

Ответ: При сгорании 1 м³ полукоксового газа образуется 147,4 м³ продуктов горения.

7. Определить состав и объём продуктов сгорания единицы массы (объёма) горючего вещества амилсульфид C₁₀H₂₂S с молярной массой М=174,35 г./моль при Т=0°С и Р=101 325 Па.

1) Составим уравнение горения:

C₁₀H₂₂S+16,5О₂+16,5· 3,76N₂>10CO₂+11H₂O+SO₂+16,5·3,76N₂.

2) Определим объем продуктов горения:

= м³/кг.

Так как заданные условия не отличаются от нормальных (Т=0°С; Р=101 325 Па), то.

Ответ: При сгорании 1 м³ амилсульфида образуется 84,04 м³ продуктов горения.

8. Определить состав и объём продуктов сгорания единицы массы (объёма) горючего вещества масло генераторное тяжелое С_20,98Н_23,11S_0,04 с молярной массой М=300 при T=-20°C и Р=101 000 Па.

1) Составим уравнение горения вещества:

С_20,98Н_23,11S_0,04+26,8О₂+26,8· 3,76N₂>20,98СО₂+11,56Н₂О+0,04S₂+26,8·3,76N₂.

2) Определим объем продуктов горения:

= м³/кг.

3) Определим объем продуктов горения при заданных условиях:

V_пг.= м³/кг.

Ответ: При сгорании 1 кг. тяжелого генераторного масла образуется 823,08 м³ продуктов горения.

9. Определить концентрационные пределы распространения пламени газо-, паро-, и пылевоздушных смеси вещества н-Бутиловый спирт С₄Н₁₀О при температуре Т=50°С (экспериментальные пределы: 1, 80…10,90).

Составим уравнение горения вещества:

С₄Н₁₀О+6О₂>4СО₂+5Н₂О Определим концентрационные пределы:

где для нижнего предела: a=8684; b=4,679;

для нижнего: а=1,55; в=0,560.

Определим погрешность расчета:

Определим концентрационные пределы при заданной температуре:

Ответ: Концентрационные пределы распространения для н-Бутилового спирта ;

10. Определить концентрационные пределы распространения пламени газо-, паро-, и пылевоздушных смеси вещества 1-Бутин С₄Н₆ при температуре t=50°C (экспериментальные пределы: 1, 20…-).

1) Составим уравнение горения вещества:

С₄Н₆+5,5О₂>4СО₂+3Н₂О.

2) Определим концентрационные пределы:

3) Определим погрешность для нижнего предела:

4) Определим концентрационные пределы для заданной температуры:

Ответ: Концентрационные пределы распространения для 1-Бутина ;

11. Определить концентрационные пределы распространения пламени газо-, паро-, и пылевоздушных смеси вещества 2-аминобензойная кислота С₇Н₇О₂N c молярной массой М=137,15 г./моль; кДж/моль; экспериментальный НКПВ=30 г./моль при температуре t=0°C.

1) Для определения НКПВ данного вещества воспользуемся следующими формулами:

K=.

2) Определим стандартную теплоту образования взрывчатого вещества:

3) Определим массовые доли С, О, Н и N в веществе:

4) Рассчитаем L_н, учитывая, что h_c=9,134; h_H=2,612; h_O=-0,522; h_N=-0,494:

5) Определим НКПВ:

6) Определим НКПВ при заданной температуре:

7) Определим погрешность:

Ответ: НКПВ 2-Аминобензойной кислоты равен 17,35 г./м³.

12. Определить состав и объём продуктов взрывчатого разложения динитробензола С₆Н₄N₂O₄; кислородный баланс равен -95,3%; молярная масса М=168 г./моль; Q=8,6 ккал / моль.

1) Составим уравнение реакции взрыва:

С₆Н₄N₂O₄>2H₂O+2CO₂+4C+N₂.

2) Определим объем продуктов взрыва:

Ответ: при взрыве 1 кг. динитробензола образуется 0,67 м³ продуктов взрыва.

13. Определить состав и объём продуктов взрывчатого разложения алюмотола, состоящего на 95% из тротила С₇H₅N₃O₆ молярной массы М=227 г./моль и на 5% из алюминия молярной массы М=27 г./моль.

1) Составим приведенную формулу взрывчатого вещества:

>4,18 С₇H₅N₃O₆+1,85Al.

C_29,26H_20,9N_12,54O_25,08Al_1,85>10,45Н₂О+0,925Al₂O₃+11,855CO+17,405C+6,27N₂.

2) Определим объем продуктов взрыва:

при взрыве 1 кг. алюмотола образуется 0,64 м³ продуктов взрыва.

14. Определить теплоту и температуру продуктов взрывчатого разложения динитробензола С₆Н₄N₂O₄; кислородный баланс равен -95,3%; молярная масса М=168 г./моль; Q=8,6 ккал / моль.

Теплота взрыва определяется из уравнения:

Q=Q_пв.-Q_вв..

1) Определение теплоты взрыва основным методом:

Составим уравнение процесса взрыва:

С₆Н₄N₂O₄>2H₂O+2CO₂+4C+N₂.

Парциальная теплота отдельных продуктов взрыва:

Q_p(H2o)=57,78 ккал / моль.

Q_p(СО)=26,88 ккал / моль.

Q_pпв=2· 57,78+2·26,88=169,32 ккал / моль.

Q_V=Q_p+0,58· n=169,32+0,58·(2+2)=171,64 ккал / моль.

Q_vвв=8,6+0,58· (1)=9,18 ккал/ моль.

Ответ: теплота, выделяемая при взрыве 1 кг динитробензола при расчете по основному методу составляет 4051,8 кДж/кг.

2) Определение теплоты взрыва по методу Авакяна:

Ответ: теплота, выделяемая при взрыве 1 кг динитробензола при расчете по методу Авакяна составляет 1862,5 кДж/кг.

3) Определим температуру взрывчатого разложения данного вещества:

Q^М_V=C_V· t_пв..

где:

C_V=a+b· t_пв. — суммарная молярная теплоемкость.

t_пв — температура продукта взрыва.

Q^М_V =Q_Vпв. — Q_Vвв..

Q_Vпв.=171 640 кал/моль.

Q_Vвв.=9180 кал/моль.

Q^М_V=171 640−9180=162 460 кал/моль Молярная теплоемкость для различных веществ составляет:

— для двухатомных газов (СО, N₂):

С_V=4,8+0,45· t_пв..

— для Н₂О:

С_V=4,0+0,215· t_пв.

— для СО₂:

С_V=9+0,58· t_пв..

— для твердых продуктов взрыва:

С_V=const=6,4.

Определим теплоемкость для продуктов взрыва динитробензола:

С_Vн2о=2· (4,0+0,215· t_пв.)=8+0,0043 t_пв..

С_Vсо2=2· (9+0,58· t_пв.)=18+0,116· t_пв..

С_V=4· 6,4=25,6.

С_VN2=4,8+0,45· t_пв..

Суммарная молярная теплоемкость составляет:

C_V=8+18+25,6+4,8+(0,0043+0,116+0,45) · t_пв.=56,4+0,591· t_пв..

Ответ: при взрыве 1 кг динитробензола температура составит 2590,64 К.

15. Определить теплоту и температуру продуктов взрывчатого разложения алюмотола, состоящего на 95% из тротила С₇H₅N₃O₆ молярной массы М=227 г./моль и на 5% из алюминия молярной массы М=27 г./моль. Парциальные теплоты веществ: Q_{p трот.}=17,5 ккал / моль=1010 ккал/кг; Q_{p Al}=0.

1) Определим теплоту методом ориентировочного определения:

Q_V=0,95· 1010=959,5 ккал/кг=4020,3 кДж/кг.

Ответ: теплота, выделяемая при взрыве 1 кг алюмотола при расчете по ориентировочному методу составляет 4020,3 кДж/кг.

2) Определим теплоту уточненным методом:

Составим приведенную формулу взрывчатого вещества:

>4,18 С₇H₅N₃O₆+1,85Al.

C_29,26H_20,9N_12,54O_25,08Al_1,85>10,45Н₂О+0,925Al₂O₃+11,855CO+17,405C+6,27N₂.

Q_{V вв.}=73,23+0,58· (4,18+0)=75,66 ккал / моль.

Q_v=0,32· 35^0,24·(47·25,08+5,25·20,9) — 75,66=892,2 ккал / моль Ответ: теплота, выделяемая при взрыве 1 кг алюмотола при расчете по уточненному методу составляет 3742,8 кДж/кг.

3) Определим теплоту основным методом:

Данные возьмем из предыдущего расчета:

Q_{V вв.} =75,66 ккал / моль.

Q_{p пв.}=10,45· 57,78+11,86·26,88=922,6 ккал / моль.

Q_{V пв.} =922,6+0,58· (10,45+11,86)=935,54 ккал / моль.

Ответ: теплота, выделяемая при взрыве 1 кг алюмотола при расчете по основному методу составляет 3607,2 кДж/кг.

4) Определим температуру взрывчатого разложения данного вещества:

Q_Vпв.=935 540 кал/моль.

Q_Vвв.=75 660 кал/моль.

Q^М_V=935 540−75 660=859880 кал/моль Определим теплоемкость для продуктов взрыва алюмотола:

С_Vн2о=10,45· (4,0+0,215· t_пв.)=41,8+0,0225 t_пв..

С_Val2o3=0,925· 6,4=5,92.

С_Vсо=11,855· (4,8+0,45· t_пв.)=56,904+0,0054· t_пв..

С_Vс=17,405· 6,4=111,392.

С_VN2=6,27· (4,8+0,45· t_пв.)=30,096+0,0028· t_пв..

Суммарная молярная теплоемкость составляет:

C_V=10,45+5,92+56,904+111,392+30,096+(0,0225+0,0054+0,0028) · t_пв.=.

=246,112+0,0307· t_пв..

Ответ: при взрыве 1 кг алюмотола температура составит 2903,6 К.

16. Определить давление продуктов взрыва 1 кг. динитробензола С₆Н₄N₂O₄; кислородный баланс равен -95,3%; молярная масса М=168 г./моль; Q=8,6 ккал / моль; плотность с_вв=1050 кг/м³; объем продуктов взрыва V₀=0,67 м³/кг; температура взрыва T=2590,64 К.

1) Составим уравнение процесса взрыва вещества:

С₆Н₄N₂O₄>2H₂O+2CO₂+4C+N₂.

2) Давление продуктов взрыва определяется из уравнения:

P· (V-б-б_k)=n·R·T.

R=8,314 — универсальная газовая постоянная.

Ответ: давление при взрыве 1 кг. динитробензола составит 4,16 ГПа.

17. Определить давление продуктов взрыва 1 кг. алюмотола, состоящего на 95% из тротила С₇H₅N₃O₆ молярной массы М=227 г./моль и на 5% из алюминия молярной массы М=27 г./моль; молярная масса взрывчатого мещества М=998,8 г/моль; плотность с_вв=1000 кг/м³; объем продуктов горения V₀=0,64 м³; температура взрыва Т=2903,6 К.

1) Составим уравнение процесс взрыва вещества.

C_29,26H_20,9N_12,54O_25,08Al_1,85>10,45Н₂О+0,925Al₂O₃+11,855CO+17,405C+6,27N₂.

Ответ: давление при взрыве 1 кг. алюмотола составляет 2,83 ГПа.

Заключение.

В ходе данной курсовой работы мною были рассчитаны различные величины, характеризующие процессы горения и взрыва для индивидуальных и смесевых горючих и взрывчатых веществ. Полученные результаты близки по значениям к экспериментальным, что позволяет сделать вывод что расчеты верны и использованные методы допустимо применять в ходе дальнейшей профессиональной деятельности.

Библиографический список.

1 СТО ЮУрГУ 04−2008 Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению / Т. И. Парубочая, Н. В. Сырейщикова, В. И. Гузеев, Л. В. Винокурова. — Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. — 56 с.