Определение параметров реакций горения и взрывчатого разложения

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 101325 Па и температуре +25

Дано:

М (C₃H₈O₃) = 104,151;

Р = 101325 Па;

Т = +25  = 298 К.

Найти:

Решение:

) Записываем уравнение реакции горения стирола:

По формуле:

Тогда уравнение реакции примет вид:

) 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.

) 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 101325 Па и температуре +25

Дано:

С = 42,4%; Н = 5,92%; О=46,6%; N=0,58%; W = 4,0%; А = 0,5%; Р = 101325 Па;

Т = +25  = 298 К.

Найти:

Решение:

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

) 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 101325 Па и температуре +25

Дано:

C_14,605H_29,965

Р = 101325 Па;

Т = +25  = 298 К.

Найти:

Решение:

) 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.

) 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 101325 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 = 101325 Па; Т = +25  = 298 К.

Найти:

Решение:

)        Записываем уравнения реакций горения:

Н₂ +  H₂O₂H₄+3O₂2CO₂+2H₂O₃H₆+4,5O₂3CO₂+3H₂O+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.

 - процентное содержание O₂

3)      Определяем практический объём воздуха.

Ответ: Для сгорания 1м³ 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%;₂=0,8%; CO=18,5%; N₂=20,6%.

)        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.

)        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=101325 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=101325 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=101000 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

)        Определим объем продуктов горения:

= м³/кг.

)        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 ;

)        Составим уравнение горения вещества:

С₄Н₆+5,5О₂→4СО₂+3Н₂О

)        Определим концентрационные пределы:

)        Определим погрешность для нижнего предела:

)        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=

)        Определим стандартную теплоту образования взрывчатого вещества:

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

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

)        Определим НКПВ:

)        Определим НКПВ при заданной температуре:

)        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

_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.

)     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.

)     Определение теплоты взрыва по методу Авакяна:

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

)     Определим температуру взрывчатого разложения данного вещества:

где:

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

t_пв - температура продукта взрыва

^М_V =Q_Vпв. - Q_Vвв.

_Vпв.=171640 кал/моль_Vвв.=9180 кал/моль

Q^М_V=171640-9180=162460 кал/моль

Молярная теплоемкость для различных веществ составляет:

для двухатомных газов (СО, N₂):

С_V=4,8+0,00045·t_пв.

для Н₂О:

С_V=4,0+0,00215·t_пв

- для СО₂:

С_V=9+0,00058·t_пв.

для твердых продуктов взрыва:

С_V=const=6,4

Определим теплоемкость для продуктов взрыва динитробензола:

С_Vн2о=2·(4,0+0,00215· t_пв.)=8+0,0043 t_пв.

С_Vсо2=2·(9+0,00058· t_пв.)=18+0,00116· t_пв.

С_V=4·6,4=25,6

С_VN2=4,8+0,00045· t_пв.

Суммарная молярная теплоемкость составляет:

C_V=8+18+25,6+4,8+(0,0043+0,00116+0,00045) · t_пв.=56,4+0,00591· 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.

)     Определим теплоту уточненным методом:

Составим приведенную формулу взрывчатого вещества:

→4,18 С₇H₅N₃O₆+1,85Al_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.

)     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.

)     Определим температуру взрывчатого разложения данного вещества:

Q_Vпв.=935540 кал/моль

Q_Vвв.=75660 кал/моль

Q^М_V=935540-75660=859880 кал/моль

Определим теплоемкость для продуктов взрыва алюмотола:

С_Vн2о=10,45·(4,0+0,00215· t_пв.)=41,8+0,0225 t_пв.

С_Val2o3=0,925·6,4=5,92

С_Vсо=11,855·(4,8+0,00045· t_пв.)=56,904+0,0054· t_пв.

С_Vс=17,405·6,4=111,392

С_VN2=6,27·(4,8+0,00045· 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.