2019 год Ст.преподаватель Александрой В.И. ФГБОУ ВО ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СЕВЕРНОГО ЗАУРАЛЬЯ»
______________________________________

КАФЕДРА ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Девисилов, Т.И. Дроздова, С.С. Тимофеева / под общ. ред. В.А.

Девисилова. - М.: ФОРУМ, 2012. - 352 с. - (Высшее образование).
2. Портола, В.А.. Расчет процессов горения и взрыва [Текст]: учеб. пособие для вузов / В.А. Портола, Н.Ю. Луговцова, Е.С.Торосян. – Томск: Изд-во ТПУ, 2012. – 107 с.
3. Адамян, В.Л. Теория горения и взрыва [Электронный ресурс]: учебное
пособие / В.Л. Адамян. — Электрон. дан. — Санкт-Петербург : Лань, 2018.
— 116 с. — Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/109508. — Загл. с экрана.

выражение сторон какого-либо процесса, которые должны уравновешивать друг друга. Другими

словами, баланс – это равновесие, уравновешивание. Процессы горения на пожаре подчиняются фундаментальным законам природы, в частности, законам сохранения массы и энергии.
Для решения многих практических задач, а также для выполнения пожарно-технических расчетов необходимо знать количество воздуха, необходимого для горения, а также объем и состав продуктов горения. Эти данные необходимы для расчета температуры горения веществ, давления при взрыве, избыточного давления взрыва, флегматизирующей концентрации флегматизатора, площади легкосбрасываемых конструкций.

состоянием вещества. Свои особенности имеет расчет для индивидуальных химических соединений,

для смеси газов и для веществ сложного элементного состава.
Индивидуальные химические соединения – это вещества, состав которых можно выразить химической формулой. Расчет процесса горения в этом случае производится по уравнению реакции горения.

и правой части химического уравнения должно быть одинаковым. Для того,

чтобы уравнять обе части уравнения, рекомендуется сначала расставить коэффициенты перед окислами в правой части с тем, чтобы уравнять число атомов элементов горючего вещества (С, Н, S, N …).
Затем, подсчитав количество атомов кислорода в правой части уравнения, поставить коэффициент перед кислородом в левой части уравнения.
При этом необходимо учесть кислород, который может входить в состав молекулы горючего вещества (например, как это имеет место в ацетоне С3Н6О или этиловом спирте С2Н5ОН).

 

которые показывают только начальное и конечное состояние системы, т.е. какие

исходные вещества вступают в реакцию и какие продукты при этом образуются.
Они не отражают механизма химического взаимодействия при горении, который достаточно сложен и протекает через ряд промежуточных стадий с участием атомов и радикалов

тем, что в него для удобства расчетов включают азот, содержащийся

в воздухе и не участвующий в химическом превращении. Поскольку воздух состоит из 21 % (об.) кислорода и 79 % (об.) азота, т.е. в нем на 1 моль кислорода приходится 79/21 = 3,76 молей, в уравнении материального баланса перед азотом ставят коэффициент 3,76.
Например, уравнение материального баланса для горения пропана будет следующим:
С3Н8 + 5О2 + 5∙3,76N2 = 3СО2 + 4Н2О + 5∙3,76N2.
Коэффициент, который записывают перед О2 (в данном случае 5) необходимо повторить и перед N2, так как азот и кислород в воздухе неразделимы

реакции горения имеет вид:



-стехиометрические коэффициенты при горючем, окислителе и продуктах

горения соответственно, N – общее число продуктов горения. В технических расчётах принято, чтобы коэффициент при горючем был равен единице, тогда уравнение (1.2) принимает следующий вид

(1.2.)

где

продуктах горения, может быть в этом случае дробным. Чаще всего

горение происходит под действием кислорода, содержащегося в воздухе. При составлении уравнения материального баланса процессов горения принято учитывать не только кислород, принимающий участие в реакции окисления, но и азот, входящий в состав воздуха. В реакции горения принимает участие только кислород. Азот в реакцию не вступает и выделяется из зоны горения вместе с продуктами горения. Таким образом, уравнение горения вещества на воздухе принимает вид

воздуха, учитывается отдельно от остальных продуктов реакции. При записи уравнений

материального баланса принимается, что происходит полное сгорание вещества, и элементы, входящие в состав горючего, переходят в наиболее устойчивые оксиды, или другую устойчивую при данных условиях форму. Кислород из состава горючего переходит в состав оксидов – продуктов реакции. При большом содержании кислорода в составе молекулы его вполне может хватить для полного окисления всех остальных элементов.

в свободном состоянии в виде молекул X2 может выделяться и

галоген. Под символом X в таблице понимаются элементы-галогены (главная подгруппа VII группы периодической системы), т.е. F, Cl, Br, I.

горючего. При подсчёте коэффициента при воздухе нужно учесть количество атомов

кислорода в составе горючего, которые тоже принимают участие в реакции.

молекулы пропилового спирта входят углерод, водород и кислород, продуктами реакции

будут углекислый газ CO2 и водяной пар H2O.

Исходя из формулы горючего, определяем количества продуктов
реакции и

По количествам продуктов реакции определяем коэффициент при воздухе

Уравнение реакции принимает вид

метиламина входят углерод, водород и азот, следовательно, продуктами реакции будут

углекислый газ, водяной пар и свободный азот.

Азот, получающийся при горении вещества, записывается отдельно от азота, входившего в состав воздуха. Коэффициенты при продуктах реакции находим в соответствии с таблицей

Составить уравнение реакции горения дихлорэтана C2H4Cl2 на воздухе.
По составу вещества

определяем состав продуктов горения CO2. H2O и HCl. Количества продуктов горения составят

Коэффициент при воздухе составит

3,76N2) = 2СО2+ 3,5Н2О + 0,5Р2О5+ 3·3,76N2
β = 3

Горение диэтилтиоэфира

в воздухе
(С2Н5)2S + 7,5(О2+ 3,76N2) = 4СО2+ 5Н2О + SO2+ 7,5 · 3,76N2
β = 7,5

в кислороде. Особенность состоит только в том, что азот воздуха

при температуре горения ниже 20000С в реакцию горения не вступает и выделяется из зоны горения вместе с продуктами горения.

Н2 + 0,5(О2 + 3,76N2) = Н2О + 0,53,76 N2  = 0,5.

Обратите внимание, что стехиометрический коэффициент перед кислородом 0,5 необходимо поставить и в правой части уравнения перед азотом.

Горение водорода в воздухе

Горение пропанола в воздухе

С3Н7ОН + 4,5(О2 + 3,76N2) =3СО2 + 4Н2О +4,53,76 N2  = 4,5.

В составе горючего есть кислород, поэтому расчет коэффициента  проводят следующим образом: 10 – 1 = 9; 9 : 2 = 4,5.

Горение анилина в воздухе

С6Н5NН2 + 7,75(О2 + 3,76N2) =6СО2 + 3,5Н2О + 0,5N2 +7,753,76 N2

 = 7,75.
В этом уравнении азот в правой части уравнения встречается дважды: азот воздуха и азот из горючего вещества.

+ 0,53,76 N2
 = 0,5.

Горение хлорметана в воздухе

СН3Сl + 1,5(О2 + 3,76N2) =СО2 + НСl + Н2О +1,53,76 N2
 = 1,5.

Горение диэтилтиоэфира в воздухе

(С2Н5)2 S + 7,5(О2 + 3,76N2) =4СО2 + 5Н2О + SO2 + 7,53,76N2
 = 7,5.

Горение диметилфосфата в воздухе

(СН3)2НР О4 + 3(О2 + 3,76N2) =2СО2 + 3,5Н2О + 0,5Р2О5 + 33,76N2
 = 3.
В процессах горения исходными веществами являются горючее вещество и окислитель, а конечными - продукты горения.

реакции горения

3,76N2 ) =7СО2 + 3Н2О +7,53,76N2

2. Исходные вещества: 1

моль бензойной кислоты;
7,5 молей кислорода;
7,53,76 молей азота.
Газов воздуха всего 7,54,76 молей.
Всего: (1 + 7,54,76) молей исходных веществ.
3. Продукты горения: 7 молей углекислого газа;
3 моля воды;
7,53,76 моля азота.
Всего: (7 + 3 + 7,53,76) молей продуктов горения.
Аналогичные соотношения и в том случае, когда сгорает 1 киломоль бензойной кислоты.

Сколько молей исходных веществ участвовало в реакции и сколько молей продуктов горения образовалось при полном сгорании 1 моля бензойной кислоты С6Н5СООН?

или вещества сложного элементного состава нельзя выразить химической формулой, их

состав выражается чаще всего в процентном содержании каждого элемента. К таким веществам можно отнести, например, нефть и нефтепродукты, древесину и многие другие органические вещества.

воздуха Vвтеор и б) практического объема воздуха Vвпр, затраченного на

горение (с учетом коэффициента избытка воздуха).
Стехиометрическое количество воздуха в уравнении реакции горения предполагает, что при данном соотношении компонентов, участвующих в реакции горения, воздух расходуется полностью. Объем воздуха в данном случае называется теоретическим (Vвтеор).
Горение может происходить не только при стехиометрическом соотношении компонентов, но и при значительном отклонении от него. Как правило, в условиях пожара на сгорание вещества воздуха затрачивается больше, чем определяется теоретическим расчетом. Избыточный воздух Vв в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем воздуха равен
Vвпр = Vвтеор + Vв (2.1)
и, следовательно, избыток воздуха будет равен

(2.2)
Обычно в

расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (). Коэффициент избытка воздуха показывает, во сколько раз в зону горения поступило воздуха больше, чем это теоретически необходимо для полного сгорания вещества:

(2.3)

Для горючих смесей стехиометрического состава (т.е. состава, соответствующего уравнению реакции горения) коэффициент избытка воздуха  = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.

компоненту, а при  < 1 – богатой по горючему

компоненту.

Избыток воздуха имеется только в смеси, бедной по горючему компоненту. Из формул (3.2) и (3.3) следует

Vв= Vвтеор( 1) (2.4)

В закрытом объеме диффузионное горение большинства горючих материалов возможно только до определенной пороговой концентрации кислорода, так называемой остаточной концентрации кислорода в продуктах горения  (О2 ) ПГ. Для большинства органических веществ она составляет 12 – 16 % О2. Для некоторых веществ, например, ацетилена С2Н2, ряда металлов, горение возможно и при значительно меньшем содержании кислорода (до 5 % объемных О2).
Зная содержание кислорода в продуктах горения, можно определить коэффициент избытка воздуха (коэффициент участия воздуха в горении) на реальном пожаре:

воздуха, необходимый для горения рассчитывается по уравнению реакции горения.

диэтилового эфира С2Н5ОС2Н5? Температура 100С, давление 1,2 ат
1. Записываем

уравнение реакции горения
1 кг х м3
С2Н5ОС2Н5 + 6(О2 + 3,76N2) =4СО2 + 5Н2О +63,76N2
М = 74 кг 64,76  Vм =
=64,7619,35 м3
2. Записываем в уравнении известные и неизвестные величины с указанием размерности.
3. Молярная масса диэтилового эфира 74 кг/кмоль. Записываем эту величину под формулой эфира.
4. При нормальных условиях молярный объем (Vм) любого газообразного вещества составляет 22, 4 л/моль или 22,4 м3/кмоль.
Если условия отличаются от нормальных, то необходимо определить, какой объем будет занимать 1 кмоль любого газообразного вещества при данных условиях. Расчет VМ ведут по формуле объединенного газового закона:

какой объем занимает 1 кмоль воздуха (как и любого другого

газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м3/кмоль

Записываем данную величину под формулой воздуха, умножив ее на стехиометрический коэффициент (64,76).
5. По уравнению реакции найдем теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания эфира:

7,5 м3

Vвтеор =

необходим для полного сгорания 50 кг ацетона СН3СОСН3 при температуре

230С и давлении 95 кПа, если горение протекало с коэффициентом избытка воздуха 1,2?

1. Записываем уравнение реакции горения

50 кг х м3
СН3СОСН3 + 4(О2 + 3,76N2) = 3СО2 + 3Н2О +43,76N2
М = 58 кг 44,76  Vм =
=4  4,76 25,9 м3

2. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль воздуха (как и любого другого газообразного вещества) при данных температуре и давлении.

м3/кмоль

необходимый для полного сгорания эфира:
Vвтеор =
м3
4.

По условию задачи коэффициент избытка воздуха  = 1,2.
С учетом этого определим практический объем воздуха, необходимый
для горения:

Vвпр = Vвтеор   = 425,1  1,2 = 510,1 м3.

Горючее – смесь газов и паров
Природный, попутный нефтяной газ, промышленные газы (доменный, коксовый, генераторный и т.п.) представляют собой смеси газов. Состав газов выражается обычно в объемных процентах (объемн, %). Алгоритм расчета в данном случае следующий: для каждого горючего компонента вычисляется теоретическое количество воздуха с учетом его концентрации в смеси, и полученные концентрации суммируются. Формула для расчета теоретического объема воздуха для сгорания газовой смеси имеет следующий вид:

коэффициенты при воздухе в уравнении реакции горения для каждого горючего

компонента газовой смеси;
1, 2, 3 – концентрации каждого горючего компонента смеси (в объемных %);
 (О2) – процентное содержание кислорода в горючем газе (в объемных %);
VГГ – объем газовой смеси, м3.

Если горение протекает с избытком воздуха, то практический объем воздуха рассчитывают по уже известной формуле:

Vвпр = Vвтеор  .

Определить объем воздуха, необходимого для полного сгорания 10 м3

доменного газа следующего состава (в % объемных): оксид углерода (II) СО – 27 %, водород Н2 – 3 %, углекислый газ СО2 – 13 %, метан СН4 – 1 %, азот N2 – 56 %. Горение протекает при  = 1,3.

1. Определяем стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции горения для каждого горючего компонента газовой смеси. Горючими газами в этой смеси являются угарный газ СО, водород Н2 и метан СН4.

СО + 0,5(О2 + 3,76N2) = СО2 + 0,53,76 N2 1 = 0,5
Н2 + 0,5(О2 + 3,76N2) = Н2О +0,53,76 N2 2 = 0,5
СН4 + 2(О2 + 3,76N2) = СО2 + 2Н2О +23,76 N2 3 = 2

горения данной газовой смеси:

3. С учетом коэффициента избытка воздуха реально

на сгорание данной газовой смеси будет затрачено воздуха

Vвпр = Vвтеор   = 8,1  1,3 = 10,5 м3.

Vвтеор =

= 8,1 м3

выражается в массовых долях (, %) каждого элемента. При горении

кислород воздуха расходуется на окисление углерода С, водорода Н, серы S и других горючих составляющих.
Рассчитаем, какой теоретический объем воздуха необходим для сгорания 1 кг каждого элемента при нормальных условиях.

1 кг х м3
С + (О2 + 3,76N2 ) = СО2 + 3,76N2
12 кг 4,7622,4 м3

Vв(С)теор = х =

=8,885 м3 – объем воздуха для сгорания 1 кг углерода.

1 кг - х м3
Н + 0,25(О2 + 3,76N2) = 0,5Н2О + 0,253,76N2
1 кг -0,254,7622,4 м3

для сгорания 1 кг водорода.
1 кг

х м3
S + (О2 + 3,76N2 ) = SО2 + 3,76N2
32 кг 4,7622,4 м3

Vв(S)теор = х =

= 3,332 м3 – объем воздуха для сгорания 1 кг серы.

Углерод, водород и сера являются основными составляющими большинства органических соединений. Значительное число органических веществ имеют в своем составе кислород, и, следовательно, воздуха на горение будет затрачено меньше.

О2  4,7622,4 м3 воздуха
1 кг

 х м3

Vв(О)теор = х =

= 3,332 м3

–объем воздуха, содержащий 1 кг кислорода.

Vвтеор = Vв(С)теор 

+ Vв(Н)теор 

+ Vв(S)теор 

 Vв(О)теор 

, м3 (2.7)

где,
 (С),  (Н),  (S),  (О) – массовые доли элементов в веществе, %.

Сопоставим полученные значения.
Vв(Н)теор : Vв(С)теор : Vв(S)теор :Vв(О)теор =
= 26,665 : 8,885 : 3,332 : 3,332 = 1 : 1/3 : 1/8 : 1/8

Теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг вещества сложного элементного состава в общем виде можно записать следующим образом:

объем воздуха для сгорания заданной массы (m) вещества сложного элементного

состава при нормальных условиях определяется по формуле:

Vвтеор =m  0,267

м3/кг.

(2.8)

1. По формуле (2.8) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной массы образца торфа:

Определить объем воздуха, необходимого для полного сгорания 5 кг торфа следующего состава (в %): С – 56,4 %, Н – 5,04 %, О – 24,0 %, S – 0,06 %, N – 3,6 %, зола – 10,9 %. Горение протекает при  = 1,5, условия нормальные.

Vвтеор = 5 

массы образца торфа будет затрачено воздуха

Vвпр = Vвтеор  

= 27,7  1,5 = 41,6 м3.

Расчет объема и процентного состава продуктов горения

Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.
К продуктам полного сгорания относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO2 и азот – продукты горения соединений, содержащих серу и азот.
Продукты неполного сгорания – это оксид углерода (II) – угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения – смолы.
Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.
Выход продуктов горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов. При этом в состав продуктов горения включают также азот воздуха, израсходованного на горение, и избыток воздуха при  > 1.

и состав в объемных % продуктов горения, образовавшихся при сгорании

3 кг бензола С6Н6. Температура 200С, давление 770 мм рт.ст., коэффициент избытка воздуха  = 1,4.

1.Записываем уравнение реакции горения
3 кг х1 м3 х2 м3 х3 м3 х4 м3
С6Н6 + 7,5(О2 + 3,76N2 ) = 6СО2 + 3Н2О + 7,53,76N2
М = 78 кг 7,54,76  Vм = 6Vм = 3Vм = 7,53,76Vм =
=7,54,7623,7 м3 =623,7 м3 =323,7 м3 =7,53,7623,7 м3
2. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль газообразных веществ при заданных температуре и давлении.

м3/кмоль

3. Теоретический объем продуктов горения (VПГ) определяем по уравнению реакции.

VПГ =

33,9 м3

продуктов горения войдет избыточный воздух Vв.
Для расчета избытка воздуха

по уравнению реакции найдем теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания бензола:

Vвтеор = х1 =

= 32,5 м3

Избыток воздуха определим по формуле

Vв= Vвтеор( 1) = 32,5(1,4 – 1) = 13 м3

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:
VПГ* = VПГ + Vв = 33,9 + 13 = 46,9 м3

и состав продуктов горения 10 м3 природного газа следующего состава

(в % объемных): метан СН4 – 75 %, этан С2Н6 – 4 %, пропан С3Н8 – 2 %, углекислый газ СО2 – 19 %. Горение протекает при  = 1,2.

1. Составляем уравнение реакции горения для всех горючих газов смеси:
СН4 + 2(О2 + 3,76N2) = СО2 + 2Н2О +23,76N2  (СН4 ) = 2
Для газообразных веществ отношение числа моль равно отношению объемов, следовательно, стехиометрические коэффициенты для каждого вещества в реакции горения – это и есть объем в м3 каждого компонента продуктов горения, выделившийся при сгорании 1 м3 горючего газа.
По уравнению реакции можно определить, что при сгорании 1 м3 метана СН4 образуется 1 м3 СО2, 2 м3 Н2О и 23,76 м3 N2.
С2Н6 + 3,5(О2 + 3,76N2) =2СО2 + 3Н2О +3,53,76N2  (С2Н6) =3,5

3 м3 Н2О и 3,53,76 м3 N2.
С3Н8 +,5(О2 + 3,76N2)

=3СО2 + 4Н2О +53,76N2  (С3Н8) =5
При сгорании 1 м3 этана С3Н8 образуется 3 м3 СО2, 4 м3 Н2О и 53,76 м3 N2.
2. Определим теоретический объем продуктов горения.
Суммарный объем углекислого газа, образовавшегося при сгорании 1 м3 газовой смеси определяется с учетом процентного состава каждого горючего компонента газовой смеси, и также включается объем углекислого газа, входящий в состав исходной газовой смеси:

V(СО2) =

=
=

1,08 м3

составит:
V(СО2) = 1,08  10 = 10,8 м3
Аналогично рассчитываем объем

паров воды, образовавшийся в результате сгорания 1 м3 смеси газов:

= 1,7 м3

V(Н2О) =

При сгорании 10 м3 газовой смеси объем паров воды будет:

V(Н2О) = 1,7  10 = 17 м3

Объем азота в продуктах горения составит для 1 м3 природного газа:

V(N2) =

= 6,55 м3,

а для 10 м3
V(N2) = 6,55  10 = 65,5 м3

V(СО2 )+ V(Н2О)+ V(N2) = (10,8 + 17 + 65,5)

= 93,3 м3

2. Горение протекает с коэффициентом избытка воздуха  = 1,2, следовательно, в состав продуктов горения войдет и избыток воздуха. Для его расчета по формуле (3.6) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной газовой смеси:

Vвтеор =

= 82,9 м3

Избыток воздуха определим по формуле (3.4):

Vв= Vвтеор( 1) = 82,9(1,2 – 1) = 16,6 м3

VПГ + Vв = 93,3 + 16,6 = 109,9 м3
2.

Определим процентный состав продуктов горения:

об (СО2) =

= 9,8 %

об (Н2О) =

= 15,5 %

об (N2) =

= 59,6 %

об (Vв) =

= 15,1 %

теоретический выход продуктов горения определяется как сумма продуктов горения каждого

элемента, входящего в состав вещества.
Рассчитаем, какой теоретический объем продуктов горения образуется при сгорании 1 кг каждого элемента при нормальных условиях.

х1

м3 х2 м3
С + (О2 + 3,76N2 ) = СО2 + 3,76N2
12 кг 22,4 м3 3,7622,4 м3

V(СО2) = х1 =

= 1,87 м3

V(N2) = х2 =

= 7,0 м3

Для водорода:
1 кг х1 м3 х2 м3
Н+0,25(О2+3,76N2)=0,5Н2О + 0,253,76N2
1 кг 0,522,4м3 0,253,7622,4 м3

=
= 21,0 м3
Для серы:
1 кг

х1 м3 х2 м3
S + (О2 + 3,76N2) = SО2 + 3,76N2
32 кг 22,4 м3 3,7622,4 м3

V(SО2) = х1 =

= 0,7 м3

= 2,63 м3

V(N2) = х2 =

он будет расходоваться на окисление горючих компонентов (углерода, водорода, серы,

фосфора) и, поэтому из воздуха на горение будет израсходовано кислорода меньше на количество, которое содержалось в горючем веществе. Следовательно, в продуктах горения и азота будет меньше на количество, которое приходилось бы на кислород, если бы он находился не в горючем веществе, а в воздухе.
На 1 кг кислорода в воздухе будет приходиться объем азота, равный

Полученные значения выходов продуктов горения элементов приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1. Теоретический объем продуктов горения элементов сложных веществ при нормальных условиях

вещества с известным элементным составом.
Пусть  (С),  (Н),

 (S),  (О), (N) – – массовые доли элементов в веществе, %;  (W) – содержание влаги в веществе, %.
Тогда общие формулы для расчета каждого компонента продуктов горения при сгорании заданной массы (m) вещества будут иметь следующий вид:

2.9

2.10

V(SО2) = m

, м3 (2.11)

V(N2) = m

2.12

состава
Определить объем и процентный состав продуктов горения 5 кг каменного

угля следующего состава (в %): С – 75,8 %, Н – 3,8 %, О – 2,8 %, S – 2,5 %, N – 1,1 %, W – 3,0 %, зола – 11,0 %. Горение протекает при  = 1,3, условия нормальные.

1. По формулам (2.9) – (2.12) определяем объем каждого компонента продуктов горения 5 кг каменного угля.

V(СО2) = 5

= 7 м3

V(H2O) = 5

= 2,31 м3

V(SО2) = 5

= 0,085 м3

2,31 + 0,085 + 33,14 = 42,5 м3
2.Горение протекает с

коэффициентом избытка воздуха 1,3, следовательно, в состав продуктов горения будет входить избыточный воздух.
По формуле (2.8) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной массы образца угля:

Vвтеор = 5 

= 38,6 м3

Избыток воздуха определим по формуле (2.4):

Vв= Vвтеор( 1) = 38,6(1,3 – 1) = 11,6 м3

VПГ + Vв = 42,5 + 11,6 = 54,1 м3
3.

Определим процентный состав продуктов горения:

об (СО2) =

= 12,9 %

об (Н2О) =

= 4,3 %

об (SО2) =

об (N2) =

об (Vв ) =

факторов пожара, который вызывает основные разрушения, уничтожает материальные ценности, вызывает

гибель людей, определяет обстановку на пожаре, создает огромные трудности при его ликвидации. Расчет тепловых явлений, сопровождающих горение, позволяет принять правильные и своевременные меры противопожарной защиты.
Практически единственным источником тепловой энергии любого процесса горения, а значит, и любого пожара, является тепловой эффект химических реакций окисления в пламени, т.е. теплота горения, которая относится к важнейшим характеристикам пожарной опасности веществ и материалов.

Расчет теплоты горения
Энтальпией горения (Нгор, кДж/моль) вещества называется тепловой эффект реакции окисления 1 моль горючего вещества с образованием высших оксидов.
Теплота горения (Qгор) численно равна энтальпии горения, но противоположна по знаку.
Для индивидуальных веществ тепловой эффект реакции может быть рассчитан по I следствию закона Гесса.

горения 1 моль бутана С4Н10.
1. Запишем уравнение реакции горения бутана.
С4Н10

+ 6,5(О2 +3,76 N2) = 4СО2 + 5Н2О + 6,5·3,76 N2
2. Выражение для теплового эффекта этой реакции по I следствию закона Гесса
Н0р-и = 4Н0(СО2) + 5Н0(Н2О) - Н0(С4Н10).

3. По таблице 1 приложения находим значения энтальпий образования углекислого газа, воды (газообразной) и бутана.
Н0(СО2) = 393,5 кДж/моль; Н0(Н2О) =  241,8 кДж/моль;
Н0(С4Н10) =  126, 2 кДж/моль.
Подставляем эти значения в выражение для теплового эффекта реакции
Н0р-и = 4(–393,5) + 5(–241,8) – ( 126,2) =  1656,8 кДж
Н0р-и = Н0гор =  1656,8 кДж/моль или Qгор = + 1656,8 кДж/моль.
Таким образом, при сгорании 1 моля бутана выделяется 1656,8 кДж тепла.

теплота горения – это количество теплоты, которое выделяется при полном

сгорании единицы массы или объема горючего вещества. Размерность удельной теплоты горения – кДж/кг или кДж/м3.
В зависимости от агрегатного состояния воды в продуктах горения различают низшую и высшую теплоту горения. Если вода находится в парообразном состоянии, то теплоту горения называют низшей теплотой горения Qн. Если пары воды конденсируются в жидкость, то теплота горения – высшая Qв.
Температура пламени достигает 100 К и выше, а вода кипит при 373 К, поэтому в продуктах горения на пожаре вода всегда находится в парообразном состоянии, и для расчетов в пожарном деле используется низшая теплота горения Qн.
Низшая теплота горения индивидуальных веществ может быть определена переводом значения Нгор, кДж/моль в Qн, кДж/кг или кДж/м3. Для веществ сложного элементного состава низшая теплота горения может быть определена по формуле Д.И. Менделеева. Кроме того, для многих веществ значения низшей теплоты горения приведены в справочной литературе, некоторые данные представлены в приложении