Пожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьПожарная безопасность → ПожаровзрывобезопасностьИзложены методы расчета температуры самовоспламенения, концентрационных и температурных пределов распространения пламени, минимальных флегматизирующих концентраций инертных разбавителей, минимального взрывоопасного содержания кислорода, минимальной энергии зажигания, максимального давления взрыва и скорости нарастания давления при взрыве. Указаны области применимости расчетных методов и погрешности расчета.
Наиболее общим методом расчета температуры самовоспламения tcв органических соединений является расчет по формулам (9) и (10):
Концевыми группами принято считать группы -CH3, = СH2, а также все функциональные группы и циклы. В случае, если функциональная группа или цикл расположены в середине цепи, то их рекомендуется считать одновременно и концевой, и промежуточной группой.
Длина цепи молекулы lj вычисляется по формуле:
где mCj — число атомов углерода в j-ой цепи; 1э — эквивалентная длина функциональной группы или цикла, входящих в j-ую цепь. Эквивалентная длина 1э функциональной группы является аддитивной величиной, не зависящей от класса соединения.
Величина 1э вычисляется по формуле:
где mC — общее число атомов углерода в молекуле. Если функциональная группа, для которой вычисляется 1э , присоединена к ароматическому циклу с боковой углеродной цепью или отделена от ароматического цикла не менее чем одним атомом углерода, то при подсчете mC вместо реального числа атомов углерода в этом ароматическом цикле следует использовать его эквивалентную длину, вычисленную по формуле (15); r — общее число функциональных групп, циклов и локализованных кратных связей "углерод - углерод" в молекуле; a, b — коэффициенты, принимаемые по табл. 5.
Тройная связь С=С увеличивает длину цепи, в которой она расположена, на 6/mC атомов углерода. Двойная связь С=С длину цепи не изменяет.
Эквивалентная длина неароматического моноядерного углеродного цикла равна числу атомов углерода в цикле, уменьшенному на 0,5.
Эквивалентная длина ароматического цикла lэa определяется по формуле:
К ароматическим в данном случае отнесены все циклы, имеющие симметрию правильного многоугольника и удовлетворяющие равенству n = 4n + 2, где n — число п-электронов в цикле; n = 1,2,3....
Таблица 5. Значения коэффициентов a и b в формуле (14)
Эквивалентная длина неароматического моноядерного цикла равна алгебраической сумме общего числа атомов углерода и эквивалентных длин функциональных групп, составляющих цикл. Группы, только присоединенные к циклу, рассматриваются как самостоятельные и при подсчете эквивалентной длины цикла не учитываются.
Эквивалентная длина неароматического конденсированного цикла равна алгебраической сумме углеродных атомов в ядре цикла (при этом учитываются только те атомы, которые не входят в другие ядра и функциональные группы), эквивалентных длин моноядерных неароматических циклов, ароматических циклов и функциональных групп, входящих в состав данного ядра.
Длина цепи молекулы lj увеличивается на две единицы, если в ее состав входят две группы или цепи, присоединенные к ароматическому циклу в орто-положении друг к другу.
Если среднюю длину молекулы можно подсчитать различными способами из указанных выше, то предпочтительнее выбирать среднее значение из всех величин подсчитанных длин.
Средняя квадратическая погрешность расчета по формулам (9) и (10) для органических соединений, состоящих из атомов C, Н, О и N, составляет 70°С для значений температуры самовоспламенения в интервале 300 - 400°С и 40°С в остальных случаях.
Пример. Рассчитать температуру самовоспламенения изопропилбензола по формулам (9), (10).
Структурная формула изопропилбензола имеет вид:
Число концевых групп в молекуле равно трем (две группы CH3 и фенильное ядро). Общее число углеродных цепей в молекуле равно трем (это цепи следующих атомов: 1-2-3; 1-2-фенил; 3-2-фенил). Длину углеродных цепей, в которые входит фенил, уменьшаем на единицу. Имеем: nс1 = 3; m1 = 1; nс2 = 1; m2 = 2. Вычисляем среднюю длину углеродной цепи молекулы изопропилбензола по формуле (11):
Экспериментальное значение температуры самовоспламенения изопропилбензола составляет 42,4°С. Относительная погрешность расчета — 1,85%.