Концентрационные пределы распространения пламени индивидуальных веществ

Верхний концентрационный предел распространения пламени фв для индивидуальных органических веществ, молекулы которых состоят из атомов С, H, О, N, Cl, рассчитывается в зависимости от величины стехиометрического коэффициента кислорода в реакции горения Р по формулам:

В формулах (23) - (25) hj и gS — постоянные коэффициенты, характеризующие структурные особенности вещества (их значения принимаются по табл. 12 и 13); mj — количество связей j-го типа в молекуле соединения; mC, mH, mCl и mО — число атомов углерода, водорода, хлора и кислорода в молекуле.

Таблица 12. Значения коэффициента hj в формуле (23)

Cвязь	hj	Cвязь	hj
C-Н	1,39	C-Cl	0,71
C-C	-0,84	C-N	-1,77
C=C	0,24	N-H	0,69
C-O	-1,40	N = C	2,07
C=O	1,31	C = C	1,93
O-H	1,25	C - C	0,89

Таблица 13. Значения коэффициента qS в формуле (23)

Относительная средняя погрешность расчета Фв по формулам (23) и (24) не превышает 15%.

Пример. Рассчитать верхний концентрационный предел распространения пламени кротонового альдегида.

Исходные данные. Эмпирическая формула кротонового альдегида C4H6O; структурная формула имеет вид:

По формуле (25) вычисляем величину В:

В = 4 + 0,25 • 6-0,5 • 1 = 5.

Поскольку В < 8, то величину Фв рассчитываем по формуле (23). По структурной формуле находим: mC-H = 6; mC-C = 2; mC=О = 1. C учетом данных табл. 12 и 13 имеем:

Фв = 100/(1,39 • 6 - 0,84 • 2 + 0,24 • 1 + +1,31 • 1 - 1,47 • 1) = 15,7% об.

Экспериментальное значение верхнего предела кротонового альдегида равно 15,3% об.

Нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени смесей горючих веществ

Данный метод распространяется на смеси веществ, не вступающих между собой в химическую реакцию при нормальной температуре. Метод неприменим для водородосодержащих смесей, включающих более 75% об. водорода.

Нижний или верхний пределы рассчитываются по формуле:

Если экспериментальные значения фн и фв каких-либо компонентов смеси неизвестны, то можно воспользоваться расчетными величинами.

Относительное среднее квадратическое отклонение величин концентрационных пределов, рассчитанных по формуле (26), от экспериментальных не превышает 30%.

Пример. Рассчитать нижний концентрационный предел распространения пламени смеси, содержащей 50% об. этанола и 50% об. изопропанола.

Исходные данные. Нижний предел этанола равен 3,6% об., изопропанола — 2,2% об.

Решение:

Экспериментальное значение нижнего предела смеси указанного состава равно 3,0% об.

Нижний концентрационный предел распространения пламени смесей горючих веществ с негорючими

Расчет производится по формуле:

Фн =100/(1+ увозд), (27)

где увозд — количество молей воздуха, приходящееся на 1 моль исходной смеси.

Величина увозд рассчитывается по формуле:

Значения коэффициентов Cj в формуле (28) для негорючих компонентов смеси приведены в табл. 14.

Таблица 14. Значения компонентов cj

Негорючий компонент смеси
Азот	0,988
Диоксид углерода	1,590
Водяной пар	1,247

Формула (27) применима для смесей органических веществ, молекулы которых состоят из атомов C, H, O и N и которые не вступают между собой в химическое взаимодействие при нормальной температуре. Она может быть использована и для смесей, содержащих не более 75% об. водорода.

Относительная погрешность расчета по формуле (27) не превышает 30%.

Пример. Рассчитать Фн для смеси, содержащей 6,3% об. водорода, 5,25% оксида углерода, 6,0% об. метана, 72,45% об. азота, 10,0% об. диоксида углерода.

Исходные данные. Величины фн для водорода, оксида углерода и метана равны соответственно 4,1; 12,5 и 5,3% об.

Решение. На первом этапе по формуле (28) рассчитываем увозд:

увозд = (6,3:4,1 + 5,25:12,5 + 6,0:5,3) - [(6,3 + 5,25 + + 6,0) + (72,45 • 0,988 + 10 • 1,590]:100 = 2,046.

Затем по формуле (27) вычисляем фн : Фн = 100:(1 + 2,046) = 32,8% об.

Экспериментальное значение предела составляет 34,0% об.