Методика расчета максимального давления взрыва

И безопасного расстояния по действию ударной волны взрыва

Для парогазовоздушной смеси

1. Составляем уравнение реакции горения вещества в воздухе.

2. Определяем общее число моль исходной смеси паров горючего вещества с воздухом по формуле:

, моль

где

 – соответственно число моль исходного (горючего) вещества, кислорода и азота.

3. Определяем общее число моль продуктов горения по формуле:

, моль

4. Рассчитываем максимальное давление взрыва паров вещества при заданных условиях:

где

Р₀ – давление паровоздушной смеси до взрыва, Па;

Т_ВЗР – температура взрыва, К;

Т₀ - температура паровоздушной смеси до взрыва, К;

Sn_пг - число моль продуктов горения, моль;

Sn_cм - число моль исходной газовоздушной смеси, моль.

 

4. Используя данные табл. 3 Приложения 2 находим низшую теплоту сгорания вещества и переводим ее из кДж/моль в кДж/кг, разделив на молярную массу (кг/моль).

5. Рассчитываем тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве в технологическом оборудовании по формуле:

где

Q_Н - низшая теплота сгорания взрывчатого вещества, Дж/кг;

m_ВВ – масса горючего вещества в смеси, кг;

4520×10³ – низшая теплота сгорания тринитротолуола (ТНТ), Дж/кг.

6. Рассчитываем размер безопасной зоны по действию давления ударной волны взрыва по формуле:

, м.

 

Задача. Рассчитать максимальное давление взрыва и безопасное расстояние по действию ударной волны взрыва смеси паров бутана (С₄Н₁₀) с воздухом при температуре 10 ⁰С, начальном давлении 0,3 МПа. Температура взрыва 2110 ⁰С. Концентрация исходной смеси стехиометрическая, масса вещества 20 кг.

Дано:

С₄Н₁₀,

t_о = 10 ⁰С,

t _взр = 2110 ⁰С,

Р_о = 0,3 МПа,

m = 20 кг

Найти: Р _взр

Решение:

1. Составляем уравнение реакции горения бутана.

С₄Н₁₀ + 6,5(О₂ + 3,76N₂) = 4CО₂ + 5Н₂О + 24,44N₂

2. По уравнению реакции горения определяем число моль газов до взрыва.

 = 1 + 6,5 + 24,44 = 31,94 (моль)

3. По уравнению реакции горения определяем число моль продуктов горения.

 = 4 + 5 + 24.44 = 33,44 (моль)

4. Переводим начальную температуру и температуру взрыва и градусов Цельсия в Кельвины:

Т_о = 273 + 10 = 283 К

Т_взр = 273 + 2110 = 2383 К

5. Рассчитываем давление взрыва паров бутана при заданных условиях.

6. Используя данные табл. 3 Приложения 2 находим низшую теплоту сгорания бутана:

Q_н = 2658,54 кДж/моль

Переводим ее в кДж/кг, разделив на молярную массу (58 ∙ 10^-3 кг/моль):

7. Рассчитываем тротиловый эквивалент возможного аварийного взрыва при взрыве в технологическом оборудовании:

7. Рассчитываем размер безопасной зоны по действию давления ударной волны взрыва:

 

Ответ: максимальное давление взрыва паров бутана при заданных условиях составляет 2,6 МПа, безопасное расстояние по действию ударной воздушной волны при взрыве в технологическом оборудовании будет равно 88 метров

 

Тесты для самоконтроля

 

1. Быстрое превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и сжатых газов, способных совершать работу, называется...?

a. Горение

b. Тление

c. Взрыв

d. Радиация

e. Дуплексный

f. Случайный

2. Процессы, приводящие к взрыву и не связанные с химическим превращением вещества, относятся к...?

a. Химическим взрывам

b. Нефтехимическим взрывам

c. Квадратным взрывам

d. Физическим взрывам

e. Кинетическим взрывам

f. Тротиловым взрывам

3. Какие взрывы относятся к физическим?

a. Взрыв при взаимодействии расплавленной лавы с водой

b. Взрыв при взаимодействии расплавленных металлов с водой

c. Взрыв сосуда с газом под давлением

d. Взрыв в результате разложения пероксида водорода

e. Взрыв в результате разложения тринитротолуола

f. Взрыв газо-воздушных смесей

 

4. Какие взрывы относятся к химическим?

a. Взрыв при взаимодействии расплавленной лавы с водой

b. Взрыв при взаимодействии расплавленных металлов с водой

c. Взрыв сосуда с газом под давлением

d. Взрыв в результате разложения пероксида водорода

e. Взрыв в результате разложения тринитротолуола

f. Взрыв газо-воздушных смесей

5. Какие из ниже перечисленных типов реакций лежат в основе химических взрывов?

a. Окислительно-восстановительные реакции

b. Реакции разложения

c. Реакции полимеризации

d. Реакции нейтрализации

e. Реакции соединения

f. Реакции замещения

  6. К объемным взрывам относятся:

a. Взрывы метано-воздушных смесей

b. Взрывы пропано-воздушных смесей

c. Взрывы водородо-воздушных смесей

d. Взрывы нитроглицерина

e. Взрывы конденсированных взрывчатых веществ

 

7. Распространяющаяся со сверхзвуковой скоростью тонкая переходная область, в которой происходит резкое увеличение плотности, давления и температуры вещества называется:

a. Взрывом

b. Ударной волной

c. Детонацией

 

8. Процесс химического превращения взрывчатого вещества, происходящий в очень тонком слое и распространяющийся со сверхзвуковой скоростью (до 9 км/с) называется:

a. Взрывом

b. Ударной волной

c. Детонацией