Горение хлорметана в кислороде уравнение

Методическое пособие по выполнению контрольной работы для слушателей заочной формы обучения специальность 280104. 65 «Пожарная безопасность»

Главная > Методическое пособие

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ

I . Теоретическая часть.

Для ответов на поставленные вопросы необходимо ознакомиться с материалом следующих учебных пособий и нормативных материалов:

1. Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П.. Горение и свойства горючих веществ. — Москва, Химия, 1981.

2. Демидов П.Г., Саушев B.C. Горение и свойства горючих веществ:

Учебное пособие. М.: ВИПТШ МВД СССР, 1984.

3. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения
(Справочное издание в двух книгах) / Баратов А.Н., Корольченко А.Я.,
Кравчук Г.Н. и др. — М.: Химия, 1990.

4. ГОСТ 12.1.044. -89 Пожаровзрывоопасность веществ и материалов.
Номенклатура показателей и методы их определения.

II . Расчетная часть (примеры решения задач).

Все расчеты выполняются для вещества, указанного в Вашем задании.

1. ОСНОВНЫЕ ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ ГОРЕНИЯ

Коэффициент горючести К является безразмерным коэффициентом и служит для определения горючести вещества. Рассчитанный коэффициент горючести может быть использован для приближенного вычисления температуры вспышки вещества, а также величины нижнего концентрационного коэффициента распространения пламени.

Коэффициент горючести рассчитывается по следующей формуле:

К = 4 n ( C ) + 4 n ( S ) + n ( H ) + n ( N ) – 2 n ( O ) – 2 n ( Cl ) – 3 n ( F ) – 5 n ( Br ) , где (1.1)

n ( C ), n ( S ), n ( H ), n ( N ), n ( O ), 2 n ( Cl ), n ( F ), n ( Br ) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Если коэффициент горючести К больше единицы (К  1) , то вещество является горючим; при значении К меньше единицы (К – вещество негорючее.

Расчет коэффициента горючести веществ

Пример 1.1. Рассчитать коэффициент горючести анилина С 6 Н 5 NH 2 и хлорной кислоты HClO 4 .

В молекуле анилина

n ( C ) = 6; n (Н) = 7; n ( N ) = 1;

К = 4  6 + 7 + 1 = 32 К > 1, следовательно, анилин – горючее вещество.

2. В молекуле хлорной кислоты

n (Н) = 1; n ( Cl ) = 1; n (О) = 4;

К = 1 – 2  4 – 2  1 =  9 К Характер свечения пламени

Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.

Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул.

Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н 2 .

При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО.

СН 3 ОН СО + 2Н 2

Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН 3 ОН и этанола С 2 Н 5 ОН).

При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С 2 Н 2 , бензол С 6 Н 6 ), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.

С 6 Н 6 6С + 3Н 2

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.

Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО 2 .

Возможная реакция при термическом разложении ацетона :

СН 3 СОСН 3 СО + 2С + 3Н 2 .

В подобных случаях пламя будет яркое, но не коптящее.

Сопоставляя значения процентного содержания углерода и кислорода в горючих веществах, можно приблизительно судить о характере свечения пламени (таблица 1.1.).

Таблица 1.1. Характер свечения пламени в зависимости от  (С) и  (Н)

Содержание углерода в

горючем веществе,  (С) %

Содержание кислорода в горючем веществе,  (О) %

Характер свечения пламени

пламя бесцветное или голубоватое

Определение характера свечения пламени

Пример 1.2. Определить характер свечения пламени метаналя НСОН, фенола С 6 Н 5 ОН и пентанола С 5 Н 11 ОН.

1. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле метаналя составляют:

 (С) = = 40 % ;  (О) = = 53 %

Массовая доля углерода 30 %, следовательно, при горении метаналя наблюдается голубоватое пламя.

2. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле фенола составляют:

М r (С 6 Н 5 ОН) = 94

 (С) = = 77 % ;  (О) = = 17 %

Массовая доля углерода > 50 %, а массовая доля кислорода r (С 5 Н 11 ОН) = 88

 (С) = = 68 % ;  (О) = = 18 %

Массовая доля углерода Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте коэффициент горючести для С 17 Н 20 N 2 Cl 2 S.

2. Рассчитайте коэффициент горючести для C 10 H 8 ON 3 Cl.

3. Вычислите коэффициент горючести для С 6 Н 5 NHNHCSNNC 6 H 5 .

4. Определите характер свечения пламени бензола С 6 Н 6 .

5. Определите характер свечения пламени диэтилового эфира С 2 Н 5 ОС 2 Н 5 .

6. Определите характер свечения пламени глицерина С 3 Н 8 О 3 .

2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ

Баланс – (от фр. balance – буквально “весы”) – количественное 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.

Методика расчета материального баланса процессов горения определяется составом и агрегатным 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.

Составление уравнений реакций горения

Пример 2.1. Составить уравнение реакции горения в кислороде пропана С 3 Н 8 и глицерина С 3 Н 8 О 3 , аммиака NH 3 , сероуглерода CS 2 .

Составляя уравнение реакции горения, следует помнить, что в пожарно-технических расчетах принято все величины относить к 1 молю горючего вещества. Это, в частности, означает, что в уравнении реакции горения перед горючим веществом коэффициент всегда равен 1 .

Состав продуктов горения зависит от состава исходного вещества.

Элементы, входящие в состав горючего вещества

Методические рекомендации для выполнения контрольной работы по дисциплине «теория горения и взрыва» (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Коэффициенты, стоящие в уравнении реакции, называются стехиометрическими коэффициентами и показывают, сколько молей (кмолей) веществ участвовало в реакции или образовалось в результате реакции.

Стехиометрический коэффициент, показывающий число молей кислорода, необходимое для полного сгорания вещества, обозначается буквой β.

В первой реакции β = 5.

Горение глицерина в кислороде

1. Записываем уравнение реакции горения.

С3Н8О3 + О2 = СО2 + Н2О

2. Уравниваем углерод и водород:

С3Н8О3 + О2 = 3СО2 + 4Н2О.

3. В правой части уравнения 10 атомов кислорода.

В составе горючего вещества есть 3 атома кислорода, следовательно, из кислорода в продукты горения перешли 10 – 3 = 7 атомов кислорода.

Таким образом, перед кислородом необходимо поставить коэффициент 7 : 2 = 3,5

С3Н8О3 +3,5О2 = 3СО2 + 4Н2О.

В этой реакции β = 3,5.

Горение аммиака в кислороде

Аммиак состоит из водорода и азота, следовательно, в продуктах горения будут вода и молекулярный азот.

NH3 + 0,75O2 = 1,5H2O + 0,5N2 β = 0,75.

Обратите внимание, что перед горючим веществом коэффициент 1, а все остальные коэффициенты в уравнении могут быть дробными числами.

Горение сероуглерода в кислороде

Продуктами горения сероуглерода CS2 будут углекислый газ и оксид серы (IV).

CS2 + 3O2 = CO2 + 2SO2 β = 3.

Чаще всего в условиях пожара горение протекает не в среде чистого кислорода, а в воздухе. Воздух состоит из азота (78 %), кислорода (21 %), окислов азота, углекислого газа, инертных и других газов (1 %). Для проведения расчетов принимают, что в воздухе содержится 79 % азота и 21 % кислорода. Таким образом, на один объем кислорода приходится 3,76 объемов азота (79:21 = 3,76).

В соответствии с законом Авогадро и соотношение молей этих газов будет 1 : 3,76. Таким образом, можно записать, что молекулярный состав воздуха (О2 + 3,76N2).

Составление уравнений реакций горения в воздухе

Пример 2.2. Составить уравнение реакции горения водорода, анилина, пропанола, угарного газа, хлорметана, диэтилтиоэфира, диметилфосфата.

Составление реакций горения веществ в воздухе аналогично составлению реакций горения 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.

Горение водорода в воздухе

Н2 + 0,5(О2 + 3,76N2) = Н2О + 0,5⋅3,76N2 β = 0,5.

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

Горение пропанола в воздухе

С3Н7ОН + 4,5(О2 + 3,76N2) =3СО2 + 4Н2О +4,5⋅3,76N2 β = 4,5.

В составе горючего есть кислород, поэтому расчет коэффициента β 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⋅3,76N2 β = 7,75.

В этом уравнении азот в правой части уравнения встречается дважды: азот воздуха и азот из горючего вещества.

Горение угарного газа в воздухе

СО + 0,5(О2 + 3,76N2) =СО2 + 0,5⋅3,76N2 β = 0,5.

Горение хлорметана в воздухе

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

Горение диэтилтиоэфира в воздухе

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

Горение диметилфосфата в воздухе

(СН3)2НР О4 + 3(О2 + 3,76N2) =2СО2 + 3,5Н2О + 0,5Р2О5 + 3⋅3,76N2 β = 3.

Расчет молей (киломолей) исходных веществ и продуктов реакции по уравнению реакции горения

Пример 2.3. Сколько молей исходных веществ участвовало в реакции и сколько молей продуктов горения образовалось при полном сгорании 1 моля бензойной кислоты С6Н5СООН?

1. Запишем уравнение реакции горения бензойной кислоты.

С6Н5СООН + 7,5(О2 + 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;

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.

Смеси сложных химических соединений 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.

2.1. Расчет объема воздуха, необходимого для горения

Расчет объема воздуха, необходимого для горения, предполагает вычисление

а) теоретического объема 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 ΔVв в реакции горения не расходуется и удаляется из зоны реакции вместе с продуктами горения. Таким образом, практический объем равен

Vвпр = Vвтеор + ΔVв (2.1)

и, следовательно, избыток воздуха будет равен

ΔVв= Vвпр — Vвтеор (2.2)

Обычно в расчетах избыток воздуха при горении учитывается с помощью коэффициента избытка воздуха (α). 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 α = 1, при этом реальный расход воздуха равен теоретическому. В этом случае обеспечивается оптимальный режим горения.

Acetyl

Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.

Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.