Для того чтобы прекратить горение с помощью газового сред! ства тушения, оказалось достаточным отнять у горючих компонентов! смеси 40% тепла реакции.

Влияние концентрации кислорода в воздухе на величину МФЩ

Чем выше концентрация кислорода в окислительной среде, тем! меньше инертного растворителя-азота, на нагрев которого терялась! часть тепла реакции. Соответственно, это тепло должно отводиться за! счет повышения концентрации флегматизатора. Для расчета! зависимости МФКФ от концентрации кислорода пригодны выведен-1 ные формулы, где окислитель - воздух.

Для определения величины МФКФ - необходимо знать величины теплоемкостей всех компонентов газовой смеси, в том числе и для флегматизатора. Ниже, в табл. 5.10 и 5.11, представлены некоторые данные, взятые из справочной литературы.

Таблица 5.101

Нейтральные газы

Величины С"»« для фреонов СНВг, CFjBr и CFBr рассчитаны 1 по методу замещения функциональных групп, который подробно рассмотрен в справочниках термодинамических величин.

Таблица 5.111

Химически активные ингибиторы

5.4.2. Экспериментачъные методы определения огнетушащих концентраций газовых составов

Наиболее достоверным является параметр МФКФ, определенный для кинетического пламени. Этот параметр является максимальной огнетушащей концентрацией для диффузионного пламени.

Огнетушащие концентрации - как правило, в два раза ниже значений МФКФ, найденных при испытании предварительно перемешанных газов, поэтому необходимо экспериментальное определение , тем более что определение МФКФ для твердых материалов затруднено.

Результаты испытаний по определению огнетушащей кон-цент-рации приведены в таблице 5.12

Таблица 5.12

Некоторые результаты, полученные методом «цилиндра» и «горелки»:

В качестве огнетушащей выбирают минимальную, при которой пламя потухает за 1 с. Существуют два основных метода: метод «горелки» и метод «цилиндра».

В методе «горелки» огнетушащий состав предварительно смешивают с флегматизатором, пропуская их через смеситель. Затем непрерывно с заданной скоростью вводят в стеклянный кожух диаметром 8...9 см. Горючая жидкость помещается в горелке и ее уровень подцерживаетх;я неизменным за счет сообщающейся с ней емкости (рис. 5.33).

В методе «цилиндра» в сосуде объемом 20 л создают некоторую концентрацию флегматизатора в воздухе, затем сверху вводят тигель

с горящим веществом. Если вещество прекратит пламенное горение! за время 1 с, то концентрацию считают огнетушащей; если горение продолжается более 1 с, то концентрацию повышают. Скорость noio-ка поддерживается равной 0,6 м/с, что моделирует подачу воздуха! в диффузионном пламени.

Рис. 5.33. Схема уста-1 новки для определения тушащей концентрации хладона методом «горелки»

[0J т

Адиабатическая температура горения газовых смесей Расчет адиабатической температуры горения проводится в предположении, что все тепло химической реакции без потерь идет на разогрев продуктов горения.

Исходное и конечное состояние газовой смеси характеризуется величиной энтальпии, которая включает в себя внутреннюю энергию и механическое состояние системы. Изменение энтальпии, в соответ- j ствии с первым законом термодинамики, можно представить выра- ] жением:

АН = 1 nCpdT,

(5.55)

где ДН - изменение энтальпии системы; п - количество молей! в смеси; С - средняя теплоемкость смеси при постоянном давлении; Т, - исходная и конечная температуры системы.

Число молей компонентов в смеси до и после горения практически одинаково, поэтому этот параметр можно вынести из-под знака интеграла.

Средняя теплоемкость смеси при постоянном давлении определяется составом и соотношением компонентов, а также температурой системы. Полагая, что теплоемкость системы может быть определена i

по составу продуктов горения, воспользуемся линейным приближением, определяющим зависимость мольной теплоемкости газов от температуры:

С = а + вТ. (5.56)

J,дg (7 средняя по составу смеси теплоемкость при данной температуре Т; а, в - средние по составу коэффициент, рассчитанные по табличным значениям, соответствующим двуокиси углерода, воде и азоту, значения которых рассчитываются по формулам:

(5.57)

(5.58)

где а., е.-табличные значения соответствующих коэффициентов для компонентов, составляющих продукты горения; щ, X«i-число молей каждого компонента и сумма молей всех компонентов в продуктах гореш1я.

Подставим выражение для теплоемкости (5.56) в исходную формулу (5.55)

АН In,

= j{a + BT)dT.

(5.59)

Проведем интегрирование в указанных пределах и приведем подобные члены в уравнении

АН гВТ = аТ+ -Т,

1и, 2

{2а + ВТо Л

(5.60)

Перепишем уравнение (5.60) в форме квадратного трехчлена относительно температуры горения:

, 2а 2 В В

(5.61)

Решение квадратного трехчлена дает формулу для определения адиабатической температуры горения:

7> =

АН 2а + ВТ In, 2

(5.62)

По формуле (5.62) можно рассчитать адиабатическую темпера-1 туру газовых смесей, в которых концентрация горючего не превышает стехиометрической величины.

Максимальное количество горючего, участвующее в горении, отвечает стехиометрической концентрации. В «богатых» смесях содержание горючего больше, чем стехиометрическое, поэтому в недостатке оказывается окислитель-воздух. В этой ситуации окислителя хватит на сжигание только части от стехиометрической концентрации горючего.

Ниже приведены табличные значения коэффициентов а, В и для основных продуктов горения и воздуха (табл. 5.13).

Таблица 5.13 Численные значения коэффициентов а, В а С

Поэтому количество тепла в расчете на моль продуктов горения будет максимальным для стехиометрической смеси, а зависимость температуры продуктов горения от состава газовой смеси пройдет через максимум, который проявится при стехиометрической концентрации горючего (табл. 5.14).

Пример расчета адиабатической температуры горения смеси паров этилового спирта с воздухом при двух концентрациях горючего.

равных стехиометрической и предельной, соответствующей нижнему концентрационному пределу воспламенения-НКПВ. Уравнение реакции:

С,НрН + 3(0 + 3,76N) = 2СО, + ЗН,0 + 3-3,76N,

Низшая теплота сгорания, рассчитанная по закону Гесса, равна

ДН = 1384 кДж/моль.

Таблица 5.14

Состав продуктов горения и соответствующие им коэффициенты awe

Расчет для смеси стехиометрического состава. Среднее значение: а = 30,3; в = 6,05 10"1 Подставив значения ДН, а и в в формулу (5.62), получим Т; = 2504 К.

Расчет для смеси, соответствующей нижнему концентрационному пределу воспламенения - НКПВ.

В соответствии со справочной литературой, нижний концентрационный предел воспламенения - НКПВ - этой смеси ip = 3,6% об., а стехиометрическая концентрация (по уравнению реакции) ip„ = 6,5% об.

В расчете на 1 моль горючего избыток воздуха составит величину: « = /„ = 6,5/3,6 =1,8.

Содержание воздуха в продуктах горения составит: Ап = пв (а - 1); Дп = 3-4,76 (1,8 1) = 11,4 моль Состав продуктов горения изменится в сравнении с результатом горения стехиометрической смеси, поскольку значительную его часть составит воздух, не участвовавший в горении (табл. 5.15). Среднее значение: а = 29,6; в = 5,25 10-\ Подставим значения а и в в формулу (5.62), получим Т = 1738 К.