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.