Низшая теплота сгорания сухофруктов. Графит и пластик. Низшая теплота сгорания. Способы проведения вычислений

Весь сыр-бор из-за того, что на дверях склада, всклинь забитого горючкой, указана бааальшущая буква "Д". Ну и внутренний аудит как увидел, начал кудахтать и хлопать крыльями (совершенно оправданно). Меня спалили - вот чел, который категории может считать. Шеф: "считай". Ладно. Пришёл, померил, номенклатуру материалов прикинул, посмотрел на потолок, а там как раз количество хранимого горючего всё указано было (ну везёт же иногда), посчитал. Ей подали - она (как я понял бывший инспектор РТН) говорит: а чем подтвердите количество хранимых материалов. Я ей: "Какая в дупу носом разница? Помещение небольшое - АУПТ всё равно не требуется. Взрывоопасного ничего нет, а по "В" самое крутое принято. Противопожарные преграды все на месте и удовлетворяют хоть СП, хоть СНиПам. И, глваное, склад расходников, сегодня полный, а завтра пустой". Ну головой покивала, а потом: "Откуда точные данные по хранению в кг?". Перетупить решила. Пожарного-то инспектора... Хех. Беру справку у заведующего складом: дерево - 80 кг, резины - 140 кг, войлока 60 кг, картона 310 кг ну и т.д плюс печать. Приношу ей: вот подтверждение, попробуй опровергни - заведующему лучше знать, что у него хранится. Она: "О! Вот это другое дело - это документ". Я балдю! Ну а потом про картриджи вспомнила. А в пятницу надо ей этот хренов расчёт сдать и букву на воротах заменить. Уже неделю мы портим бумагу, а при этом, прошу заметить, работаем в одной организации. То есть от прямых обязанностей я отвлечён, занимаемся какой-то ерундой, получаем зарплату и т.п. ради одной буквы на воротах. Короче очень эффективно всё устроено.

Но это было лирическое отступление. У меня цель - удовлетворить аудитора (очковтирательство полнейшее). То, что категория В1, никто не сомневается, но она хочет в расчёте видеть картриджи. Из чего они сделаны мы оба не знаем. На каждую ничем не подтверждённую величину теплоты сгорания она фырчит как кошка. Снаала даже железнодорожное ВНТП не хотела принимать как справку - типа на нас не распространяется. Ну хоть доводы про всеобщее подчинение законам мироздания вообще и физики в частности подействовали. Поэтому выбираю материалы, которые есть в справочной литературе или НД. Производители утверждают (один по крайней мере, но как я с ними говорил - ваще песня), что тонер содержит графит. У Корольченко нашёл его, но кособоко написан. Спасибо, на форуме проектировщиков мне разжевали размерности. С этим успокоился. Теперь взялся за пластик. Корпус картриджа ПВХашный вроде, но у того же Корольченко весь ПВХ - белый порошок. Ваще на картридж не похоже. Нашёл винипласт, который результат всевозможных воздействий на ПВХ. УРА!!! Но там 18 КИЛОДж/кг - ну ни в какие ворота не лезет. Если бы там по человечески было написано - МДж, то ещё вчера бы успокоился.

Химические реакции сопровождаются поглощением или выделением энергии, в частности тепла. реакции, сопровождающиеся поглощением тепла, а также образующиеся при этом соединения называются эндотермическими . При эндотермических реакциях нагрев реагирующих веществ необходим не только для возникновения реакции, но и в течение всего времени их протекания. Без нагревания извне эндотермическая реакция прекращается.

реакции, сопровождающиеся выделением тепла, а также образующиеся при этом соединения называются экзотермическими . Все реакции горения относятся к экзотермическим. Вследствие выделения тепла они, возникнув в одной точке, способны распространяться на всю массу реагирующих веществ.

Количество тепла, выделяемое при полном сгорании вещества и отнесенное к одному молю, единице массы (кг, г) или объема (м 3) горючего вещества называется теплотой сгорания. Теплоту сгорания можно вычислить по табличным данным, пользуясь законом Гесса. Русский химик Г.Г. Гесс в 1840 г. открыл закон, который является частным случаем закона сохранения энергии. Закон Гесса состоит в следующем: тепловой эффект химического превращения не зависит от пути, по которому реакция протекает, а зависит лишь от начального и конечного состояний системы при условии, что температура и давление (или объем) в начале и в конце реакции одинаковы.

Рассмотрим это на примере вычисления теплоты сгорания метана. Метан можно получить из 1 моля углерода и 2 молей водорода. При сжигании метана получаются 2 моля воды и 1 моля диоксида углерода.

С + 2Н 2 = СН 4 + 74,8 кДж (Q 1).

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О + Q гор.

Те же продукты образуются при сгорании водорода и углерода. При этих реакциях общее количество выделяющегося тепла равно 963,5 кДж.

2Н 2 + О 2 = 2Н 2 О + 570,6 кДж

С + О 2 = СО 2 + 392,9 кДж.

Поскольку начальные и конечные продукты в обоих случаях одинаковы, их общие тепловые эффекты должны быть равны согласно закону Гесса, т.е.

Q 1 + Q гор = Q,

Q гор = Q — Q 1 . (1.11)

Следовательно, теплота сгорания метана будет равна

Q гор = 963,5 — 74,8 = 888,7 кДж/моль.

Таким образом, теплота сгорания химического соединения (или их смеси) равна разности между суммой теплот образования продуктов сгорания и теплотой образования сгоревшего химического соединения (или веществ, составляющих горючую смесь). Следовательно, для определения теплоты сгорания химических соединений необходимо знать теплоту их образования и теплоту образования продуктов, получающихся после сгорания.

Ниже приведены значения теплот образования некоторых химических соединений:

Пример 1.5 .Определить температуру сгорания этана, если теплота его образования Q 1 = 88,4 кДж. Напишем уравнение горения этана.

С 2 Н 6 + 3,5 O 2 = 2 CO 2 + 3 H 2 O + Q гор .

Для определения Q гор необходимо знать теплоты образования продуктов сгорания. теплота образования диоксида углерода 396,9 кДж, а воды 286,6 кДж. Следовательно, Q будет равно

Q = 2 × 396,9 + 3 × 286,6 = 1653,6 кДж,

а теплота сгорания этана

Q гор = Q - Q 1 = 1653,6 — 88,4 = 1565,2 кДж.

Теплоту сгорания экспериментально определяют в калориметрической бомбе и газовом калориметре. Различают высшую и низшую теплоты сгорания. Высшей теплотой сгорания Q в называют количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 горючего вещества при условии, что содержащийся в нем водород сгорает с образованием жидкой воды. Низшей теплотой сгорания Q н называют количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 кг или 1 м 3 горючего вещества при условии сгорания водорода до образования водяного пара и испарении влаги горючего вещества.

Высшую и низшую теплоты сгорания твердых и жидких горючих веществ можно определить по формулам Д.И. Менделеева:

где Q в, Q н — высшая и низшая теплоты сгорания, кДж/кг; W – содержание в горючем веществе углерода, водорода, кислорода, горючей серы и влаги, %.

Пример 1.6. Определить низшую температуру сгорания сернистого мазута, состоящего из 82,5 % С, 10,65 % Н, 3,1 % S и 0,5 % О; А (зола) = 0,25 %, W = 3 %. Используя уравнение Д.И. Менделеева (1.13), получаем

=38622,7 кДж/кг

Низшую теплоту сгорания 1 м 3 сухих газов можно определить по уравнению

Низшая теплота сгорания некоторых горючих газов и жидкостей, полученная экспериментально, приведена ниже:

Низшая теплота сгорания некоторых горючих материалов, рассчитанная по их элементному составу, имеет следующие значения:

Существует нижний предел теплоты сгорания, ниже которого вещества становятся не способными к горению в атмосфере воздуха.

Практически в процессе горения, особенно на пожарах, указанная в таблицах теплота сгорания полностью не выделяется, так как горение сопровождается недожогом. Известно, что нефтепродукты, а также бензол, толуол, ацетилен, т.е. вещества, богатые

углеродом, горят на пожарах с образованием значительного количества сажи. Сажа (углерод) способна гореть и выделять тепло. Если при горении она образуется, то, следовательно, горючее вещество выделяет тепла меньше того количества, которое указано в таблицах. Для веществ, богатых углеродом, коэффициент недожога h составляет 0,8 — 0,9. Следовательно, на пожарах при горении 1 кг резины может выделиться не 33520 кДж, а только 33520´0,8 = 26816 кДж.

Размер пожара обычно характеризуется площадью пожара. Количество тепла, выделяющееся с единицы площади пожара в единицу времени, называют теплотой пожара Q п

Q п = Q н υ м h ,

где υ м – массовая скорость выгорания, кг/(м 2 ×с).

Удельная теплота пожара при внутренних пожарах характеризует тепловую нагрузку на конструкции зданий и сооружений и используется для расчета температуры пожара.

1.6. Температура горения

Выделяющееся в зоне горения тепло воспринимается продуктами сгорания, поэтому они нагреваются до высокой температуры. Та температура, до которой в процессе горения нагреваются продукты сгорания, называется температурой горения . Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры горения. Действительная температура горения для условий пожара называется температурой пожара.

Под калориметрической температурой горения понимают ту температуру, до которой нагреваются продукты полного сгорания при следующих условиях:

1) всё выделяющееся при горении тепло расходуется на нагревание продуктов сгорания (потери тепла равны нулю);

2) начальные температуры воздуха и горючего вещества равны 0 0 С;

3) количество воздуха равно теоретически необходимому (a = 1);

4) происходит полное сгорание.

Калориметрическая температура горения зависит только от состава горючего вещества и не зависит от его количества.

Теоретическая температура, в отличие от калориметрической, характеризует горение с учетом эндотермического процесса диссоциации продуктов сгорания при высокой температуре

2СО 2 2СО + О 2 - 566,5 кДж.

2Н 2 О2Н 2 + О 2 - 478,5 кДж.

Практически диссоциацию продуктов сгорания необходимо учитывать только при температуре выше 1700 0 С. При диффузионном горении веществ в условиях пожара действительные температуры горения не достигают таких значений, поэтому для оценки условий пожара используют только калориметрическую температуру горения и температуру пожара. Различают температуру внутреннего и наружного пожара. Температура внутреннего пожара – это средняя температура дыма в помещении, где происходит пожар. Температура наружного пожара – температура пламени.

При расчете калориметрической температуры горения и температуры внутреннего пожара исходят из того, что низшая теплота сгорания Q н горючего вещества равна энергии q г, необходимой для нагревания продуктов сгорания от 0 0 С до калориметрической температуры горения

В действительности не вся теплота, выделяющаяся при горении в условиях пожара, расходуется на нагревание продуктов сгорания. Большая часть её расходуется на нагревание конструкций, подготовку горючих веществ к горению, нагревание избыточного воздуха и др. Поэтому температура внутреннего пожара значительно ниже калориметрической. Методика расчета температуры горения предполагает, что весь объем продуктов сгорания нагрет до одной и той же температуры. В действительности температура в различных точках очага горения неодинакова. Наиболее высокой является температура в области пространства, где протекает реакция горения, т.е. в зоне горения (пламени). Значительно ниже температура в местах, где находятся горючие пары и газы, выделившиеся из горящего вещества и продуктов сгорания, смешавшихся с избытком воздуха.

Чтобы судить о характере изменения температуры при пожаре в зависимости от различных условий горения, введено понятие среднеобъемной температуры пожара, под которой понимают среднее значение из величины температур, измеренных термометрами в различных точках внутреннего пожара. Эта температура определяется из опыта.

5. Категории зданий по взрывопожарной и пожарной опасности

5.1. Здание относится к категории А, если в нем суммарная площадь помещений категории А превышает 5% площади всех помещений или 200 м 2 .

Допускается не относить здание к категории А, если суммарная площадь помещений категории А в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м 2), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

5.2. Здание относится к категории Б, если одновременно выполнены два условия:

а) здание не относится к категории А;

б) суммарная площадь помещений категорий А и Б превышает 5% суммарной площади всех помещений или 200 м 2 .

Допускается не относить здание к категории Б, если суммарная площадь помещений категорий А и Б в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 1000 м 2), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

б) суммарная площадь помещений категорий А, Б и В1-В3 превышает 5% (10%, если в здании отсутствуют помещения категорий А и Б) суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категориям В1-В3, если суммарная площадь помещений категории А, Б и В1-В3 в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 3500 м 2), и эти помещения оборудуются установками автоматического пожаротушения.

5.4. Здание относится к категории Г, если одновременно выполнены два условия:

б) суммарная площадь помещений категории А, Б, В1-В3 и Г превышает 5% суммарной площади всех помещений.

Допускается не относить здание к категории Г, если суммарная площадь помещений категорий А, Б, В1-В3 и Г в здании не превышает 25% суммарной площади всех размещенных в нем помещений (но не более 5000 м 2), и помещения категорий А, Б и В1-В3 оборудуются установками автоматического пожаротушения.

5.5. Здание относится к категории В4, если оно не относится к категориям А, Б, В1-В3 или Г.

5.6. Здание относится к категории Д, если оно не относится к категориям А, Б, В1-В4, Г.

Приложение 1

Исходные данные для расчета удельной временной пожарной нагрузки в помещениях

Таблица 1

Низшая теплота сгорания и плотность ТГМ, ЛВЖ и ГЖ,

обращающихся в помещениях объектов железнодорожного транспорта

Удельная пожарная нагрузка q, МДж× м -2 определяется из соотношения , где S – площадь размещения пожарной нагрузки, м 2 , (но не менее 10 м 2).

Задача Определить категорию помещения по пожарной опасности площадью S=84 м 2 .

В помещении находится: 12 столов из деревостружечного материала массой по 16 кг; 4 стенда из деревостружечного материала массой по 10 кг; 12 скамеек из ДСП по 12 кг; 3 хлопчатобумажные шторы по 5 кг; доска из стеклопластика массой 25 кг; линолеум массой 70 кг.

Решение

1. Определяется низшая теплота сгорания материалов, находящихся в помещении (табл. 7.6):

Q =16,6 МДж/кг – для столов, скамеек и стендов;

Q =15,7 МДж/кг – для штор;

Q =33,5 МДж/кг – для линолеума;

Q =25,1 МДж/кг – для доски из стеклопластика.

2. По формуле 7.9 определяется суммарная пожарная нагрузка в помещении

3. Определяется удельная пожарная нагрузка q

Сравнивая полученные значения q=112,5 с приведенными в таблице 7.4 данными, помещение по пожарной опасности относим к категории В4.

РАДИАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ

8.1. Основные понятия и определения

Вопрос Какое излучение называют ионизирующим?

Ответ Ионизирующее излучение (в дальнейшем – ИИ) – излучение, взаимодействие которого с веществом приводит к образованию в этом веществе ионов разного знака. ИИ состоит из заряженных (a и b частицы, протоны, осколки ядер деления) и незаряженных частиц (нейтроны, нейтрино, фотоны).

Вопрос Какие физические величины характеризуют взаимодействие ИИ с веществом и с биологическими объектами?

Ответ Взаимодействие ИИ с веществом характеризуется поглощенной дозой.

Поглощенная доза D – основная дозиметрическая величина. Она равна отношению средней энергии dw, переданной ионизирующим излучением веществу в элементарном объеме, к массе dm вещества в этом объеме:

Энергия может быть усреднена по любому определенному объёму, и в этом случае средняя доза будет равна полной энергии, переданной объёму, деленной на массу этого объёма. В системе СИ поглощенная доза измеряется в Дж/кг и имеет специальное название грэй (Гр). Внесистемная единица – рад, 1рад = 0,01 Гр. Приращение дозы за единицу времени называется мощностью дозы :

Для оценки радиационной опасности хронического облучения человека согласно [ 8.2] вводятся специальные физические величины – эквивалентная доза в органе или ткани Н T,R и эффективная доза Е.

Эквивалентная доза Н T,R – поглощенная доза в органе или ткани Т, умноженная на соответствующий взвешивающий коэффициент данного вида излучения W R:

Н T,R =W R × D T,R , (8.3)

где D T,R – средняя поглощенная доза в ткани или органе Т;

W R – взвешивающий коэффициент для излучения вида R.

При воздействии различных видов ИИ с различными взвешивающими коэффициентами W R эквивалентная доза определяется как сумма эквивалентных доз для этих видов ИИ:

(8.4)

Значения взвешивающих коэффициентов приведены в табл. 8.1 [ 8.1] .