Министерство образования и науки РФ

Министерство образования и науки РФ

Бийский технологический институт (филиал)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет

имени И.И. Ползунова»

Кафедра ТГВ ПАХТ

Расчетное задание

по дисциплине: «Основы проектирования и оборудования заводов»

Вариант 5

Выполнила:

студентка группы ХТПК – 01(ип) Кузькина Е.П.

Проверил:

Профессор Ленский М.А.

Бийск 2013

Задача № 1

В аппарате объёмом V, м³, со степенью заполнения n, %, происходит нагрев горючей жидкости от температуры tн до tк. Горючая жидкость подаётся в аппарат по трубопроводу с объёмным расходом Q, м³/с. Требуется определить избыточное давление взрыва при учёте, что учитывается наличие возможности образования аэрозоля заданной горючей жидкости, вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год. Свободный объём помещения Vсв, м^{3 .}

Также предложить варианты обозначения трубопровода и категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

Дано:

ГЖ – бензол

V = 1,0 м³

n = 80 %

tн = 25 ⁰С

tк = 75⁰С

Q = 0,010 м³/с

Vсв = 120 м³

^{ВОСА = 1*}

Найти:

∆P =? Па

Предложить обозначение

трубопроводов и категорию

помещения по ВПО и ПО

Решение:

∆P – избыточное давление взрыва для индивидуальных веществ, состоящих из атомов С, Н, О, N, Cl, Br, J, F, определяются по формуле:

∆Р = (Рmax – Р0)* , где

Рmax – максимальное давление взрыва стехиометрической газовоздушной или паровоздушной смеси в замкнутом объёме, кПа;

Р0– начальное давление, кПа;

m – масса горючего газа или паров легковоспламеняющихся (ЛВЖ) и горючих жидкостей (ГЖ), вышедших в результате расчётной аварии в помещение, кг.;

z–коэффициент участия горючего во взрыве;

V_св - свободный объём помещения, м³;

_г.п. – плотность газа или пара при расчётной температуре t_р, кг/м³;

С_ст – стехиометрическая концентрация ГГ или паров ЛВЖ и ГЖ,% (об.);

К_н – коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения.

Р_max – определяется экспериментально или по справочным данным.

При отсутствии данных допускается принимать Р_max равным 900 кПа.

Начальное давление Р₀ принимаем равным атмосферному, то есть 101,3 кПа.

Температура вспышки бензола -11⁰С. Коэффициент участия горючего во взрыве z принимаем равным 0,3, так как вид горючего вещества – горючая жидкость, нагретая выше температуры вспышки.

К_н допускается принять равным 3. (п. 1.3.5).

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

Вычислим массу горючей жидкости, вытекшей из аппарата и трубопроводов в результате расчётной аварии:

m₁ – масса бензола в трубопроводе на входе в аппарат, кг. Определяется по формуле:

m₁ = Q·T· _,

где Q - объёмный расход бензола, м³/с;

Т - время отключения (время срабатывания), принимаем равным 120 с, так как вероятность отказа системы автоматики превышает 0,000001 в год, и не обеспечено резервирование ее элементов (п. 1.3.2.в);

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

– плотность бензола при t_н, кг/м³.

Тогда: m₁ = 0,010·120·873,75 = 1048,5 кг.

m₂ – масса бензола в аппарате, кг, определяется по формуле:

m₂ = n V · _ср,

где n – коэффициент заполнения аппарата,%

V – объём аппарата, м³;

_ср– плотность бензола при средней температуре, кг/м³.

Тогда:

m₂= 0,7·1,0·825 = 577,5 кг.

Общая масса жидкости, вышедшей из аппарата в результате рас­четной аварии, будет равна сумме:

m_общ = т₁ + т₂ = 1048,5 + 577,5 = 1626 кг.

Масса паров ЛВЖ, поступивших в помещение в результате испа­рения с поверхности разлитой жидкости, вычисляется по формуле (1.12):

m = W·F_и·T,

гдеW - интенсивность испарения, кг (с • м²);

F_и- площадь испарения, м²;

Т- температура помещения, К.

Интенсивность испарения определяется по формуле (1.13):

W = 10^-6· M·P_н

где - коэффициент, принимаемый по таблице 1.3 в зависимости от скорости и температуры воздушного потока над поверхностью испаре­ния. Принимая скорость воздушного потока в помещении - 0,2 м/с, а температуру в помещении 21 °С, тогда = 3,5;

Р_н - давление насыщенного пара при расчетной температуре жидкостиt_р, определяемое по справочным данным, кПа.

М - молекулярная масса ЛВЖ, кг/кмоль.

Расчетную температуруt_p определяют согласно п. 1.3.5

Давление насыщенного пара при75⁰С

Р_и =440 мм. pm. ст. =58,6 кПа.

Молекулярная масса бензола М =78 кг/кмоль.

W = 10^-6·3,5 ·58,6 = 1,81· 10

Площадь испарения можно определить из п. 1.3.2, согласно кото­рому 1 л смесей и растворов, содержащих 70 % и менее (по массе) растворителей, разливается на площади 0,5 м², а остальных жидкостей – на 1 м² пола помещения.

Объём бензола:

V = = =1,97м³=1970л.

Так как в аппарате находится только бензол, следовательно, 1 л бензола будет разливаться на 1 м² пола помещения. Тогда:

m = 1, 81·10^-3 · 1970 · 293 = 1044,75 кг.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист Расчетная работа Плотность газа или пара при расчётной температуре г.п., кг/м^3 определим по формуле (1.2): г.п= , где М - молярная масса, кг/кмоль; V0 - мольный объём, равный 22,413 м^3/кмоль; tp – расчётная температура (определяем по п. 1.3.5), ^0С. Тогда: г.п = = 2,73 кг/м^3. Стехиометрическую концентрацию паров ЛВЖ можно определить по формуле (1.3): Сст = , где - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания; - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего; = 6+ - = 7,5 = 2,68 % (об). Тогда: ∆Р = (900-101,3)· · · = 950,42 кПа. Ответ: Избыточное давление взрыва ∆Р = 950,42 кПа. Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности – А, так как бензол-легковоспламеняющаяся жидкость, нагретая выше температуры вспышки (Твсп= -11^0С) и расчётное избыточное давление взрыва в помещении превышает 5 кПа. Цвет трубопровода – коричневый (жидкость горючая). Предупреждающее кольцо – одно, так как в условиях задачи не указано давление бензола в трубопроводе на подаче в аппарат (принимаем давление менее 2,5 МПа), цвет кольца – красный (легковоспламеняемость, огнеопасность и взрывоопасность). Цифровое обозначение бензола – 8.1 (горючие жидкостикатегории А). Задача № 2 Два газа А и В смешиваются в аппарате объёмом V, м^3, под избыточным давлением P0. Оба газа подаются в аппарат по трубопроводу с объёмными расходами QAи QB, м^3/ с. Температура в аппарате 18 ^0 С. Требуется определить избыточное давление взрыва при учёте, что в цехе предусмотрено ручное отключение аппаратуры, свободный объём помещения Vсв , м^3. Также определить категорию помещения по взрывопожарной и пожарной опасности. Дано: Газ А - метан Газ В - этан V = 1,0 м^3 Р0 = 5 атм QА = 0,1 м^3/с QВ = 0,2 м^3/с Vсв = 300 м^3 t0 = 18^0С Ручное отключение Найти: ∆Р =? Па Предложить категорию помещения по ВПО и ПО Изм. Лист № докум. Подпись Дата Лист Расчетная работа
Решение: ∆Р – избыточное давление взрыва для смесей определяется по формуле (1.4): ∆Р = , где Hт- теплота сгорания, Дж/кг; в - плотность воздуха до взрыва при начальной температуре Т0, кг/м^3; Ср - теплоёмкость воздуха, Дж/(кгК) (допускается принять
равной1,017103 Дж/(кгК);
Т0 – начальная температура воздуха, К.
Определим теплоту сгорания смеси газов Нтсм, Дж/кг:
Нтсм = хА· НтА+ хВ· НтВ = 0,33·55,64 + 0,67·52,00 = 53,20 Дж/кг,
где хА - доля метана в смеси;
НтА - теплота сгорания метана, по справочным данным, Дж/кг;
хВ - доля этана в смеси;
НтВ - теплота сгорания этана, Дж/кг.
Плотность воздуха до взрыва при начальной температуре (18^0С) определяется по справочным данным ( в = 1,212 кг/м^3). Масса m, кг, поступившего в помещение при расчётной аварии газа, определяется по формуле (1.6): m = (Vа + Vm) г.п, где Vа – объём газа, вышедшего из аппарата, м^3; Vm – объём газа, вышедшего из трубопроводов, м^3. Vа = 0,01·Р1·V, где Р1 -давление в аппарате, кПа;
V – объём аппарата, м^3.
Плотность газа определяется по формуле (1.2):
г.п = ,
М – молярная масса, кг/кмоль;

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

мольный объем, равный 22,413 ;

расчетная температура (определяется по п.1.3.5.), ⁰С.

Тогда:

_{г.п А} = = 0,583 кг/м³.

_{г.п В} = = 1,093 кг/м³.

Тогда:

_{г.п см} = х_А· _{г.п А} +х_В· _{г.п В} = 0,33·0,583 + 0,67·1,093 = 0,925 кг/м³.

V_А = Q_А · T = 0, 1 · 300 = 30 м³,

V_В = Q_в · T = 0, 2 · 300 = 60 м³,

где T – время отключения, определяемое по п. 1.3.2, с (при ручном отключении 300 с).

V_апп = 0,01·*202,4*·1,0 = 10,12 м³.

Тогда общую массу газов с учётом вентиляции в цехе можно определить по формуле:

m= ,

К = А·Т + 1,

А – кратность воздухообмена, создаваемого аварийной вентиляцией, 1/с.

Тогда: К = 0,001·300+1 = 1,3

m = = 77,02 кг.

Коэффициент участия горючего газа во взрыве z = 0,5 (таб.1.2)

Коэффициент, учитывающий негерметичность помещения и неадиабатичность процесса горения К_н, допускается принять равным 3.

Тогда: ∆Р = · = 0,57 кПа.

Ответ: Избыточное давление взрыва ∆Р = 0,57 кПа. Категория помещения по взрывопожарной и пожарной опасности – А, так как все горючие газы относятся к этой категории.

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

Расчетная работа

Дата добавления: 2015-08-29