Особенности расчета Тсвп ароматических соединений

При определении числа цепей и их длины в молекуле ароматического соединения следует иметь в виду следующие правила:

· фенил (бензольное кольцо), находящийся внутри углеродной цепи, считается и как концевой;

· при определении углеродной цепи атомы углерода в бензольном кольце в расчет не принимаются;

· фенил, находящийся в углеродной цепи, укорачивает её на единицу.

ПРИМЕР: Вычислить температуру самовоспламенения 1-изопропил-4-изобутилбензола.

Решение:

1. Записываем структурную формулу соединения и вводим обозначения:

СН₃

|

1 2 Ф 4 5

СН₃ – СН - –СН₂ – СН

| |

3 7

СН₃ СН₃

2. В молекуле соединения 4 концевые метильные группы (-СН₃) и 1 фенил, т. е. М _р = 5:

.

3. В этом соединении, согласно первому правилу, концевым необходимо считать и фенил. В этом случае углеродные цепи будут заканчиваться не только на метильных группах (-СН₃), но и на бензольном кольце. Составим таблицу, в которую внесем углеродные цепи и их длину:

Обратите внимание, что при определении длины цепи атомы углерода, имеющиеся в бензольном кольце, в расчет не принимаются (правило 2). У восьми углеродных цепей, которые имеют в своём составе фенил как в середине, так и в конце цепи, длина цепи на единицу меньше, чем число атомов углерода (правило 3).

4. Рассчитаем среднюю длину углеродных цепей:

.

5. По таблице приложения 15 найдем Т_свп ароматического соединения с соответствующей длиной цепи Т_свп = 698 К или 425 ^оС.

ПРИМЕР: Вычислить температуру самовоспламенения 2,2-дифенилпропана.

Решение:

1. Записываем структурную формулу соединения и вводим обозначения

СН₃

|

Ф₁ 2 Ф₂

- С –

|

СН₃

2. Определим число цепей. В соединении 4 концевых группы (2 метильные и 2 фенила), поэтому М_р = 4:

.

В этом соединении 6 цепей.

3. Найдем эти цепи и определим их длину:

Цепи, содержащие фенил, укорачиваются на единицу. Так как в цепи Ф₁ - Ф₂ содержится два фенила, то её длина уменьшится на 2.

4. Средняя длина цепи:

.

5. По таблице приложения 15 находим, что Т_свп = 712 К или 439 ^оС.

2.4. Расчёт концентрационных пределов распространения пламени (КПРП)

Смесь горючих паров и газов с окислителем способна воспламеняться и гореть только в определённом интервале концентраций горючего вещества.

Нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПРП или j_н) называется наименьшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при которой смесь уже может воспламениться от источника зажигания с распространением горения на весь объём смеси. Аналогично верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП или j_в) – это наибольшая концентрация горючего вещества в смеси с воздухом, при которой смесь ещё способна воспламеняться от источника зажигания с распространением горения на весь объём смеси. Воздушные смеси с концентрацией горючего вещества ниже НКПРП или выше ВКПРП не являются горючими.

Интервал концентраций между НКПРП и ВКПРП называется областью воспламенения или областью распространения пламени. Область воспламенения зависит от свойств вещества. Наибольшая область воспламенения у водорода (4 -75 %) и ацетилена (2,5 – 81 %), наименьшая – у бензина (1 – 8 %), керосина (0,6 – 3 %), пропана (2 – 9,5 %), бутана (2 - 9 %) и т. д. (см. табл. приложения 4). В предельных смесях, т. е. при концентрации горючего вещества, равной НКПРП или ВКПРП, скорость распространения пламени и его температура минимальны, а максимальные значения скорости и температуры пламени имеют, как правило, смеси стехиометрического состава, поэтому такие смеси наиболее пожаровзрывоопасны.

Концентрация горючего вещества в стехиометрической смеси рассчитывается исходя из уравнения реакции горения. Например, из уравнения реакции горения пропана в воздухе

С₃Н₈ + 5 (О₂ + 3,76 N₂) = 3СО₂ + 4Н₂О + 5 · 3,76 N₂

видно, что стехиометрическая смесь состоит из 1 моля пропана, 5 молей кислорода и 5·3,76 молей азота. Стехиометрическая концентрация горючего в такой смеси может быть рассчитана по уравнению:

.

Чаще стехиометрическую концентрацию рассчитывают по формуле, %

Значения КПРП веществ, указанные в справочной литературе, были установлены экспериментальным путём. Для некоторых веществ они приведены в табл. приложения 4 и 6. Для большинства горючих веществ они могут быть приближённо рассчитаны по ряду формул.