CC BY
6
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ
Кравцова К.А.,
Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж
Успешное функционирование предприятий определяется знанием и выполнением действующих норм и правил техники безопасности и пожарной безопасности объектов, а также возможностью прогнозирования и минимизации рисков возникновения техногенных чрезвычайных ситуаций.
Пожарная безопасность объекта защиты считается обеспеченной при выполнении одного из следующих условий:
1) в полном объеме выполнены требования пожарной безопасности, установленные техническими регламентами, принятыми в соответствии с Федеральным законом № 184-ФЗ «О техническом регулировании» [1];
2) пожарный риск не превышает допустимых значений, установленных Федеральным законом №123 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» [2].
Методика расчета пожарного риска подразумевает использование физико-химических свойств веществ, которые применяют на объекте защиты. При этом, большинство справочной литературы не содержит достаточно полной информации о веществах, список которых также ограничен, а для новых синтезированных веществ данные и вовсе отсутствуют.
Поэтому, прогнозирование необходимых для расчета риска свойств вещества: низшей теплоты сгорания, линейной скорости пламени и других либо связанно с определенными сложностями, либо невозможно из-за отсутствия исходной информации.
Для описания строения молекул исследуемых соединений применяли дескрипторы структурной формулы - топологические индексы (индекс Винера Ж, индекс Рандича/) и геометрические дескрипторы (площадь поверхности молекулы 5), гравитационные индексы С^аПЬопёБ) и G2 (аПракв). Указанные дескрипторы были выбраны на основе сопоставления закономерности структура-свойство.
В табл. 1 представлены дескрипторы для группы изученных веществ.
Как видно из данных, приведенных в табл. 1, с увеличением длины углеводородного радикала соединения, наблюдается возрастание гравитационных индексов, индексов Винера и Рандича. В результате сопоставления показателей для 2-метилпропаналя и бутаналя установлено, что при разветвлении углеводородной цепи наблюдается увеличение дескрипторов, кроме гравитационных индексов, индексов Винера и Рандича первого порядка.
Таблица 1.
Некоторые дескрипторы, рассчитанные для исследованных органических
соединений
2- 2-
Сведения пропана ль метилпропан аль бутанал ь гептана ль метилнонана ль
Число атомов 5,00 6,00 6,00 9,00 12,00
Число атомов углерода 3,00 4,00 4,00 7,00 10,00
Относительное число
углерода 0,60 0,67 0,67 0,78 0,83
Число атомов водорода 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Относительное число атомов
водорода 0,20 0,17 0,17 0,11 0,08
Число атомов кислорода 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Относительное число атомов
кислорода 0,20 1,17 0,17 0,11 0,08
Количество связей 4,00 5,00 5,00 8,00 11,00
Количество одиночных
связей 3,00 4,00 4,00 7,00 10,00
Относительное число связей 0,75 0,80 0,80 0,88 0,91
Количество двойных связей 1,00 1,00 1,00 1,00 1,00
Относительное число
двойных связей 0,25 0,20 0,20 0,13 0,09
101,
Молекулярная масса 53,03 65,05 65,05 08 137,12
Относительная 11,2
молекулярная масса 10,60 10,84 10,84 3 11,43
277,3 358,9 603,
Гравитационный индекс 7 358,92 3 60 849,88
Гравитационный индекс (пары) 350,6 2 534,55 469,7 2 837, 93 1311,60
84,0
Индекс Винера 10,00 18,00 20,00 0 206,00
Индекс Рандича (порядок 0) 3,41 4,28 4,12 6,24 8,53
Индекс Рандича (порядок 1) 1,91 2,27 2,41 3,91 5,31
Индекс Рандича (порядок 2) 1,00 1,80 1,35 2,41 3,72
Индекс Рандича (порядокЗ) 0,50 0,82 0,71 1,46 2,50
Полученные данные обрабатывали в программе «КДС 1.0», реализующей искусственные нейронные сети [3].
Сравним полученные результаты с данными, представленными в справочной литературе (табл.2) [4, 5].
Таблица 2.
Результаты прогнозирования пожароопасных свойств альдегидов
№ Наименование Теплота сгорания, мДж\кг Удельная скорость Линейная скорость
п\п вещества выгорания, кг\м2с пламени, м\с
справочные результаты справочные результаты справочные результаты
данные прогноза данные прогноза данные прогноза
1 пропаналь 181,6 206,3 - 0,06 - 369
2 2-метилпропаналь - 373,8 - 0,045 - 378
3 бутаналь 233,6 240,8 - 0,039 - 445
4 гептаналь - 348,9 - 0,033 - 335
5 2-метилнонаналь - 189,6 - 0,018 - 350
Из данных табл. 7 следует, что значение теплоты сгорания вещества хорошо коррелирует с числом атомов углерода в молекуле и возрастает с увеличением длины углеводородной цепи. Предлагаемый метод прогнозирования также учитывает структуру углеводородного радикала: для разветвленных альдегидов значение теплоты сгорания выше, чем у веществ нормального строения.
Результат прогнозирования можно считать удовлетворительным, поскольку относительная погрешность рассчитанных значений и значений, представленных в справочной литературе, не превышает 15%.
Установлено, что на величину топологического индекса Винера W существенно влияют длина молекулы, наличие в ее структуре разветвлений, а также природа заместителей. Аналогичная зависимость установлена и для геометрических индексов G1, G2 и площади поверхности молекулы S. Индекс Винера и площадь поверхности молекулы возрастают при увеличении числа атомов углерода в цепи. Наибольшую чувствительность к положению карбонильной группы в углеродной цепи проявляют гравитационные индексы.
Полученные значения низшей теплоты сгорания, удельной скорости выгорания, линейной скорости пламени, минимальной энергии зажигания для предельных альдегидов, дают возможность разрабатывать меры обеспечения пожаровзрывобезопасности как для технологических процессов, так и для промышленных зданий, где используются эти продукты.
Кроме того, полученные параметры, расширяют базу данных справочной литературы и могут использоваться при расчете времени эвакуации людей.
Список использованной литературы
1. 1.Федеральный закон от 27.12.02 №184-ФЗ «О техническом регулировании» //Российская газета.2002. № 245.
2. 2.Федеральный закон от 22.07.08 №123-Ф3 «Технический регламент о требованиях пожарной безопасности» // Российская газета. 2008. №163.
3. Королев, Д.С. Категорирование помещений на основе дескрипторов и метода нейронных сетей / Д.С. Королев, А.В. Калач // Вестник белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 5. С. 210-213.
4. Пожаровзрывлопасность веществ и материалов и средств их тушения: Справ.изд., в 2 книгах; кн. 1 / А. Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук и др. - М.: Химия, 1990. - 496 с.
5. Пожаровзрывлопасность веществ и материалов и средств их тушения: Справ.изд., в 2 книгах; кн. 2 / А. Н. Баратов, А.Я. Корольченко, Г. Н. Кравчук и др. - М.: Химия, 1990. - 384 с.
