7983

в) опасные при повышенной температуре ЛВЖ. К данному разряду относятся жидкости с температурой вспышки более +23°С до +61°С включительно (в закрытом тигле) или более +27°С до +66°С - в открытом.

Определение температуры вспышки горючих жидкостей можно осуществить расчетными и экспериментальными методами.

Расчетные методы Более точные значения температуры вспышки получаются по формуле

всп = о + 1 кип + ∑

=2

где a0 - размерный коэффициент, равный минус 73,14 °С для закрытого тигля и минус 73 °С при расчете температуры вспышки в открытом тигле

a1 - безразмерный коэффициент, равный 0,659 для закрытого тигля и 0,409 при расчете температуры вспышки в открытом тигле

tкип - температура кипения исследуемой жидкости, °С;

aj - эмпирические коэффициенты, приведенные в таблицах 4 и 5; lj - количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.

Расчет температуры воспламенения

Температуру воспламенения (tвоспл) индивидуальных жидкостей в °С вычисляют по формуле

воспл = о + 1 кип + ∑

=2

где a0 – размерный коэффициент, равный минус 47,78 °С; a1 – безразмерный коэффициент, равный 0,882; tкип – температура кипения исследуемой жидкости, °С; aj – эмпирические коэффициенты, приведенные в таблице 12; lj – количество связей вида j в молекуле исследуемой жидкости.

Таблица 12 - Эмпирические коэффициенты

Экспериментальная часть

Для проведения данной работы используется прибор – ТВО, общий вид которого представлен на рисунке 4.

41

Рисунок 4 - Общий вид аппарата ТВО для определения температуры вспышки.

1 – регулятор нагрева; 2 – кнопка поджига; 3 – трубка поджига (фитиль), dвнутр.= 0.6-0.8 мм; 4 – пламя; 5 – тигель бронзовый – материал H62, dвнутр.= 63.5 ± 0.25 мм; глубина 33 мм;

6 – амперметр; 7 – главный выключатель; 8 – корпус прибора; 9 – нагреватель; 10 – регулятор расхода газа; 11 – баллон газовый бытовой (пропан); 12 – редуктор; 13 – термометр лабораторный ТН-7; 14 – штатив с лапкой; 15 – подставка металлическая.

Методика выполнения работы:

1.Тигель с пробой нагревают при помощи электрообогрева сначала со скоростью 1417°С в минуту. Когда температура пробы будет приблизительно на 56°С ниже предполагаемой температуры вспышки, скорость подогрева регулируют так, чтобы последние 28°С перед температурой вспышки нефтепродукт нагревался со скоростью 5-6°С в минуту.

2.Зажигают пламя зажигательного устройства и регулируют его таким образом, чтобы размер диаметра пламени был примерно 4 мм.

3.Начиная с температуры, не менее чем на 28 С ниже температуры вспышки, каждый раз применяют зажигательное устройство при повышении температуры пробы на 2 С. Пламя зажигательного устройства перемещают в горизонтальном направлении, не останавливаясь над краем тигля, и проводят им над центром тигля в одном направлении в течение 1 с.

При последующем повышении температуры перемещают пламя зажигания в обратном направлении.

4.За температуру вспышки принимают температуру, показываемую термометром при появлении первого синего пламени над частью или над всей поверхностью испытуемой жидкости.

В случае появления неясной вспышки она должна быть подтверждена последующей вспышкой через 2°С.

Голубой круг (ореол), который иногда образуется вокруг пламени зажигания, во внимание не принимают.

42

5. Для определения температуры воспламенения продолжают нагрев пробы со скоростью 5-6°С в минуту и повторяют испытание пламенем зажигательного приспособления через каждые 2°С подъема температуры жидкости.

За температуру воспламенения принимают температуру, показываемую термометром в тот момент, в который испытуемая жидкость при поднесении к нему пламени зажигательного приспособления загорается и продолжает гореть не менее 5 с.

Проведение работы и обработка результатов эксперимента

1.Изучите назначение устройства прибора для определения температуры вспышки горючей жидкости, уяснить методику проведения испытаний.

2.Рассчитать температуру вспышки паров горючей жидкости в открытом и закрытом тиглях. Эта температура должна рассматриваться как ожидаемая температура вспышки.

3.Определить экспериментально с помощью прибора температуру вспышки по описанной выше методике.

4.Вычислить истинную температуру вспышки с учетом поправки на атмосферное давление.

5.Результаты исследований и сделанное заключение внести в таблицу 13:

Таблица 13 - Результаты исследований

Глицерин

При испытании на вспышку должно учитываться атмосферное давление. Если оно отличается от нормального (101,3 кПа) более чем на 1,3 кПа, то температура вспышки суммируется с поправкой ∆t, которая вычисляется по формуле:

∆t = 0,00012(760-P)(273+tнабл) , где

Р - фактическое атмосферное давление в мм рт.ст.;

tнабл - температура вспышки, зафиксированная по термометру, °С; 0,00012 - коэффициент, мм рт.ст.-1.

6.Сделайте выводы.

43

3.4 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

Определение КПД нагревателя и скорости выгорания топлива

Цель работы: ознакомиться с методикой определения КПД нагревателя и скорости выгорания различных видов жидкого топлива, изучить особенности горения жидких видов топлив и рассчитать КПД нагревателя на различных видах жидких топлив.

Основные понятия и определения

Горение – сложный, быстро протекающий химический процесс, сопровождающийся выделением тепла и света.

Горение жидкостей имеет свои специфические особенности. Во-первых, горение горючего вещества происходит в смеси паров горючего вещества с кислородом воздуха над поверхностью жидкой фазы. Во-вторых, жидкость как таковая имеет относительно невысокую температуру в процессе горения паров. В-третьих, лимитирующей стадией горения является скорость испарения жидкости, а продолжение или прекращение горения зависит от соотношении скорости испарения топлива (υисп) и скорости его горения (υгор). Если соблюдается условие υисп < υгор, то процесс протекает как вспышка – процесс неустойчивого, быстро прекращающегося горения. Если υисп = υгор или υисп > υгор , происходит стабильное или интенсивно развивающееся горение.

Скорость выгорания – это линейная скорость уменьшения высоты слоя жидкости при ее горении со свободной поверхности в единицу времени.

Скорость тепловыделения – количество энергии в форме теплоты, которое выделяется в единицу времени в единице объема реактора.

Горение жидкого топлива всегда сопровождается испарением топлива и горением его паров. В жидком виде топливо, как правило, не окисляется кислородом. В результате сгорает только та его часть, которая успела испариться.

Экспериментальная часть

Приборы и реактивы: горелка, колба с водой, термометр, штатив, секундомер. Работа выполняется на установке, изображенной на рисунке 5.

термометр

колба с водой

горелка

Рисунок 5 - Схема установки

44

Порядок выполнения работы

1.В горелку заливаем 10 мл горючей жидкости;

2.В колбу наливаем 200 мл дистиллированной воды;

3.Закрепляем колбу с водой над горелкой, устанавливаем термометр и измеряем температуру (Т1);

4.Зажигаем горелку и включаем секундомер;

5.После полного выгорания топлива секундомер останавливаем, и время горения ( гор) заносим в таблицу;

6.Измеряем температуру воды после нагревания (Т2);

7.Полученные результаты заносим в таблицу и проводим расчеты.

Скорость выгорания топлива (г/(см2.с)) рассчитываем по формуле:

Опыт повторяется для каждого вида топлива. Исходные данные и полученные результаты заносим в таблицу 15:

Таблица 15 - Исходные, экспериментальные и расчетные данные

Сделайте выводы.

45

3.5 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

Изменение давления взрыва газовоздушной смеси от ее состава

Цель работы. Расчетным методом изучить влияние состава горючей газовоздушной смеси на давление взрыва.

Теоретическая часть

При взрывном сгорании газопаровоздушной смеси (кинетический режим) в замкнутом объеме происходит повышение давления.

Когда давление достигает предела прочности, наступает разрушение элементов конструкций зданий, сооружений, аппаратов.

Давление взрыва является важным параметром, который необходимо учитывать при проектировании легко сбрасываемых конструкций, предотвращающих полное разрушение зданий, прочностном расчете аппаратов, разрушающихся предохранительных мембран, клапанов и т.д.

Скорость нарастания давления пропорциональна скорости кинетического горения газовоздушной смеси, которая может составлять от нескольких сантиметров в секунду в ламинарном режиме горения до сотен метров в секунду при турбулентном режиме.

Рост давления происходит главным образом в результате повышения температуры от начальной до температуры взрыва, т.е. до максимальной температуры продуктов реакции. Для взрывов стехиометрических и бедных смесей давление взрыва можно рассчитать по формуле

где Ро – начальное давление газовоздушной смеси, Па, атм; То – начальная температура газовоздушной смеси, К; Т овз – адиабатическая температура взрыва, К;

Vпго – теоретический объем продуктов горения, кмоль/кмоль, м3/м3; Vг – объем горючей смеси, кмоль/кмоль, м3/м3;

α – коэффициент избытка воздуха;

Vво – теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания единицы объема горючего, кмоль/кмоль, м3/м3;

Порядок выполнения работы.

1.Расчетным методом определить адиабатическую температуру и максимальное давление взрыва газовоздушной смеси различного состава.

2.По расчетным результатам построить график зависимости давления взрыва от состава смеси.

3.По полученным данным сделать выводы.

46

Выполнение работы

1. Заполняется таблица исходных данных (таблица 16).

Таблица 16 - Исходные данные

2. Расчетная часть.

2.1. Расчет объема продуктов горения и коэффициента избытка воздуха.

При сгорании стехиометрической смеси, коэффициент избытка воздуха α=1, по этому объем продуктов горения равен теоретическому, т.е: Vпг = Vопг

При сгорании бедных смесей, когда α>1 Vпг = Vопг +ΔVв , где Vв – избыток воздуха Vв =

Vов(α -1).

Коэффициент избытка воздуха при известной концентрации горючего (φг) определяется по уравнению

100−г= г во

2.2.Расчет адиабатической температуры взрыва газовоздушной смеси проводится из уравнения теплового баланса. Точное значение Твзо рассчитывают методом последовательных приближений, используя значения внутренней энергии продуктов горения.

2.3.Расчет давления взрыва проводится по уравнению (2).

Результаты расчета заносятся в таблицу17.

47

3.6 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

Определение концентрационных пределов взрыва

Цель работы: определить расчетным путем концентрационные пределы распространения пламени и взрыва

Теоретическая часть

Граничные концентрации области воспламенения называют соответственно нижним и верхним пределами воспламенения газов (паров) в воздухе.

Величину концентрации газа или пара в воздухе внутри технологического аппарата, не превышающую 50% величины нижнего предела воспламенения, можно принимать как

взрывобезопасную концентрацию.

За величину предельно допустимой взрывобезопасной концентрации (ПДВК) паров и газов при работе с применением огня, искрящего инструмента следует принимать концентрацию, которая не превышает 5% величины нижнего предела воспламенения данного пара или газа в воздухе при отсутствии в рассматриваемом аппарате конденсированной фазы.

Концентрационные пределы взрыва выражаются в процентной концентрации горючего газа или пара горючей жидкости в смеси с воздухом. Однако на практике использование концентрации затруднительно, так как ее трудно измерить.

При обследовании предприятий обычно чаще всего приходится сталкиваться с легковоспламеняющимися жидкостями. В этом случае более удобно пользоваться пределами взрыва, выраженными через температуру жидкости. Температура жидкости обычно известна и может быть легко измерена, а концентрация насыщенных паров прямо связана с температурой.

Нижний температурный предел взрываемости обозначают температурой жидкости, при которой образуется концентрация паров, соответствующая нижнему пределу взрыва. Аналогично – верхний температурный предел обозначают значением температуры, при котором концентрация паров соответствует верхнему пределу взрыва. Например, для метилового спирта нижний температурный предел взрываемости + 8 0С, а верхний + 32 0С. При всех температурах в диапазоне (8÷32) С концентрации метилового спирта являются взрывчатыми.

Выполнение работы

Схема прибора для измерения температурных пределов взрыва приведена на рис. 6. Он состоит из взрывного сосуда 1, в который наливается горючая жидкость 2. Сосуд помещается в термостат 3 с нагревателем 4. Температура термостата и, соответственно, горючей жидкости измеряется датчиком 5. Через электроды 6 в сосуд подается электрическая искра. Изменяя температуру в термостате, подают искру на электроды и находят, таким образом, нижний и верхний пределы взрыва для данной жидкости. Если смесь взрывчатая, то появляется пламя, распространяющееся от контактов; если же она не взрывчатая, то пламя не появляется.

Проведено измерение температуры исследуемых жидкостей, при которых они образуют концентрации паров, равные нижнему и верхнему пределам взрыва. Результаты приведены в табл. 18.

48

6

2

3

4

Рис. 6. Схема прибора для измерения концентрационных пределов взрыва: 1 – взрывной сосуд; 2 – горючая жидкость; 3–термостат; 4– нагреватель;

5 – датчик температуры; 6 –электроды Таблица 18 - Нижний и верхний концентрационные пределы взрыва для некоторых жидкостей

Расчет концентрационных пределов взрыва (КПВ)

Для определения концентрационных пределов взрыва применяются эмпирические формулы, полученные обработкой экспериментальных данных для различных горючих веществ.

Нижний концентрационный предел взрыва (НПВ) рассчитывается по формуле

Верхний концентрационный предел взрыва (ВПВ) рассчитывается по формуле

Здесь N – количество атомов кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы горючего компонента смеси.

Рассчитываем концентрационные пределы распространения пламени и взрыва для исследуемых жидкостей, результаты заносим в табл.18.

Сделайте выводы.

49

Литература

Основная литература

1.Девисилов, В. А. Теория горения и взрыва: практикум: учеб.пособие для вузов / В.А. Девисилов, Т.И. Дроздова, С.С. Тимофеева. – Москва: ФОРУМ, 2012. – 351 с.

2.Кукин, П. П. Теория горения и взрыва : учебное пособие / П. П. Кукин, В. В. Юшин, С. Г. Емельянов ; «Юго-Западный гос. ун-т», Рос.гос. технолог. ун-т им. К. Э. Циолковского (МАТИ-РГТУ). – Москва :Юрайт, 2012. – 435 с.

3.Германова, Т. В.. Теория горения и взрыва: учебное пособие. / Германова, Т. В.; Т. В. Германова. – Тюмень: Тюменский индустриальный университет, 2020. – 81 с. – URL: http://www.iprbookshop.ru/115064.html. – ISBN 978-5-9961-2021-5.

4.Методические указания к выполнению самостоятельных, контрольных работ и домашних заданий по дисциплине «Теория горения и взрыва» / Горев В. А.; сост. В. А. Горев. – Москва: Московский государственный строительный университет, ЭБС АСВ,

2014. – 38 с. – URL: http://www.iprbookshop.ru/23731.html.

Дополнительная литература

1.Корольченко, А. Я. Процессы горения и взрыва / А. Я. Корольченко. - М.: Пожнаука,

2010. - 266 с.: ил. - Библиогр.: с. 265.

2.Сборник задач по теории горения: учебное пособие / под ред. В. В.Померанцева. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - 152 с.

3.Илюшов Н. Я.. Пожаровзрывобезопасность. Горение веществ и материалов: Учебное пособие. / Илюшов Н. Я.; Н. Я. Илюшов. – Новосибирск: Новосибирский государственный технический университет, 2017. – 142 с. – URL: URL: http://www.iprbookshop.ru/91655.html. – ISBN ISBN 978-5-7782-3389-8.

4.Орленко, Л. П. Физика взрыва и удара: учеб. пособие / Л. П. Орленко. - 2-е изд., испр. – М.: Физматиздат, 2008. - 304 с.

5.Теребнев, В. В. Противопожарная защита и тушение пожаров / В. В. Теребнев, Н. С. Артемьев, А. В. Подгрушный, Кн. 4, Объекты добычи, переработки и хранения горючих жидкостей и газов. - Москва: Пожнаука, 2007. - 325 с.

6.Яблоков Вениамин Александрович. Теория горения и взрыва: учеб. пособие. / Яблоков Вениамин Александрович, Митрофанова Светлана Валерьевна; Нижегор. гос. архит.- строит. ун-т. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2012. – 104 с. – ISBN 978-5-87941-827-9.

50