Практическая работа №6 "Расчёт концентрационных пределов воспламенения горючих веществ"

Практическая работа №6

Тема: Концентрационные пределы воспламенения

Цель работы: научиться расчётными методами определять концентрационные пределы воспламенения горючих веществ

Расчёт НКПВ индивидуальных соединений

по предельной теплоте сгорания

В соответствии с тепловой теорией наличие пределов распространения можно объяснить тем, что для распространения пламени по горючей среде необходимо выделение определённого количества тепла. Экспериментально установлено, что количество тепла выделяющееся при горении смесей с содержанием горючего, отвечающим НКПВ, для большинства веществ является приблизительно величиной постоянной, равной 1830 кДж/м³. эту величину называют предельной теплотой сгорания Q_пр. Если известно значение низшей теплоты сгорания вещества Q_н, то можно рассчитать концентрацию горючего, %, в предельной по горючести смеси, т.е. величину НКПВ

φ_н= Q_{пр *100}

Q_н

Задача. Найти НКПВ бутилена, если его низшая теплота сгорания равна 2545 кДж/моль.

Решение.

1. Так как Q_пр выражена в кДж/м³, поэтому Q_н также необходимо выразить в кДж/м³,

22,4 *10^-3м³/моль- объём одного моля

Q_н= 2545_____ =113620 кДж/м³

22,4*10^-3

2.Находим НКПВ:

φ_н= Q_{пр *100 =}1830*100 =1,6%

Q_н 113620

Расчёт КПР по аппроксимационнной формуле

По аппроксимационной формуле можно рассчитывать значения и нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени.

φ_н(в)=100

аn+b

где n- число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля горючего вещества, находим из уравнения реакции горения ( стехиометрический коэффициент при кислороде);

а, b- константы, имеющие определённые значения для нижнего и верхнего пределов в зависимости от значения n, приведены в таблице.

Задача. Рассчитать КПР бутана в воздухе. Расчёт произвести по аппроксимационной формуле.

Решение :

1. записать уравнение реакции

С₄Н₁₀+ 6,5О₂= 4 СО₂+5Н₂О

n=6,5

2.расчитываем НКПВ по приведённой формуле

φ_н= 100____________ = 1,64 %

8,684*6,5+ 4,679

3. аналогично находим ВКПВ, учитывая, что n

φ_в= 100_________ = 9,4%

1,55*6,5 + 0,56

Расчёт КПР для смеси горючих веществ

Если горючее представляет собой смесь индивидуальных веществ с известными концентрационными пределами распространения пламени, то для такой смеси можно установить значения НКПВ и ВКПВ по формуле Ле- Шателье

φ_{н(в)смеси}= ___1___ _

∑ __μ(i)__

φ_н(в)(i)

где μ(i)- мольная доля вещества в смеси

φ_н(в)(i)-значение нижнего или верхнего концентрационного предела распространения пламени.

Эта формула справедлива для большинства смесей веществ, хотя в некоторых случаях могут наблюдаться значительные отклонения, связанные с химическим взаимодействием веществ.

Задача. Определить концентрационные пределы распространения пламени пропанобутановой смеси, содержащей 60 % пропана и 40% бутана.

Решение.

1. экспериментальные значения КПВ для компонентов смеси находим по таблицам или по аппроксимационной формуле.

для пропана НКПВ=2,37% ВКПВ=9,5%

для бутана НКПВ= 1,86% ВКПВ= 8,41%

1. согласно формуле Ле-Шателье НКПВ для смеси равен

φ_{н смеси}= ___1___ _ = ___1_____ =2,14%

∑ __μ(i)__ 0,6 + 0,4

φ_н(i) 2,37 1,86

1. аналогично ВКПВ равен

φ_{в смеси}= ___1___ _ = ___1_____ =9,03%

∑ __μ(i)__ 0,6 + 0,4

φ_в(i) 9,5 8,41