Стехиометрическая и безопасная концентрация горючего вещества

Практическая работа №14

Стехиометрическая и безопасная концентрация горючего вещества

Цель работы: изучив теоретическую часть научиться производить расчёты минимальной флегматизирующей концентрации и безопасной концентрации кислорода

Теоретическая часть

Зависимость КПР от концентрации флегматизатора

Концентрационная область распространения пламени горючей смеси сужается при введении негорючих компонентов. Изменение концентрационных пределов зависит от природы и концентрации негорючего вещества,используемого в качестве флегматизатора.

Чаще всего в качестве флегматизаторов используют нейтральные газы (нереагирующие в пламени), такие, как углекислый газ CO2, азот N2, водяной пар H2O. При увеличении концентрации флегматизатора в горючей смеси верхний концентрационный предел уменьшается, а нижний, как правило, незначительно увеличивается. При некоторой определенной для

каждого флегматизатора концентрации нижний и верхний концентрационные пределы смыкаются (рис. 1). Эта точка называется экстремальной точкой области распространения пламени или точкой флегматизации. Концентрация флегматизатора, при которой происходит смыкание нижнего и верхнего концентрационных пределов, называется минимальной флегматизирующей концентрацией (МФК). По сути, это минимальное количество флегматизатора, которое необходимо ввести в газовоздушную смесь стехиометрического состава, чтобы сделать ее негорючей. Речь идет о стехиометрической смеси, так как она наиболее пожаровзрывоопасна. Минимальную флегматизирующую концентрацию можно рассчитать,если исходить из того, что адиабатическая температура горения смеси стехиометрического состава не может быть меньше 1500 К. Если за предельную адиабатическую температуру горения принять тем-

пературу, равную 1500 К, то достаточно точно расчет МФК можно провести по уравнению ,которое для этого случая запишется так

T_г=T₀+ _______ Q_n___________

Σc_pV_пг+С_pфV_ф

где Срф – среднее значение теплоемкости флегматизатора при постоянном

давлении для температурного интервала 273-1500 К, Vф –количество флег-

матизатора в исходной горючей смеси. Тогда из уравнения получим

V_ф= Q_n-( T_г- T₀) Σc_pV_пг

( T_г- T₀) С_pф

Если в уравнение подставить значение Тг = 1500 К, то получим коли-

чество флегматизатора в исходной горючей смеси, при котором достигается эта предельная температура горения.

V_ф= Q_n-( 1500- T₀) Σc_pV_пг

( T_г- T₀) С_pф

где Т₀ = 273 К.

А минимальная флегматизирующая концентрация в % об. составит:

φ _мфк= _____V _ф100_______

V г V _O2 V _N2 V _ф

При расчете МФК принимают, что при сгорании горючего вещества на этом пределе углерод, содержащийся в нем, окисляется в основном до СО.

Концентрацию горючего в смеси, соответствующей точке флегматизации, в % об.

φ _гф= _____V _г100_______

V г V _O2 V _N2 V _ф

Концентрацию кислорода в этой же смеси (в точке флегматизации) называют минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК), она будет равна

φ_О2ф=100-φ_ф/4,844

Безопасная концентрация кислорода устанавливается с некоторым запасом и рассчитывается по формуле:

φ_О2без= 1,2 φ_О2ф-4,2

Примечание. Значения МВСК, полученные экспериментально для некоторых газоводушных смесей при разбавлении их CO2

Практическая часть

Рассчитать минимальную флегматизирующую концентрацию инертного разбавителя, исходя из минимальной адиабатической температуры горения паровоздушной смеси вещества А при разбавлении её флегматизатором Ф , а также минимальное взрывоопасное содержание кислорода и безопасную концентрацию кислорода.

Условия выполнения задания

1. Место (время) выполнения задания: задание выполняется на занятии в аудиторное время

2. Максимальное время выполнения задания: ____90_______ мин.

3. Вы можете воспользоваться таблицей, конспектом лекций, алгоритмом решения задач

Шкала оценки образовательных достижений:

Критерии оценки:

Выполнение практически всей работы (не менее 70%) – положительная оценка