Определение плотности пара по воздуху

Определение плотности пара по воздуху проводится по формуле:

Д_в=М/29, (4)

где: М – молярная масса горючего вещества.

В случае, если плотность пара больше 1, пар будет скапливаться в нижней части помещения, если меньше 1, будет находиться в верхней части помещения.

Пример. Дать заключение о расположении по высоте воздухозаборников в помещении, где применяется ацетон.

Решение:

Для определения плотности пара по воздуху ацетона необходимо рассчитать его молярную массу:

М(СН₃СОСН₃) = 123+1 6+16=48 кг.

Подставляя найденную молярную массу в формулу (4):

Д_в=48/29=1,6.

Плотность пара получилось больше 1, поэтому пар будет скапливаться в нижней части помещения.

2. Расчёт температуры вспышки и температуры воспламенения

Температура вспышки – самая низкая температура вещества, при которой над поверхностью его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость образования паров ещё недостаточна для возникновения устойчивого горения.

Если повысить·температуру жидкости и тем самым увеличить скорость образования горючих паров над ее поверхностью, можно добиться, что кратковременное воздействие источника зажигания вызовет не только вспышку паров, но и их последующее устойчивое горение.

Наименьшая температура вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы в таком количестве, что после их зажигания и удаления источника воспламенения устанавливается устойчивое пламенное горение. называется температурой воспламенения.

Температура воспламенения не намного больше температуры вспышки. Для ЛВЖ это различие составляет 1-5 К, для ГЖ - 30-35 К.

Температуры вспышки и воспламенения являются основными показателями пожарной опасности жидкостей. Их значения для некоторых жидкостей приведены в таблице V приложения.

Метод расчета указанных показателей по формуле В.И. Блинова основывается на предположении, что концентрации паров жидкости и кислорода в потоке, направленном к поверхности горения, отвечают стехиометрическому составу, пар к пламени подводится благодаря молекулярной диффузии, а давление пара над жидкостью связано с температурой самой жидкости.

Формула Блинова имеет вид:

. (5)

где А - постоянная прибора, зависящая от условий опыта;

Д_о - коэффициент диффузии, м²/с;

n - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля пара жидкости;

Р_нп - давление насыщенного пара жидкости при Т_всп, Па.

При определении Т_всп по формуле (5) имеем два неизвестных - Т_всп и Р_нп, т.к. последняя величина должна быть взята именно при Т_всп. В таком случае поступают следующим образом, находят произведение:

.

В дальнейшем задача сводится: к тому, чтобы по известной зависимости давления насыщенных паров от температуры жидкости найти такую температуру, при которой произведение ТР будет равняться найденной величине Т_вспР_нп. Для этого можно воспользоваться таблицей 1 приложения или уравнением Антуана:

, (6)

для которого :коэффициенты А, В, С приведены в табл. 2 приложения.

Формула В.И. Блинова является универсальной, по ней можно рассчитывать температуру вспышки в открытом и закрытом тигле, а также температуру воспламенения. Для этого в формуле (50) меняется только параметр А.

При определении:

температуры вспышки в закрытом тигле А = 28 (КПа^.м²)/с;

температуры вспышки в открытом тигле А = 45,3 (КПа^.м²)/с;

температуры воспламенения А = 53,3 (КПа^.м²)/с.

Для расчета температуры вспышки индивидуальных жидкостей может применяться формула Элея:

, (7)

где t_кип. - температура кипения жидкости,С (определяется по справочнику); К - коэффициент горючести, определяемый по формуле:

К = 4n_С + 4n_S + n_N + n_Н - 2n₀ - 2n_Cl - 3n_F - 5n_Br,

где n_x - число атомов входящих в молекулу горючей жидкости.

Температуру вспышки можно определить, зная нижний температурный предел распространения пламени (НТПР) по следующей формуле:

, (8)

где t_н – нижний температурный предел распространения пламени.

На практике часто приходится рассматривать различные смеси жидкостей. Температуру вспышки смесей нефтепродуктов и органических жидкостей можно определить по формуле:

, (9)

где А - концентрация компонента в смеси с наибольшей температурой вспышки, %;

В - концентрация компонента в смеси с наименьшей температурой вспышки, %;

t_а - температура вспышки компонента А, С;

t_в - температура вспышки компонента В, С;

f - эмпирический коэффициент, зависящий от состава смеси (табл. 2).

Таблица 2

Значение эмпирического коэффициента f

в зависимости от состава смеси

А%	В%	f	А%	В%	f
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50	100 95 90 85 80 75 70 65 60 55 50	0 3.3 6.5 9.2 11.9 14.5 17.0 19.4 21.7 23.9 25.9	55 60 65 70 75 80 85 90 95 100	45 40 35 30 25 20 15 10 5 0	27.6 29.0 30.0 30.3 30.4 29.2 26.0 20.0 12.0 0

Пример. Вычислить температуру вспышки метилового спирта по формуле В.И. Блинова для закрытого тигля, если коэффициент диффузии паров спирта 16,2^.10^-6 м²/с. Результаты сравнить с экспериментальным значением температуры вспышки, равным 279 К.

Решение:

1. Для решения задачи по формуле В.И. Блинова необходимо иметь значение коэффициента n, для чего записываем уравнение реакции горения этилового спирта:

CH₃OH + 1,5(О₂+ 3,76N₂) = СО₂ + 2Н₂О + 1,5·3,76N₂,

откуда n = 1,5.

2. Вычислим произведение: .

При определении Т_всп в закрытом тигле параметр А = 28 (КПа^.м²)/с, поэтому:

3. Найдем такую температуру, при которой произведение РТ будет равно 576 кПа·К. Тогда найденное значение температуры будет соответствовать температуре вспышки.

Воспользуемся для этого зависимостью давления насыщенного пара от температуры жидкости, приведенной в таблице XI приложения. Для этилового спирта при Т₁ = 256,8 К давление паров составляет Р₁ = 1,33 кПа, а Р₁Т₁ =·342 кПаK. Это меньше, чем Р_вспТ_всп. При Т₂ = 267 К давление паров Р₂ = 2,666 кПа, а Р₂Т₂ = 711 кПаК. Это уже больше, чем Р_вспТ_всп. Значит, Т_всп имеет значение между Т₁ и Т_2. Найдём его методом интерполяции:

Сравнение полученного значения с экспериментальным (279 К) показывает, что погрешность расчета по формуле В. И. Блинова составляет всего 2,7 К.

Ответ: температура вспышки метилового спирта 276,3 К.

Пример. Определить температуру вспышки ацетона по формуле Элея и через НТПР.

Дано: С₃Н₆О

Найти: t_всп. = ?

Решение:

1. По справочнику находим температуру кипения ацетона:

t_кип.(С₃Н₆О) = 56,5 С.

2. Рассчитываем коэффициент горючести:

К = 4n_С + 4n_S + n_N + n_Н - 2n₀ - 2n_Cl - 3n_F - 5n_Br = 4  3 + 6 - 2  1 = 16.

3. Определяем температуру вспышки ацетона_. по формуле Элея:

.

4. Находим температуру вспышки ацетона через НТПР.

По справочнику определяем, что НТПР ацетона = -20С

.

Ответ: Температура вспышки ацетона, рассчитанная по формуле Элея равна -15,5С, рассчитанная через НТПР составляет -20,6С.