Файл: Розловский А.И. Взрывобезопасность паро-газовых систем в технологических процессах учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 23.07.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 1
ПРИЛОЖ ЕНИЕ 6
ПРИМЕРЫ ВЫЧИСЛЕНИЯ ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВАЕМОСТИ СЛОЖНЫХ И НЕИЗУЧЕННЫХ СМЕСЕЙ
1. Вычисление пределов взрываемости по правилу Ле Шателье '
Определим пределы взрываемости смесей с воздухом и инди видуальным кислородом, образуемых сложным горючим, имею щим следующий состав (в мольных %): СН4 — 50; С.,Н4 — 25,
С4Н15 — 25. Используя данные таблицы Приложения 5, вычисляем с помощью уравнения (2.4) предельные значения общей концент рации сложного горючего.
Смеси с воздухом:
Lmin = “0750/5,0 + 0,25/2,7 + 0,25/1,8 = 3,02
1 і - т а х = 0,50/15 + 0,25/35 + 0,25/8,5 == 14,3
Смеси с кислородом:
Lmm = 0,50/5,1 + 0,25/3,0 + 0,25/1,8 г — 3,12
,___________ !___________ fi1
і-тах— 0,50/61+'0,25/49 + 0,25/80 —
2.Вычисление пределов взрываемости по методу унификации
Поскольку унифицированные значения пределов взрываемости для компонентов спожного горючего здесь заметно отличаются друг от друга (в силу значительного различия их химической при роды), следует услові ться о принципе усреднения этих величин. Принимаем, что усредненное критическое значение коэффициента
избытка окислителя акр определяется значениями акр соответст вующих смесей каждого из компонентов сложного горючего и их условных мольных долей ш в смеси горючих, т. е.
сскр = |
(5.9) |
Величина си/ определяется абсолютной концентрацией г-го горю чего и его стехиометрическим коэффициентом vs в реакции полного окисления горючего
|
|
И/ = |
|
(5.10) |
Для |
смеси горючих |
указанного состаиа |
||
. " |
Zvs/Л,./.'00 = 2 |
0,5 0 4 |
3-0.25 + 6.5-0.25 = 3,38 |
|
шСН4= 2 -0,50/3,38 = |
0,296; |
о>с2н4 = |
3-0,25/3,38 = 0,222; |
|
|
“ С4Н10 = 6,5-0,25 /3,38 = |
0,481 |
||
Используя значения сскр, данные в таблице Приложения 5, нахо дим следующие средние акр.
Смеси с воздухом:
cTmax = 0,296-2,00 + 0,222-2,39 + 0,481-1,76 = 1,97
ä ”min = 0,296-0,595 + 0,222-0,130 + 0,481 -0,348 = 0,373
Смеем |
с |
кислородом: |
а тах = 0 ,2 9 6 -9,30 + 0 ,2 2 2 -10,8 + 0,481 -8,40 = 9,20 |
||
ä т Ш |
= |
0,296 • 0,320 + 0,222 • 0,083 + 0,481 • 0,160 = 0,190 |
Из определения коэффициента избытка окислителя [см. урав нение (2.6)] следует, что для смесей горючего с воздухом
I = 21,0/(0,210 + ѵ а кр) |
(5.11) |
где vs — средний стехиометрический коэффициент для сложного горючего, L выражено в мольных %*. Для смесей с кислородом
L = 100/( 1 + vs •а кр)
Стехиометрические коэффициенты усредняют в соответствии с кон центрациями компонентов в горючем:
V, = 2 ѵ5іЛ//100 == 3,38
Вышеуказанные критические значения коэффициента избытка окислителя соответствуют следующим содержаниям сложного го рючего.
Смеси с воздухом:
Lmln = 21,0/(0,210 + 3,38-1,97) = 3,06
Z.max = 21,0/(0,210 + 3,38-0,373)= 14,3
Смеси . с кислородом:
Lmin= 100/(1 +3,38-9,20) = 3,12
Lmax = 100/(1 + 3,38-0,190) = 60,9
Сопоставление показывает, что результаты вычислений, полу, ченные обоими методами, не отличаются друг от друга.
Нахождение критических составов по методу унификации пре делов взрываемости обычно выполняют графически, по диаграмме
зависимости lg акр от суммарного содержания инертных компонен" тов (см. рис. 9). При изменении состояния и состава взрывоопасной среды в технологических процессах, как правило, изменяется и со держание инертных компонентов. По графику легко учитывать из
менение акр для соответствующих режимов и вычислять предель но допустимые составы (либо температуры) с необходимым запасом надежности. Использовать уравнение Ле Шателье для переменного содержания инертных компонентов было бы неудобно.
* Здесь концентрация окислителя |х=0,210(100—L) (моль-
%)•..........
123
3. Вычисление пределов взрываемости смесей с неизученным горючим по методу модельного компонента
Рассчитаем пределы взрываемости смесей пара нафталина с воздухом н с кислородом, используя метод модельного компонента. Избираем в качестве модельного компонента для смесей с воздухом гексан и бензол, для смесей с кислородом (ввиду отсутствия других
данных) — бутан и циклопропан.
А. Смеси с воздухом
Согласно данным таблицы Приложения 5, для модельных сме сей а тах = 1,82 и 2,12; а тіп = 0,277 н 0,326. Для реакции нафта лина с кислородом vs — 12. Используя уравнение (5.11) (с заменой
/.кр на яКр и vs на vs), находим ятІп = 0,95 |
и 0,82%, ятах = 5,9 |
||||||||
и 5,1% |
в хорошем согласии между обеими |
величинами с данными |
|||||||
прямых |
измерений: |
лт |П= |
0,88%, |
лтах “ |
5,9%. |
|
|
||
Б. Смеси с кислородом |
<хтах = |
8.40 и |
|
8,66; |
ат щ = |
0,160 |
и |
||
Для модельных |
смесей |
и |
|||||||
0,148. Уравнение (5.12) дает лт ;п = |
0,90 |
0,88; |
ятах = |
34,3 |
и |
||||
36,0?^. Если концентрация нафталина в смеси равна 35%, его пар циальное давление при общем давлении, равном атмосферному, составляет 3,55 -ІО4 Па. Давление насыщенного пара нафталина достигает такого значения при 125 °С, т. е. предельную богатую смесь нафталина с кислородом можно составить при атмосферном давлении лишь в случае подогрева не меньшего, чем до 125 °С. Необходимо учесть расширение пределов взрываемости при нагре вании (см. гл. 2, разд. 3), поэтому здесь ятах, по-видимому, дости гает 40%.
Рассчитаем предел взрываемости для смеси нафталина с кисло родом при общем давлении 2,0-10° Па и температуре 220 °С. При нимаем, что при 1,0-10° Па ат іп = 0,154, барический коэффициент е в уравнении (3.3) равен 0,30. При этом для комнатной темпера--
туры |
lg a mjn (р = |
1,0-10° Па) = —0,812; lg атіп (2,0*10® Па) = |
|||||
= |
—0,812 — 0,30. |
lg 20 = |
11,202; |
amin (2,0-10® |
Па) = |
0,0628. |
|
л тах = |
Ю0/(1 + 12-0,0628) |
= 57%. |
Учитывая высокую |
темпера |
|||
туру поджигаемой |
среды, |
следует |
полагать, что |
лтах здесь вряд |
|||
ли |
меньше 65%. |
|
|
|
|
|
|
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
З е л ь д о в и ч |
Я. |
Б. Теория |
горения |
и детонации газов. Изд. АН |
|||||||||
СССР, |
1944. |
72 с. |
|
|
В. В. Тепловой взрыв и рас |
||||||||
З е л ь д о в и ч |
Я. Б., В о е в о д с к и й |
||||||||||||
пространение .пламени в газах. Изд. Моек, механ. ин-та, 1947. |
|||||||||||||
294 |
с. |
|
Я. |
Б., К о м п а и е е ц |
А. С. Теория детонации. |
Гос- |
|||||||
— З е л ь д о в и ч |
|||||||||||||
техтеоретиздат, |
1955. |
268 |
с. |
|
|
волн |
и вы |
||||||
З е л ь д о в и ч |
Я. Б., |
Р а й з е р Ю. П. Физика ударных |
|||||||||||
сокотемпературных |
гидродинамических явлений. М., |
«Наука», |
|||||||||||
1966. |
632 |
с,------- |
Г. Горение, пламя и взрывы в газах. |
|
|
||||||||
Л ь ю и с |
Б., Э л ь б е |
|
|
||||||||||
Изд. 2-е. Пер. с англ. ДА, «Мир», 1968. 592 с. |
|
в хими |
|||||||||||
Ф р а н к - К а м е н е ц к и й |
Д. А. Диффузия |
и теплопередача |
|||||||||||
ческой кинетике. Изд. «Наука», 1967. |
Изд. иностр. лит., |
1952. |
|||||||||||
И о ст |
В. Взрывы и горение |
в газах. М., |
|||||||||||
688 |
с. |
Н. Н. О некоторых проблемах химической кинетики и |
|||||||||||
С е м е н о в |
|||||||||||||
реакционной способности. Изд. АН СССР, 1958, 686 с. |
|
|
|||||||||||
Х и т р и И Л. Н. Физика |
горения и взрыва. Изд. МГУ, |
1957. 442 с. |
|||||||||||
С о к о л и к |
А. С. Самовоспламенение, пламя и детонация в газах, |
||||||||||||
Изд. АН СССР, 1960. 428 с. |
|
|
|
|
|
||||||||
Щ е л к н и |
К. И,, |
Т р о ш и н |
Я. К. Газодинамика горения. Изд. АН |
||||||||||
СССР, |
1963. |
256 с. |
|
|
|
|
1965. 739 с. |
||||||
Ще т и н ко в Е. С. Физика горения газов. М., «Наука», |
|||||||||||||
Б л и н о в |
|
В. И., |
Х у д я к о в |
Г. Н. Диффузионное горение жидко |
|||||||||
стей, Изд. АН СССР, 1961. 208 с. |
|
|
|
|
|||||||||
Б а р а т о в |
А. Н., Г о д ж ел л о М. Г. Оценка пожарной опасности |
||||||||||||
производств, связанных с применением горючих газов и жидко |
|||||||||||||
стей. Изд. Мин. коммунального хозяйства РСФСР, |
1961. |
84 с. |
|||||||||||
Б а р а т о в |
А. Н., И в а н о в |
Е. Н. Пожаротушение на |
предприя |
||||||||||
тиях .химической, нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности. М., «Химия», 1971. 414 с.
Пожарная опасность веществ и материалов, применяемых в химиче ской промышленности. Под ред. И. В. Рябова. М., «Химия» 1970. 336 с.
Справочник по охране труда и технике безопасности в химической промышленности. Общие положения, устройство и содержание ■промышленных предприятий. Под ред. В. И. Пряяикова. М., «Химия», 1971. 512 с.
Справочник по охране труда и технике безопасности в химической промышленности. Новые и пересмотренные правила и инструк ции по устройству и эксплуатации оборудования и по промыш ленной санитарии. М., «Химия», 1972. 582 с.
Б р е й м а и М. И., |
Г р а ж д а н о в Д. Е. Техника |
безопасности |
при |
проектировании |
и освоении нефтехимических |
предприятии. |
М., |
«Химия», |
1972. 296 с. |
|
|
|||
М о н а х о в |
В. Т. Методы исследования пожарной опасности ве |
|||||
ществ. М., «Химия», 1972. 414 с. |
|
|||||
Р о з л о в с к п й А. |
И. |
Научные |
основы |
техники взрывобезопасно |
||
сти |
при |
работе |
с |
горючими |
газами |
и парами. М„ «Химия», |
1972. |
366 |
с. |
|
|
|
|
125
|
С О Д Е Р Ж А Н И Е |
|
|
|
В в е д ен и е .................................................................................... |
|
|
* |
3 |
Г л а в а 1. Основные положения |
теории |
горения, воспламене |
||
ния и детонации газов |
.................................................. |
|
5 |
|
Определение гор ен и я ........................................................... |
|
|
5 |
|
1. Общие закономерности распространенияпламени. . . |
6 |
|||
Поджигание горючей среды ............................................... |
|
|
6 |
|
Фронт пламени и его перемещение................................ |
|
7 |
||
Расширение |
газа |
при сгорании ........................................ |
|
8 |
Закон площ адей |
Тепловой режимгорения |
Ю |
||
2. Характерные |
типы |
12 |
||
Возмущение |
пламени силами |
трения |
итяжести. . . |
12 |
|
Бунзеновская г о р е л к а ...................................................... |
горения. |
. . |
13 |
14 |
||
|
Адиабатическое |
сгорание и температура |
|
||||
|
Горение |
в замкнутом объеме .................................................. |
|
18 |
|
17 |
|
|
Методы |
измерения |
скорости пламени.............................. |
|
19 |
|
|
3. |
Структура фронта |
пламени............................................... |
|
|
22 |
||
Воспламенение |
|
|
22 |
|
|||
|
Тепловое |
самовоспламенение............................................ |
|
|
|
||
|
Цепные реакции ......................................................................... |
|
|
23 |
|
|
|
|
Цепное самовоспламенение................................................... |
|
26 |
|
27 |
||
|
Теплоотвод и критические условия воспламенения. |
. . |
|
||||
|
Холодные пламена ........................................................................ |
|
|
|
|
28 |
|
|
Период |
и н дук ................................................ ........ц и и |
|
31 |
|
30 |
|
|
Адиабатическое .............................................воспламенение |
|
|
|
|||
4. Ударное сжатие ....................................................и детонация |
|
31 |
. |
31 |
|||
|
Ударные |
в о л н ................................................................ы |
|
|
' . |
||
|
Воспламенение ..................................... |
в ударной в о л н е |
|
34 |
|
|
|
|
Детонационное ..........................................................го р ен и е |
|
35 |
|
|
||
|
Возникновение .................................................... |
д етон ац и и |
|
36 |
|
|
|
Г л а в а 2. Пределы |
возникновения горения |
и их значение |
|
||||
|
для техники ..................................... |
безоп асн ости |
|
39 |
|
|
|
1. |
Пределы устойчивого ..................................................горения |
|
39 |
|
|
||
|
Пределы распространения .....................................пламени |
их роль |
39 |
|
40 |
||
|
Тепловые |
потери от |
фронта пламени и |
. . . . |
|
||
|
Механизм тепловых потерь у пределов распространения |
41 |
|||||
|
пламени . ......................................... ....... . . . |
s |
і |
||||
126