Концентрационные пределы распространения пламени (КПР) и стехиометрическая концентрация
Газовая смесь горючего с окислителем способна воспламеняться и распространять пламя только при определенных концентрациях горючего. Минимальная концентрация горючего, при которой смесь способна воспламеняться и распространять пламя, называется нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПР), а максимальная концентрация горючего – верхним концентрационным пределом распространения пламени (ВКПР). При концентрациях горючего ниже НКПР и выше ВКПР его смеси с воздухом негорючи. Например, для метана CH4 концентрационные пределы распространения пламени составляют НКПР – 5 об. %, а ВКПР – 15 об. % (см. табл. 32 приложения), для аммиака NH3 НКПР – 15 об. %, а ВКПР – 28 об. %. Скорость распространения пламени и его температура минимальны в предельных смесях, т.е. при концентрациях горючего, равных НКПР и ВКПР. Максимальные значения скорости и температуры пламени, как правило, имеют смеси стехиометрического состава. Поэтому эти смеси наиболее пожаровзрывоопасны. Концентрацию горючего в стехиометрической смеси рассчитывают по уравнению материального баланса процесса горения. Например, из уравнения горения видно, что стехиометрическая смесь метана с воздухом
содержит 1 моль метана, 2 моля кислорода и 2×3,76 молей азота. Концентрация горючего в такой смеси
. ( 21)
Для некоторых газов стехиометрические концентрации приведены в табл. 32 приложения. Значения концентрационных пределов распространения пламени, приведенные в справочной литературе, установлены экспериментально. В настоящем пособии для некоторых веществ они приведены в табл. 32 и 33 приложения. Для большинства веществ их можно приближенно рассчитать.
|
|
|
Расчет КПР по аппроксимационной формуле
Значения как нижнего, так и верхнего концентрационных пределов распространения пламени (КПР) можно рассчитать по аппроксимационной формуле
, ( 22)
где n – число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля горючего вещества, находят из уравнения реакции горения (стехиометрический коэффициент при кислороде);
a и b – константы, имеющие определенные значения для нижнего и верхнего пределов в зависимости от значения n, приведены в табл. 4.
Таблица – 4 Величины a и b для расчета КПР
| Область применения | а | b |
| Для вычисления нижнего предела | 8,684 | 4,679 |
| Для вычисления верхнего предела | ||
| при n <7,5 | 1,550 | 0,560 |
| при n >7,5 | 0,768 | 6,554 |
Пример 7 . Рассчитать КПР бутана в воздухе. Расчет провести по аппроксимационной формуле. Решение: Для расчета необходимо знать число молей кислорода, необходимое для полного сгорания 1 моля бутана.
|
|
|
Записывают уравнение горения бутана
С4H10 + 6,5O2 = 4CO2 + 5H2O.
Из уравнения видно, что n = 6,5.
Рассчитывают нижний концентрационный предел распространения пламени по аппроксимационной формуле, воспользовавшись значениями a и b из табл. 4,
.
Аналогично находят верхний концентрационный предел, учитывая, что n < 7,5 (табл. 4).
.
Экспериментальные значения КПР, приводимые в справочной литературе, составляют 1,86 и 8,41 %. Сравнивая их с расчетными, можно убедиться, что для бутана расхождение расчетных и экспериментальных данных небольшое.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 1363; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!