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.
Рис. 1 Зависимость концентрационных пределов распространения пламени от концентрации флегматизатора в газовоздушной смеси
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 температуру, равную 1500 К, то достаточно точно расчет МФК можно провести по уравнению (18), которое для этого случая запишется так
, ( 23)
где Срф – среднее значение теплоемкости флегматизатора при постоянном давлении для температурного интервала 273-1500 К,
Vф –количество флегматизатора в исходной горючей смеси.
Тогда из (23) можно получить
( 24)
Если в уравнение (24) подставить значение Тг = 1500 К, то получим количество флегматизатора в исходной горючей смеси, при котором достигается эта предельная температура горения.
, ( 25)
где Т0 = 273 К.
А минимальная флегматизирующая концентрация в % об. составит:
или 
.( 26)
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.
или 
. ( 27)
Концентрацию кислорода в этой же смеси (в точке флегматизации) называют минимальным взрывоопасным содержанием кислорода (МВСК), она будет равна
|
|
|
или 
. ( 28)
Примечание. Значения МВСК, полученные экспериментально для некоторых газоводушных смесей при разбавлении их CO2, приведены в табл. 32 приложения.
Пример 8 . Рассчитать значение МФК и МВСК при разбавлении метановоздушной смеси водяным паром. Построить зависимость КПР от концентрации флегматизатора.
Решение: МФК находят из условия предельной адиабатической температуры горения стехиометрической метановоздушной смеси, формула (24), где Тг = 1500 К:
.
Поскольку при этих условиях сгорание идет в основном с образованием СО, определяют низшую теплоту сгорания метана для такого случая. Записывают химическое уравнение горения метана
СН4 + 1,5О2 = СО + 2Н2О.
Низшая теплота сгорания метана в этом случае по закону Гесса
.
Подставляя значения теплот образования, взятых из табл. 24 приложения, получают
.
Теперь составляют уравнение материального баланса процесса горения метана, включив в него и флегматизатор (Н2О)
СН4 + 1,5О2 + 1,5∙3,76N2 + nфН2О =
= СО + 2Н2О + 1,5∙3,76N2 + nфН2О,
где nф – число молей флегматизатора.
Уравнение (24) для данного случая примет вид:
|
|
|
.
Из правой части уравнения материального баланса видно, что объем продуктов горения
; 
; 
.
Подставляя значения Qн, Тг = 1500 К, Српгi взятые из табл. 3, получают, что объем флегматизатора, соответствующий МФК
Переписывают уравнение материального баланса для сгорания смеси предельного состава
СН4 + 1,5О2 + 1,5∙3,76N2 + 3,34Н2О =
= СО +2 Н2О + 1,5∙3,76N2 + 3,34Н2О.
В исходной горючей смеси (левая часть уравнения) на 1 моль метана приходится nO2= 1,5 моль кислорода, nN2= 1,5∙3,76 моль азота и nф(Н2О)= 3,34 моль флегматизатора.
Минимальная флегматизирующая концентрация паров воды будет равна
а концентрация горючего в точке флегматизации
.
Концентрационные пределы распространения пламени для метана в воздухе составляют 5 и 15 % (об.). Этих данных достаточно для построения зависимости КПР от концентрации флегматизатора (рис. 2).
Рис. 2 Зависимость КПР метана от концентрации флегматизатора (водяной пар)
Минимальное взрывоопасное содержание кислорода (концентрация кислорода в точке флегматизации)
.
Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 2111; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!