Методика расчета концентрационных пределов распространения пламени

Смеси газов

1. Находим нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени веществ, входящих в состав смеси, при стандартных условиях.

2. Расчет нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени смеси нескольких паров или газов ведут по формуле Ле-Шателье, которая выражает правило смешения. В основу формулы положено предположение, что несколько газов, находящихся на Н(В)КПР, при смешении образуют смесь, также находящуюся на нижнем (верхнем) пределе воспламенения. Формула Ле-Шателье справедлива для подавляющего большинства смесей веществ, не вступающих в химическую реакцию.

, % (об.)

где

 - концентрации горючих компонентов в смеси, об. %;

 - НКПР или ВКПР каждого компонента в смеси, об. %.

 

Задача. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени смеси, состоящей из 30 об. % пропана и 70 об. % этана.

Дано:

Обозначим С₃Н₈ цифрой 1, С₂Н₆ – 2.

j₁ = 30 %; j₂ = 70 %.

Найти: , , ?

Решение:

1. Составляем уравнения реакции горения пропана и этана в воздухе:

С₃Н₈ + 5(О₂ + 3,76N₂) ® 3СО₂ + 4Н₂О + 5×3,76N₂               b=5

С₂Н₆ + 3,5(О₂ + 3,76N₂) ® 2СО₂ + 3Н₂О + 3,5×3,76N₂      b=3,5

 

2. Рассчитываем нижний и верхний концентрационный пределы распространения пламени пропана при стандартных условиях.

, об. %

 

= 2,08 % (об.);

Так как b = 5, что меньше 7,5, то для расчета ВКПР по таблице выбираем: а = 1,55 и b = 0,56

= 12,03 % (об.)

Рассчитываем нижний и верхний концентрационный пределы распространения пламени этана при стандартных условиях.

= 2,85 % (об.);

Так как b = 3,5, что меньше 7,5, то для расчета ВКПР по таблице выбираем:

а = 1,55 и b = 0,56

= 16,71 % (об.)

 

3. Рассчитываем нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени смеси пропана и этана по формуле Ле-Шателье:

, % (об.)

 

Ответ: расчётное значение концентрационных пределов распространения пламени пропана 2,08 – 12,03 % (об.), этана 2,85 – 16,71 % (об.); концентрационные пределы смеси, состоящей из 30% (об.) пропана и 70% (об.) этана 2,57 – 14,97 % (об.).

Задача. Рассчитать концентрационные пределы распространения пламени метана в г/м³ при температуре 134 ⁰С.

Дано: СН₄ - метан.

Найти: ^, ?

Решение:

1. Составляем уравнения реакции горения метана в воздухе.

СН₄ + 2(О₂ + 3,76N₂) ® СО₂ + 2Н₂О + 2×3,76N₂               b=2

 

2. Рассчитываем нижний и верхний концентрационный пределы распространения пламени метана при стандартных условиях.

, об. %

 

Так как b = 2, что меньше 7,5, то для расчета ВКПР по таблице выбираем: а = 1,55 и b = 0,56

 

3. Рассчитываем нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени метана при температуре 134 ⁰С:

 

4. Рассчитываем молярную массу метана: М = 12 ∙ 1 + 1 ∙ 4 = 16 кг/кмоль.

5. Определяем объем занимаемый 1 кмоль газа при заданной температуре:

= 33,4 м³/кмоль.

 

6. Рассчитываем концентрационные пределы распространения пламени метана в г/м³ при температуре 134 ⁰С:

, г/м³

Ответ: расчётное значение концентрационных пределов распространения пламени метана при температуре 134 ⁰С 19,88 – 148,4 г/м³.