Определение температурных пределов распространения пламени

Описание прибора

Определение температурных пределов распространения пламени производится на приборе ТП, представленном на рис.6.1.

 

 

1 – реакционная колба; 2 – термометр; 3 – электроды; 4 – корковая пробка

Рисунок 6.1 – Схема прибора ТП

Прибор выполнен в виде стеклянного сосуда (1), изготовленного из молибденового стекла, с тремя горловинами, в одну из которых вставлена пробка с термометром (2) для замера температуры жидкости в сосуде. Две другие служат для искровых электродов (3) и заливки исследуемой жидкости.

 

Порядок выполнения работы

1) Получите у преподавателя наименование исследуемой жидкости (бутиловый или изобутиловый спирты).

2) Рассчитайте значения температур, соответствующих нижнему (t_{НТП расч}, °С) и верхнему (t_{ВТП расч}, °С) температурным пределам распространения пламени по формуле[7]:

t_{ТП расч} = a t_кип – b (6.1)

где t_кип – температура кипения исследуемого вещества, °С (приложение Д); a, b – коэффициенты, постоянные в пределах гомологического ряда (табл.6.1).

Таблица 6.1 – Значения коэффициентов a и b для расчета ТПРП

Гомологический ряд	Температурный предел	a	b
Спирты алифатические	нижний	0,61
верхний	0,69

 

3 ) Рассчитайте величины температур нижнего (t_НТПзап, °С) и верхнего (t_ВТПзап, °С) температурных пределов распространения пламени с учетом запаса по формулам:

t_{НТП зап} = t_{НТП расч} – L (6.2)

t_{ВТП зап} = t_{ВТП расч} + U (6.3)

где L, U - константы запаса, °С; L = 2°С; U = 8°С.

4) Проверьте, плотно ли вставлены в горловины сосуда пробки с термометром и искровыми электродами.

5) В сосуд налейте (выполняет лаборант) исследуемую жидкость (20% от объема сосуда) и слегка закройте пробкой.

6) Подогрейте жидкость внутри прибора до температуры t_НТПзап, соответствующей нижнему температурному пределу и рассчитанной по формуле (6.2).

7) Вынимая на 1-2 с пробку из центрального отверстия, доведите давление внутри сосуда до атмосферного.

8) Включая кнопку индуктора, воспламените искровым разрядом горючую паровоздушную смесь.

9) Результат испытания на распространение пламени (РП) определите визуально. При этом пламя должно распространяться по всему объему или вверх до горловины сосуда, что влечет за собой вылет корковой пробки. Появление пламени только в области электродов без его распространения по всему объему колбы следует считать «отказом».

10) После каждого включения источника зажигания, независимо от результатов опыта, продувайте сосуд воздухом (резиновой грушей), освобождая его от оставшихся продуктов горения.

11) В том случае, если воспламенение не произошло, жидкость нагрейте на 2°С и повторите опыт по п.п.7-9.

За нижний температурный предел принимают ту наименьшую температуру, при которой произошло распространение пламени по всему объему сосуда.

12) Подогрейте жидкость внутри прибора до предполагаемой температуры t_ВТПзап, соответствующей верхнему температурному пределу.

13) Включением кнопки индуктора воспламените искровым разрядом горючую паровоздушную смесь.

14) В том случае, если воспламенение не произошло, охладите жидкость на 2°С и повторите эксперимент по п.12.

За верхний температурный предел принимают наибольшую температуру, при которой произошло распространение пламени по всему объему сосуда.

15) Результаты работы запишите в протокол 6.1.

16) Сравните экспериментальные и справочные данные температурных пределов распространения пламени (приложение Д). Приемлемыми считают отклонения не более 5°С.

 

Протокол 6.1

Наименование вещества………………………………………...

Справочный НТПРП t_{НТП спр}, °С ……..………………………..

Справочный ВТПРП t_{ВТП спр}, °С ………………………………

Расчетный НТПРП t_{НТП расч}, °С..………………………………..

Расчетный ВТПРП t_{ВТП расч}, °С..………………………………...

Атмосферное давление Р_атм, мм рт. Ст.……………………….

Температура воздуха в помещении, °С………………………..

Температура нагрева, ^оС
Наличие РП (да/нет)

 

Экспериментальный НТПРП t_{НТП эксп}, °С…………………..……

 

Экспериментальный ВТПРП t_{ВТП эксп}, °С……………………….

Определение безопасного режима при работе с горючей жидкостью

По экспериментальным значениям нижнего и верхнего температурных пределов распространения пламени определите нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени (С_н, С_в, % (об.)) по формуле:

С_{н, в} = (100 Р_{н, в}) / Р_атм (6.4)

где P_{н, в} – давление насыщенных паров при температуре, соответствующей нижнему (верхнему) температурному пределу распространения пламени, кПа; Р_атм – атмосферное давление при условиях опыта, кПа[8].

Зависимость давления насыщенного пара от температуры для используемых в работе веществ рассчитывается по уравнению Антуана:

для н-бутанола:

lg Р_{н, в} = 8,72 – [2664,68 / (279,64 + t_{ТП эксп к})] (6.5)

для изобутанола:

lg Р_{н, в} = 7,83 – [2058,39 / (245,64 + t_{ТП эксп к})] (6.6)

где t_{ТПэкспк} – скорректированные экспериментальные значения НТПРП или ВТПРП, °С (протокол 6.1).

Результаты расчетов запишите в протокол 6.2.

Сделайте вывод о температурном режиме, исключающем опасность образования взрывоопасных паровоздушных смесей при работе с горючей жидкостью.

Укажите условия хранения данной жидкости в закрытой емкости (приложение Г).

Протокол 6.2

Показатель	Величина
Экспериментальный НТПРП tНТП эксп к, °С
Экспериментальный ВТПРП tВТП эксп к, °С
Нижний концентрационный предел распространения пламени, % (об.)	lg Pн = Pн = Сн =
Верхний концентрационный предел распространения пламени, % (об.)	lg Pв = Pв = Св =

 

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Рекомендации по применению средств пожаротушения

Для ликвидации возникшего пожара необходимо прекратить поступление в зону горения воздуха и горючих веществ или снизить их поступление до значений, при которых горение не произойдет[9]. При этом должны быть выполнены следующие условия:

- охладить зону горения ниже температуры самовоспламенения или понизить температуру горящего вещества ниже температуры воспламенения;

- разбавить реагирующие вещества негорючими веществами;

- изолировать горючие вещества от зоны горения.

К огнетушащим составам и средствам тушения относят:

1) воду, подаваемую в очаг горения сплошной струёй или в распыленном состоянии и обеспечивающую главным образом охлаждающий эффект;

2) химическую и различной кратности воздушно-механические пены, оказывающие в основном изолирующее действие;

3) инертные газы (диоксид углерода, азот, аргон, дымовые газы, водяной пар), оказывающие разбавляющее действие;

4) галогеноуглеводородные составы (хладоны 13В1, 12В1, 114В2[10]), обладающие свойствами химических ингибиторов;

5) порошковые составы (ПСБ-3 – бикарбонат натрия; СИ-2 – силикагель, насыщенный хладоном), обладающие универсальными огнетушащими свойствами;

6) комбинированные составы (сочетание порошковых и пенных составов, водогалогеноуглеводородные эмульсии).

Выбор средств пожаротушения зависит от технологии производства и физико-химических свойств применяемого сырья, полупродуктов и продуктов; от условий, исключающих появление вредных побочных явлений при реагировании огнетушащего средства с горящим веществом (например, взрывов, образования токсичных газов), а также от условий протекания процесса горения и технических возможностей, используемых для тушения пожара.

Так, при размещении технологических процессов в производственных зданиях, когда горение веществ происходит в виде факелов (выброс под давлением паров, газов или распыленных жидкостей), одним из наилучших способов является объемное тушение с применением газовых составов. В этом случае обеспечивается не только пожаротушение за очень короткое время (30 с и менее), но и предотвращается образование взрывоопасной среды в помещении.

Для химических объектов, в которых обращается большое количество ЛВЖ и в которых нельзя осуществлять объемное тушение (здания павильонного типа, открытые установки), целесообразно использовать стационарные пенные или порошковые установки. Примером рационального применения пенного пожаротушения с помощью стационарной установки является тушение диэтилового эфира, отличающегося низкой температурой вспышки, полярными свойствами и поэтому трудно поддающегося тушению.

В табл.В.1 приведены рекомендуемые огнетушащие средства[11].

 

 

Таблица В.1 – Рекомендации по средствам тушения

 

№	Горючие вещества и материалы	Наиболее целесообразные средства тушения
1.	Неполярные углеводородные жидкости (в том числе нефтепродукты)	1) при крупных проливах – воздушно-механическая пена средней кратности, порошок* ПСБ 2) в помещениях – объемное тушение** 3) небольшие очаги – порошок ПСБ, СО2
2.	Полярные углеводородные жидкости (спирты, ацетон, эфир и др.)	1) при крупных проливах – распыленная вода***, пена, порошок* ПСБ 2) в помещениях – объемное тушение** 3) небольшие очаги – СО2, вода
3.	Твердые углеродистые и целлюлозные материалы (древесина, бумага, каучуки, пластмассы, хлопок и др.)	Вода со смачивателями, пена, порошок* ПФ
4.	Пыли органических материалов (пластмасс, красителей и др.)	Распыленная вода*** со смачивателями
5.	Кремнийорганические соединения, мономеры (в том числе органохлорсиланы)	Распыленная вода***, порошки* ПСБ, ПФ
6.	Кремнийорганические соединения, полимеры	Распыленная вода***, порошок* СИ-2
7.	Углеводородные газы (в том числе сжиженные)	Объемное тушение хладонами или комбинированным составом, охлаждение водой соседнего с очагом горения оборудования
8.	Водород	Объемное тушение комбинированным составом, охлаждение водой соседнего с очагом горения оборудования
9.	Щелочные металлы (натрий, калий и др.)	Порошки* МГС (для тушения Na и Li), РС (для сплава Na-K), ПС; объемное тушение комбинированным составом (азот 94%(об.) + диоксид углерода 6%(об.))
10.	Щелочноземельные металлы (магний, алюминий и др.)	Порошки* ПГС-М (Mg, Al) и ПФК (Ca, Be), объемное тушение аргоном
11.	Алюминийорганические соединения	Порошок* СИ-2, разбавленные растворы триизобутилалюминия и диизобутилалюминийхлорида и триэтилалюминия и диэтилалюминийхлорида (или каталитический комплекс на основе триизобутилалюминия) распыленной воды

* марки и составы порошков приведены в таблице В.2

** объемное тушение осуществляется диоксидом углерода (СО₂), хладонами, комбинированным составом (85% (масс.) СО₂ + 15% (масс.) С₂F₄Br₂ (CF₂Br))

*** во избежание создания взрывоопасной среды применять распыленную воду

 

Таблица В.2 – Основные сведения об огнетушащих порошках

 

Порошок (марка)	Основной компонент	Порошок (марка)	Основной компонент
МГС	Графит с пониженной плотностью	СИ-2	Силикагель, насыщенный хладоном
ПГС-М	Смесь хлоридов калия и натрия	PC	Графит, вспучивающийся при нагреве
ПСБ-3	Бикарбонат натрия	ПФК	Фторид кальция
ПФ	Диаммоний фосфат	ПС	Карбонат натрия

ПРИЛОЖЕНИЕ Г