2.2. Розрахунок тиску насиченої парии та визначення ступеня небезпекі рідини за визначених умов

Для механізму горіння рідин найважливішою обставиною є те, що температура їх кипіння завжди нижче за температуру самоспалахування, отже, горіння рідин можливе тільки в паровій фазі. Горіння рідин можливе лише за умов утворення над її поверхнею пари в концентрації не менше за нижню КМПП. Концентрація пари над поверхнею рідини залежить від її температури. При збільшенні температури рідини зростає інтенсивність випаровування, що обумовлює зростання концентрації пари і її тиску.

Рідина може випаровуватися у відкритий або закритий простір. При випаровуванні в закритому просторі встановлюється динамічна рівновага - стан системи, при якому кількість речовини, що випаровується, дорівнює кількості сконденсованої пари. Відбувається насичення газової фази, а пара, що утворилася при динамічній рівновазі в системі, називається насиченою парою.

Якщо рідина знаходиться в незакритому об'ємі, то частина пари дифундує в навколишній простір. При цьому кількість речовини, що випарувалася, буде більшою, ніж сконденсованої, динамічна рівновага не встановиться, пара буде ненасиченою, а випаровування буде тривати поки вся рідина не випарується.

Залежність між тиском і концентрацією насиченої пари можна знайти із співвідношення:

100 % парогазової суміші — Р_заг.

_нп % пари рідини — Р_нп

Звідси можна виразити взаємозв’язок між концентрацією і тиском насиченої пари:

, або (46)

, (47)

де Р_нп – тиск насиченої пари, кПа;

Р_заг – загальний тиск горючої суміші, кПа.

Розрахункові методи визначення тиску насиченої пари

Тиск насиченої пари рідини можна визначити, використовуючи рівняння Антуана:

, або

, кПа, (48)

де Р_нп - тиск пари, кПа;

t_рід – температура рідини, ^ос^;

А, В, C_a - константи, що визначаються для рідини із довідника [11].

Для багатьох поширених горючих рідин тиск насиченої пари визначений для ряду температур і зведений в довідниках у вигляді таблиць. Для таких речовин можна розрахувати тиск насиченої пари при будь-якій температурі за методом лінійної інтерполяції:

Значення t₁, t₂, що є найближчими до заданої температури t_фак, і відповідні їм визначаються за таблицею № 12 додатків.

Розрахунок тиску насиченої пари за даної температури здійснюють за формулою:

, кПа (49)

Приклади розв'язування задач

а) з використанням констант Антуана

Визначити тиск насиченої пари та фактичну концентрацію насиченої пари етилацетату C₄H₈O₂ при температурі 20^оС та тиску 101 кПа.

Рішення

1. За таблицею № 11 додатків визначаємо константи Антуана:

A = 6,2267; B = 1244,95; C_a = 217,88.

2. Визначаємо тиск насиченої пари за даної температури за формулою (48):

.

.

3. Визначаємо фактичну концентрацію насиченої пари етилацетату за формулою (47):

.

Висновок: за даних умов тиск насиченої пари етилацетату становитиме Р_нп = 9,84 кПа, а концентрація, відповідно, ^о_факт = 9,74%.

б) з використанням методу лінійної інтерполяції

Визначити тиск насиченої пари, концентрацію пари та ступінь пожежовибухонебезпеки етилформіату C₃H₆O₂ при температурі 5^оС та загальному тиску 105 кПа, якщо концентраційні межи поширення полум'я для етилформіату становлять 2,85 – 16,71%.

Рішення

1. За таблицею № 12 додатків визначаємо два значення температури t₁ і t₂, що будуть найближчими до заданої t_факт., та відповідні їм тиски насиченої пари:

3. Розраховуємо тиск насиченої пари за даної температури за апроксимаційною формулою (49):

4. Визначаємо фактичну концентрацію насиченої пари за даних умов за формулою (47):

5. Визначаємо ступінь пожежовибухонебезпеки насиченої пари етилформіату:

^о_н = 2,85% < ^о_фак = 12,51%  ^о_в = 16,71%,

отже за даних умов насичена пара етилформіату буде утворювати вибухонебезпечну концентрацію.