2.6 Расчёт температуры вспышки и температуры воспламенения

Температура вспышки – самая низкая температура вещества, при которой над поверхностью его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость образования паров ещё недостаточна для возникновения устойчивого горения.

Если повысить·температуру жидкости и тем самым увеличить скорость образования горючих паров над ее поверхностью, можно добиться, что кратковременное воздействие источника зажигания вызовет не только вспышку паров, но и их последующее устойчивое горение.

Наименьшая температура вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы в таком количестве, что после их зажигания и удаления источника воспламенения устанавливается устойчивое пламенное горение. называется температурой воспламенения.

Температура воспламенения не намного больше температуры вспышки. Для ЛВЖ это различие составляет 1-5 К, для ГЖ - 30-35 К.

Температуры вспышки и воспламенения являются основными показателями пожарной опасности жидкостей. Их значения для некоторых жидкостей приведены в таблице V приложения.

Метод расчета указанных показателей по формуле В.И. Блинова основывается на предположении, что концентрации паров жидкости и кислорода в потоке, направленном к поверхности горения, отвечают стехиометрическому составу, пар к пламени подводится благодаря молекулярной диффузии, а давление пара над жидкостью связано с температурой самой жидкости.

Формула Блинова имеет вид:

(50)

где А - постоянная пpибора, зависящая от условий опыта;

Д_о - коэффициент диффузии, м²/с;

n - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля пара жидкости;

Р_нп - давление насыщенного пара жидкости при Т_всп, Па.

При определении Т_всп по формуле (50) имеем два неизвестных - Т_всп и Р_нп, т.к. последняя величина должна быть взята именно при Т_всп. В таком случае поступают следующим образом :

находят произведение

В дальнейшем задача сводится: к тому, чтобы по известной зависимости давления насыщенных паров от температуры жидкости найти такую температуру, при которой произведение будет равняться найденной величине . Для этого можно воспользоваться таблицей ХV приложения или уравнением Антуана

, (51)

для которого :коэффициенты А, В, С приведены в таблице ХV приложения.

Формула В.И. Блинова является универсальной, по ней можно рассчитывать температуру вспышки в открытом и закрытом тигле, а также температуру воспламенения. Для этого в формуле (50) меняется только параметр А.

При определении:

температуры вспышки в закрытом тигле А = 28 (КПа^.м²)/с;

температуры вспышки в открытом тигле А = 45,3 (КПа^.м²)/с;

температуры воспламенения А = 53,3 (КПа^.м²)/с.

Пример: Вычислить температуру вспышки метилового спирта по формуле В.И. Блинова для закрытого тигля, если коэффициент диффузии паров спирта 16,2^.10^-6 м²/с. Результаты сравнить с экспериментальным значением температуры вспышки, равным 279 К.

Решение:

1. Для решения задачи по формуле В.И. Блинова необходимо иметь значение коэффициента n, для чего записываем уравнение реакции горения этилового спирта:

CH₃OH + 1,5(О₂+ 3,76N₂) = СО₂ + 2Н₂О + 1,5·3,76N₂, откуда n = 1,5.

2. Вычислим произведение

При определении Т_всп в закрытом тигле параметр А = 28 (КПа^.м²)/с, поэтому

3. Найдем такую температуру, при которой произведение будет равно 576 кПа·К. Тогда найденное значение температуры будет соответствовать температуре вспышки.

Воспользуемся для этого зависимостью давления насыщенного пара от температуры жидкости, приведенной в таблице XI приложения. Для этилового спирта при Т₁ = 256,8 К давление паров составляет Р₁ = 1,33 кПа, а Р₁Т₁ =·342 кПаK. Это меньше, чем Р_вспТ_всп. При Т₂ = 267 К давление паров Р₂ = 2,666 кПа, а Р₂Т₂ = 711 кПаК. Это уже больше, чем Р_{всп }Т_всп. Значит, Т_всп имеет значение между Т₁ и Т_2. Найдём его методом интерполяции:

Сравнение полученного значения с экспериментальным (279 К) показывает, что погрешность расчета по формуле В. И. Блинова составляет всего 2,7 К.

Ответ: температура вспышки метилового спирта 276,3 К.