Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теория горения и взрыва. Лабораторный практикум. Учебное пособие
.pdf
горения жидкости.
0 35 весовых частей
60%
95%
60 весовых частей
№
п/п
Параметр
Значение параметра
1.
Жидкость
2.
Концентрация водного раствора жидкости, % масс.
3.
Начальная температура раствора, 0С
3. Произвести приготовление по 50 мл экспериментального раствора
каждой заданной концентрации (60%,55%,45%) горючего вещества в
дистиллированной воде.
4. Разбавление горючего вещества (этилового спирта) до нужных
концентраций проводим путем добавления рассчитанного количества H2O по
правилам аналитической химии (приближенное «правило креста»).
5. Пример расчета разбавления этанола концентрацией 95% до
концентрации 60%, масса полученного раствора 50г:
6. Готовим экспериментальную установку для определения
линейной скорости распространения пламени (рисунок 4.4)
7. После проведенного эксперимента заполняется таблица исходных
данных (таблица 4.1)
Таблица 4.1 Исходные данные
61
8. По эмпирической формуле рассчитать скорость распространения
№
п/
п
Концентраци
я водного
раствора w ,%
масс
Начальная
температура
Т0,оС
Время
распространени
я пламени по
контрольному
цчастку t, с
Скорость
распространен
ия пламени
Uн м/с
Средняя
скорость,
Uср, м/с
1 2
3
пламени по горючей жидкости 100 % концентрации:
Тн), м/с (4.1)
где Т0 – начальная температура жидкости, К;
Тн – нижний температурный предел распространения пламени или
температура вспышки в закрытом приборе, К.
Нижний температурный предел или температура вспышки выбирается
по справочным данным или рассчитывается.
По длине контрольного участка и показаниям секундомера определяется
скорость распространения пламени:
, м/с (4.2)
Для каждого исследуемого образца проводится не менее трех
определений скорости и находится их среднее значение. Результаты заносят в
таблицу 4.2.
Таблица 4.2 Результаты эксперимента
По данным таблицы необходимо построить зависимость скорости
распространения пламени от концентрации горючей жидкости.
1. Какие условия необходимы, чтобы произошло воспламенение
жидкости?
Контрольные вопросы
62
2. Что определяет скорость распространения пламени при развитии
пожара?
3. Изложите суть механизма распространения пламени по
поверхности горючей жидкости.
4. В каком режиме горения пламя распространяется по горючей
жидкости?
5. Дайте определение температурных пределов воспламенения,
температуры воспламенения и вспышки.
6. Как зависит скорость распространения пламени по горючей
жидкости от ее температуры в пределах от Т
до Т
нач
для открытого
кип
резервуара?
7. Как зависит скорость распространения пламени от температуры
жидкости в закрытом объеме?
8. Перечислите параметры, от которых зависит скорость
распространения пламени по ГЖ.
9. Назовите принцип классификации горючих жидкостей на ЛВЖ и
ГЖ.
10. Как изменяется скорость распространения пламени для жидкостей
в пределах гомологического ряда?
11. Чему должна соответствовать температура поверхности жидкости
перед фронтом пламени, чтобы оно могло переместиться на соседний участок?
12. Является ли скорость распространения пламени по ГЖ
константой?
13. Чем можно объяснить, что разные ГЖ имеют разные скорости
распространения пламени?
63
4.3. Горение твердых веществ и материалов
Древесина довольно распространена как строительный материал. В
целях обеспечения огнестойкости строительных конструкций древесину
обрабатывают различными огнезащитными составами. Обеспечение
огнестойкости древесины является актуальным вопросом, так как
конструкции из древесины разрушаются при воздействии огня в течение
нескольких минут. Кроме того, при возникновении пожара в зданиях и
сооружениях, где находится древесина, возникает целый ряд опасных
факторов пожара: пламя, искры, тепловой поток, токсичные продукты
горения, пониженная концентрация кислорода, снижение видимости в дыму.
Термическое разложение или пиролиз древесины характеризуется
выделением продуктов полного и не полного сгорания (СО, CH4, Н2, СО2,
Н2О). Данная газовая смесь способна к воспламенению. Воздействие огня на
незащищенную древесину приводит к обугливанию и является причиной
потери несущей способности строительных конструкций.
После огневых воздействий на древесину, сооружения чаще всего
подлежат сносу. При огнезащитной обработке древесины специальными
составами подавляются процессы воспламенения древесины, и снижается
вероятность воздействия опасных факторов пожара.
Антипирены наносят на древесину с целью наделить материал
огнеупорными свойствами. По степени эффективности антипирены
подразделяют на следующие группы:
– I группа: при обработке позволяет получить трудносгораемый
материал. При воздействии высоких температур количество потерянной
массы древесины составляет до 9%.
– II группа: при воздействии высоких температур количество
потерянной массы материала составляет от 9% до 25%.
– III группа: при воздействии огня потеря массы составляет от 25% и
выше.
64
Потери материала зависят от времени воздействия высоких температур.
Так же подразделяют антипирены по способу обработки: покрытие и
пропитка. Доказано, что пропитка древесины является более эффективный,
чем поверхностный метод обработки, так как при пропитывании специальные
вещества проникают вглубь материала. Считается, что чем глубже пропитана
древесина, тем более надежно она защищена. Наибольшей эффективности
можно достичь, если древесину пропитывают в автоклаве под давлением.
Отдавая предпочтение определенному антипирену, необходимо
принимать во внимание особенности горения каждого из типов древесного
материала.
Твердые вещества и материалы – это индивидуальные вещества и их
смесевые композиции с температурой плавления или каплепадения больше 50
°C, а также вещества, не имеющие температуру плавления (например,
древесина, ткани и т.п.).
Антипирены – вещества или смеси, добавляемые в материал (вещество)
органического происхождения для снижения его горючести.
Наиболее распространены водорастворимые, так как не требуют
применения опасных и горючих растворителей. Хорошим антипиреном
выступает смесь буры с борной кислотой и смесь фосфора натрия с сульфатом
аммония. Наиболее известные водорастворимые средства имеют в своем
составе соли фосфорной кислоты. Так диаммоний фосфат обычно применяют
в смеси с сульфатом аммония. Такой состав при нагревании выделяет
негорючий газ аммиак и образует оксислы фосфора. Окислы фосфора
покрывают материал огнеупорной защитной пленкой. Качество огнезащитной
обработки определяют по многочисленным показателям, к примеру – время до
обугливания и глубина прогорания древесины.
Диаммоний фосфат является кристаллогидратом и в первый период
выделяет воду, что также защищает древесину от возгорания.
Полукокс, образующийся на поверхности обработанной антипиреном
древесины, является теплоизолятором, который снижает поток тепла от
65
пламени к свежим слоям древесины. Этим достигается снижение скорости
4
1
3
2
5
термического разложения древесины, а, значит, и скорости ее горения.
5.3.1. Лабораторная работа №7 «Исследование влияния антипиренов на
процесс горения древесины»
Цель работы: Исследовать влияние антипиренов на скорость выгорания
древесины.
Материалы и оборудование, используемые в работе:
Рисунок 4.5 – Измерительная установка для исследования влияния
антипиренов на скорость выгорания древесины:
1-щелевая печь; 2-уравновешенные весы; 3-штатив для подвеса образца;
4 - лабораторный трансформатор (ЛАТР); 5- исследуемый образец.
Схема установки для проведения оценки влияния антипиренов на
скорость выгорания древесины представлена на рисунке 4.5.
Установка включает в себя весы, на которых установлен штатив с
подвешенным на нем образцом. Весы уравновешены. Образец помещен в
шелевую печь, нагретую до необходимой температуры.
66
По мере выгорания образца проводят регистрацию времени, которое
потребовалось для снижения массы образца на определенную величину.
Порядок проведения работы:
Огнезащитная эффективность образцов определяется согласно ГОСТ Р
53292–2009. Эксперименты проводятся с применением методик и средств
измерения по ГОСТ 30244–94.
1. На три образца древесины (l×b×h) с помощью кисти нанести
огнезащитный состав (расход антипирена примерно 300 г/м2 ).
2. Ещё три образца древесины пропитать посредством замачивания в
антипирене на 12 часов (расход антипирена примерно 600 г/м2).
3. Три образца не обрабатываются, так как они послужат в качестве
контроля.
4. Образцы довести до единой влажности при высушивании. Далее
образцы взвешивают на электронных весах и зафиксировать их массу.
5. После обработки антипиреном в древесину забивают по четыре
гвоздя с четырех сторон по «шляпку» – для того чтобы после эксперимента
оценить глубину обугливания. Подвесить образец за проволоку на штатив в
щелевую печь.
Проведение огневых испытаний
1. Древесину помещают в щелевую печь таким образом, чтобы он не
касался стенок печи, а торец его был на 5-10 мм ниже верхнего края печи.
Напряжение на ЛАТРе выставляют порядка 55В, что способствует нагреванию
печи около 3500С, на поверхности образцов температура составляет около
3000С. Перед каждым проведением испытания температура печи замеряется
пирометром (термопарой).
2. В ходе проведения испытаний, железный штатив, с подвешенным за
гвоздь образцом, устанавливается на электронные весы, по которым
фиксируется изменяющаяся масса образца.
3. На каждые 5 грамм уменьшения массы образца фиксируется время.
При суммарной потере 20 г испытание считается завершенным. После
67
проведения испытания образец зачищается с боковых граней от коксового
Образец
Размер образца
a х b х h, см
Площадь
поверхности
образца F, м2
Время выгорания
образца массой t, c
Глубина
выгорания
h, мм
…
Исходный
Обработанный
антипиреном
Пропитанный
антипиреном
F = 2· (a·b + a·h + b·h), cм
2
(4.5)
слоя, где забиты гвозди (рисунок 4.6).
Рисунок 4.6 – Обработанный антипиреном образец после теплового
воздействия
По гвоздям, измерительным прибором снимаются размеры от шляпки до
неповрежденной древесины образца. Результаты испытаний занести в таблицу
№ 4.3.
Таблица 4.3- Результаты испытаний
* Объект является трехмерным, то есть параллелепипедом (основание a×b —
прямоугольник, а боковые ребра h перпендикулярны основанию).
4. На основании полученных результатов построить график
зависимости потери массы от времени теплового воздействия на образцы:
необработанные антипиреном, обработанные антипиреном, пропитанные
антипиреном.
68
5. По результатам измерений для исходного образца вычислить
,
t
m
m
k
0
ln
(4.6)
,
tF
em
U
kt
в
*
)1(*
0
г/см2·с
(4.7)
,
t
h
U
л
см/с
(4.8)
Образец
Константа скорости реакции
горения k, с-1
Скорость
выгорания
Uв, г/(см2с)
Uл, см/с
Исходный
Обработанный антипиреном
Пропитанный антипиреном
константу скорости суммарной реакции горения.
где m – масса образца, г;
m0 - начальная масса образца, г;
t – общее время горения образца, сек;
6. Рассчитать среднюю скорость выгорания образца:
где F – площадь поверхности всего образца, см2.
7. Рассчитать константу скорости суммарной реакции горения и
среднюю массовую скорость выгорания образца, обработанного антипиреном.
8. Рассчитать линейную скорость выгорания исходной древесины и
обработанной антипиреном по формуле:
где h – глубина прогара образца, см;
9. Результаты занести в таблицу 4.4
Таблица 4.4 – Результаты расчета
1. Основные характеристики возникновения, распространение
пламени и горения твердых органических веществ.
2. Индекс распространения пламени по поверхности ТГМ.
Контрольные вопросы:
69
3. Основные макростадии процессов термического разложения
древесины.
4. Показатели токсичности продуктов горения ТГМ, практическое
применение.
5. Тление, его особенности. Температура тления, практическое
применение.
6. Приведенная массовая скорость выгорания, практическое
применение.
7. Причины токсичности для жизни человека продуктов горения
ТГМ.
8. Особенности горения пылевидных веществ.
9. Алгоритм процессов горения ТГМ.
10. Схема распространения пламени по поверхности ТГМ.
11. Показатель горючести ТГМ, практическое применение.
12. Состав продуктов термического разложения ТГМ.
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]