Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Химия процессов горения. Практикум для СПО
.pdf
4.2. При разливе ЛВЖ и органических веществ объѐмом до 50 мл
погасить открытый огонь спиртовки и проветрить помещение. Если разлито
более 100 мл, удалить курсантов и слушателей из лаборатории, погасить
открытый огонь спиртовки и отключить систему электроснабжения
помещения устройством вне лаборатории. Разлитую жидкость засыпать
сухим песком или опилками, влажный адсорбент собрать деревянным совком
в закрывающуюся тару и проветрить помещение до полного исчезновения
запаха.
4.3. При разливе ЛВЖ и их загорании, немедленно эвакуировать
курсантов (слушателей) из лаборатории, сообщить о пожаре по телефону
«01» или «112» и дежурному по академии, затем приступить к тушению
очага возгорания имеющимися первичными средствами пожаротушения.
4.4. В случае, если разбилась лабораторная посуда, не собирать еѐ
осколки незащищѐнными руками, а использовать для этой цели щѐтку и
совок.
5. Требования безопасности по окончании работы
5.1. Привести в порядок рабочее место, убрать все химреактивы на
свои места в лаборантскую.
5.2. Отработанные растворы реактивов слить в специальную тару с
крышкой для последующей утилизации.
5.3. Выключить вентиляцию вытяжного шкафа.
5.4. Отключить приборы от электрической сети.
5.5. Снять спецодежду, средства индивидуальной защиты и тщательно
вымыть руки с мылом.
5.6. Проветрить помещение лаборатории.
11
Лабораторная работа 1. Структура пламени, продукты горения
Вариант 1.
Исследование структуры пламени и его параметров
Цель работы: Экспериментальным путем определить структуру
пламени и его температуру в различных зонах.
Приборы:
Газовая горелка Теклю или спиртовка,
Пирометр Dual Laser IR Video Thermometer Model VIR50, термопара
(тип "К" медно-никелевая), стальная проволока, секундомер.
Теоретическая часть: горение всех жидких, газообразных и
большинства твердых веществ сопровождается образованием пламени.
Пламя образуется при горении тех веществ, которые разлагаясь или
испаряясь, выделяют газообразные продукты [1,2]. Таким образом, пламя
представляет газовый объем, в котором происходит процесс горения паров и
газов. Без пламени горят твердые вещества: кокс, графит, антрацит, сажа,
древесный уголь и др. Большинство из них не разлагается и не образует при
нагревании газов, либо образует их в количестве, недостаточном для горения
(древесный уголь) [2,3].
Пары и газы, выделяющиеся из горючего вещества, не содержат
свободного кислорода и для их горения необходим воздух. Кислород воздуха
проникает к месту горения путем диффузии, поэтому образующееся пламя
имеет определенное строение и называется диффузионным. Таким пламенем
горят большинство горючих веществ, если их пары и газы, образующиеся
при горении, не смешаны предварительно с воздухом [1,2].
Диффузионное пламя имеет три слоя (рисунок 1.1.), ясных границ
между которыми в действительности не существует, но каждый из них
12
отличается своим составом газов, протекающими процессами, температурой
и другими особенностями.
Внутренний слой (1) состоит из паров и газов, выделяющихся из
горючего вещества в результате его нагревания. Горения в этом слое не
происходит, поэтому температура здесь наиболее низкая, по сравнению с
температурой других слоев.
В местах, примыкающих к следующему слою (2) пламени, температура
паров и газов становится более высокой, и здесь начинается разложение
сложных молекул паров на более простые. Объем этой зоны пламени бывает
очень велик и зависит от величины площади, выделяющей газообразные
продукты, скорости их выделения или испарения, а также скорости горения.
Увеличение объема пламени, при увеличении скорости выделения паров и
газов, можно наблюдать, например, при горении жидкости [2]. Начальный
момент горения сопровождается образованием небольшого пламени, т.к. в
этот период температура поверхностного слоя жидкости, а вместе с ней и
скорость испарения паров – невелики. По мере нагревания жидкости
увеличивается упругость ее паров и скорость испарения, а вместе с ними и
величина пламени. Увеличение пламени прекращается, когда температура
поверхностного слоя жидкости достигает или близка к температуре кипения
и устанавливается равновесие между количеством тепла, необходимым для
испарения, и количеством тепла, излучаемым пламенем на горящую
поверхность жидкости. В этом слое (2) пламени происходит окисление паров
и газов и их неполное горение. Воздух поступает в этот слой в ограниченном
количестве, т.к. большая его часть вошла в химическое соединение при
диффузии через наружный слой. Температура здесь много выше, чем в
первом слое и приближается к максимальной температуре пламени.
Разложение горючих продуктов и недостаток воздуха для полного горения
ведут к образованию в этом слое свободного углерода, который находится в
свободном состоянии и светится. Свет, испускаемый этим слоем образует
видимое пламя [1,2,10].
13
При горении органических веществ, богатых углеродом, образующийся
свободный углерод не успевает сгорать и выделяется в виде копоти.
Образование копоти происходит в верхней части пламени, где условия
диффузии кислорода из воздуха наиболее неблагоприятны.
В наружном слое (3) пламени происходит полное горение продуктов,
образовавшихся в предыдущем слое. Здесь горят окись углерода и водород,
пламя которых, как известно, имеет синий цвет, заметный только в темноте.
В одном и том же поперечном сечении пламени температура
рассматриваемого слоя превышает, хоть и незначительно, температуру
предыдущего слоя. Наиболее высокая температура пламени наблюдается у
границы двух слоев (2 и 3).
Рисунок 1.1. Схема диффузионного пламени.
1 – внутренний слой пламени; 2 – слой пламени высоких температур;
3 – наружный слой пламени, слой полного горения
В таблице 1.1 приведены вычисленные теоретические температуры
горения некоторых газов при горении их в воздухе и в кислороде.
Действительная температура пламени этих веществ несколько ниже.
14
Таблица 1.1 – Теоретические температуры горения газов
Наименование
горючего газа
Химическая
формула
Максимальная
температура пламени,
о
С
Максимальная температура
пламени при горении в
кислороде, оС
Ацетилен
С2Н2
2200
3105
Водород
Н2
2130
3150
Метан
СН4
1950
3020
Окись углерода
СО
2095
2675
Светильный газ
СН4 + Н2
1975
3030
Температуру горения газа бутана измеряют с помощью различных
термопар (рисунок 1.2.) и пирометрами излучения (рисунок 1.3.).
Термопары
Принцип действия термопар (термоэлектрических пирометров) основан
на свойстве двух разнородных проводников создавать
термоэлектродвижущую силу (термо-ЭДС) при нагревании места их
соединения — спая. Проводники в этом случае называются
термоэлектродами, а все устройство — термопарой.
Величина термо-ЭДС термопары U зависит от материала
термоэлектродов и разности температур горячего спая и холодных спаев.
Рисунок 1.2. Схема термопары
15
Поэтому при измерении температуры горячего спая температуру холодных
спаев стабилизируют или; вводят поправку на ее изменение.
Термопары являются первичными преобразователями температуры в
ЭДС — сигнал, удобный для дистанционной передачи. Поэтому в
измерительную цепь за термопарой может быть сразу включен
измерительный прибор. Для измерения ЭДС термопары обычно применяют
автоматические потенциометры.
В промышленности применяют различные термопары, термоэлектроды
которых изготовлены как из чистых металлов (платина), так и из сплавов
хрома и никеля (хромель), меди и никеля (копель), алюминия и никеля
(алюмель), платины и родия (платинородий), вольфрама и рения
(вольфрамрений). Материалы термоэлектродов определяют предельное
значение измеряемой температуры. Наиболее распространенные
термоэлектродные пары образуют стандартные термопары: хромель-копель
(предельная температура 600°С), хромель-алюмель (предельная температура
1000°С), платинородий-платина (предельная температура 1600°С) и
вольфрамрений с 5% рения — вольфрамрений с 20 % рения (предельная
температура 2200°С). Промышленные термопары отличаются высокой
стабильностью и воспроизводимостью градуировочных характеристик, что
позволяет заменять их без какой-либо переналадки остальных элементов
измерительной цепи.
Термопары, как и термометры сопротивления, устанавливают в
защитных чехлах, на которых указан тип термопары. Для
высокотемпературных термопар применяют защитные чехлы из
теплостойких материалов: фарфора, оксида алюминия, карбида кремния и т.
п.
Пирометры излучения
Пирометры излучения предназначены для бесконтактного измерения
температуры по тепловому излучению нагретых тел. Наиболее
распространены радиационные пирометры (рисунок 1.3).
16
Рисунок 1.3. Принцип действия пирометра излучения
Действие радиационного пирометра основано на измерении всей
энергии излучения нагретого тела. Лучи от нагретого тела объективом
фокусируются на зачерненной пластинке и нагревают ее. Температура
пластинки при этом оказывается пропорциональной энергии излучения,
которая, в свою очередь, зависит от измеряемой температуры. Для измерения
температуры пластинки обычно применяют батарею последовательно
включенных термопар, ЭДС которой измеряется автоматическим
потенциометром.
В комплект пирометра входят телескоп, измерительный прибор и
вспомогательное оборудование, предназначенное для защиты телескопа от
воздействия измеряемой среды (копоти, пыли, высокой температуры).
Экспериментальная часть: До начала проведения эксперимента
необходимо ознакомиться с техникой безопасности при работе с газовой
горелкой, с методикой работы контрольно-измерительных приборов и
получить допуск у преподавателя.
17
Для получения допуска к работе ознакомиться с методикой
выполнения эксперимента, составить схему в журнале для лабораторных
работ, зарисовать схему лабораторной установки (рисунок 1.4). После
получения допуска приступить к работе.
Рисунок 1.4.Схема лабораторной установки с горелкой Теклю.
Установка включает в себя лабораторную горелку Теклю, в которую из
баллона подается горючий газ. Термопара предназначена для исследования
температуры внутренних зон пламени. Температура регистрируется по
гальванометру (см. рисунок 1.5 и 1.6.).
18
Рисунок 1.5. Установка для изучения структуры пламени
Рисунок 1.6. Термопара (тип "К")
Примечание: в случае отсутствия горелки эксперимент можно провести
со спиртовкой по той же методике.
19
Ход работы:
Работать в вытяжном шкафу!
1. Зажечь горелку (спиртовку) и установить диффузионное пламя
высотой 10 – 15 см. (рисунок 1.7). Направить на пламя пирометр и
определить его температуру в нескольких точках. Записать данные в
лабораторный журнал. Повторить измерения 3 раза.
2. На 2-3 секунды внести поперек в среднюю зону пламени лучинку
или стальную проволоку и зафиксировать места их обгорания (наиболее
интенсивного нагрева).
3. С помощью термопары измерить температуру пламени в точках
пограничных зон в зависимости от высоты пламени. Примерные точки
измерения для диффузионного пламени указаны на рисунке 1.7. Затем с
помощью термопары определить температуры пламени в различных его
точках (нижней, средней и верхней), рассчитать средние температуры зон
пламени.
Измерения температуры повторить 3 раза. Записать наблюдения в
лабораторный журнал в таблицу. Зарисовать схему диффузионного пламени,
указать на ней зоны паров и газов.
Навести порядок на рабочем месте.
Рисунок 1.7. Диффузионное пламя
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]