Примеры

Пример 1. По предельной теплоте сгорания определить нижний концентрационный предел воспламенения бутана в воздухе.

Решение.

Для расчета по формуле (3.1) в табл. 3 приложения находим низшую теплоту сгорания вещества. В данном случае она составляет 2882,3 кДж/моль. Эту величину переводим в кДж/м³:

По формуле (3.1) определим НКПВ:

По табл. 4 приложения находим, что экспериментальное значение Относительная ошибка расчета, следовательно, составляет:

Пример 2. Определить концентрационные пределы воспламенения этилена в воздухе.

Решение.

Расчет КПВ проводим по аппроксимационной формуле. Определим значение стехиометрического коэффициента при кислороде:

C₂H₄ + 3O₂ = 2CO₂ + 2H₂O.

Таким образом, n=3. Тогда имеем:

Определим относительную ошибку расчета. По табл. 4 приложения находим, что экспериментальные значения КПВ равны 3,0 – 32,0. Тогда имеем:

;

Следовательно, при расчете НКПВ этилена результат завышен на 8 %, а при расчете ВКПВ – занижен на 40 %.

Пример 3. Определить концентрационные пределы воспламенения насыщенных паров метанола в воздухе, если известно, что его температурные пределы равны 280312 К. Атмосферное давление – нормальное.

Решение.

Для расчета по формуле 3.3 необходимо определить давления насыщенных паров, соответствующие нижнему (280 К) и верхнему (312 К) температурным пределам воспламенения.

По табл. 7 приложения находим, что давление насыщенного пара метанола на нижнем температурном пределе воспламенения находится между 53,3 и 80,0 гПа. Так как ближайшие к НТПВ температуры в таблице равны 278 и 285,1 К, линейной интерполяцией находим давление, соответствующее нижнему температурному пределу (280 К):

гПа.

Давление насыщенного пара метанола, соответствующее верхнему пределу, находится между 266,6 и 533,3 гПа:

гПа.

По формуле (3.3) определим КПВ:

Экспериментальные значения КПВ метанола равны 6,0-34,7 % (табл. 5 приложения). Относительная ошибка расчета составляет:

Следовательно, результаты расчета ВКПВ по известному значению ВТПВ занижены на 3,1 %. Это, вероятно, связано с ошибкой определения давления насыщенного пара методом интерполяции.

Пример 4. Определить концентрационные пределы воспламенения газовой смеси состава: 40 % пропана, 50 % бутана и 10 % пропилена.

Решение.

Для расчета КПВ смеси газов по формуле Ле-Шателье (3.4) необходимо определить КПВ индивидуальных горючих веществ, методы расчета которых рассмотрены выше:

С₃Н₈ – 2,1-9,5 %; С₄Н₁₀ – 1,9-9,1 %;С₃Н₆ – 2,2-10,3 %;

Пример 5. Определить минимальное количество диэтилового эфира (в кг), способное при испарении в емкости объемом 350 м³ создать взрывоопасную концентрацию.

Решение.

Концентрация будет взрывоопасной, если ( концентрация паров горючего вещества).

Расчетом (см. примеры 1-3) или по табл. 5 приложения находим НКПВ диэтилового эфира, который равен 1,7 %.

Определим объем паров диэтилового эфира, необходимый для создания в объеме 350 м³ этой концентрации:

Таким образом, для создания НКПВ диэтилового эфира в объеме 350 м³ необходимо 5,95 м³ его паров. Принимая во внимание, что 1 кмоль (74 кг) газа, приведенный к нормальным условиям, занимает объем равный 22,4 м³, находим количество диэтилового эфира:

Пример 6. Определить, возможно ли образование взрывоопасной концентрации в объеме 50 м³ при испарении 5 кг гексана, если температура окружающей среды 300 К.

Решение.

Очевидно, что паровоздушная смесь будет взрывоопасной, если При 300 К объем паров гексана, образующийся в результате испарения 5 кг вещества, найдем, принимая во внимание, что при испарении 1 кмоля (86 кг) гексана при температуре 273 К объем паровой фазы будет равен 22,4 м³:

Концентрация паров гексана в помещении объемом 50 м³, следовательно, будет составлять:

Определив концентрационные пределы воспламенения гексана в воздухе (1,2-7,5%), видим, что образующаяся смесь является взрывоопасной.

Пример 7. Определить, образуется ли взрывоопасная концентрация насыщенных паров над поверхностью резервуара, содержащего 60 % диэтилового эфира и 40 % этилового спирта при температуре 245 К.

Решение.

Концентрация паров будет взрывоопасной, если ( концентрация насыщенных паров смеси).

Очевидно, что в результате различной летучести веществ состав газовой смеси будет отличаться от жидкой. Содержание компонентов в газовой фазе по известному составу жидкой определим по закону Рауля для идеальных жидкостей.

Определим мольный состав жидкой фазы:

где – мольная доля i-го вещества;

q_i – массовая доля i-го вещества;

М_i- молекулярная масса i-го вещества (М_дэ=74, М_эс=46).

По табл. 7 приложения методом линейной интерполяции определим давление насыщенного пара при 245 К над индивидуальными жидкостями:

гПа;

гПа.

Согласно закону Рауля парциальное давление насыщенных паров i-й жидкости над смесью равно произведению насыщенного пара над чистой жидкостью на ее мольную долю в жидкой фазе:

гПа; гПа.

Приняв сумму давлений насыщенных паров диэтилового эфира и этилового спирта (25,58+1,2) равной 100 %, определим:

а) концентрацию паров в воздухе:

б) мольный состав газовой фазы (закон Рауля-Дуартье):

На основании КПВ индивидуальных веществ (диэтиловый эфир 1,7-49 %, этиловый спирт - 3,6-19 %) по формуле Ле-Шателье рассчитаем КПВ паровой фазы:

Сравнивая полученную концентрацию паровоздушной смеси с КПВ, делаем заключение, что при 245 К над данной жидкой фазой образуется взрывоопасная концентрация насыщенных паров.