2. Экспериментальная часть

1. Провести пересчет концентрации паров (% об.) горючей жидкости в объеме жидкости. При заданных объемах и температуре нагретой емкости рассчитанные объемы жидкости при введении в нагретый стеклянный сосуд внутри печи обеспечивают концентрацию пара в паровоздушной смеси, соответствующую заданной объемной концентрации.

2. Экспериментально на лабораторной установке определить по показаниям пирометрического вольтметра температуру самовоспламенения горючей смеси при трех значениях концентрации (объема) паров горючей жидкости.

3. Рассчитать температуру самовоспламенения исследуемого вещества и сравнить с экспериментальными данными.

4. Построить зависимость температуры самовоспламенения от концентрации паров по экспериментальным данным.

2.1. Описание лабораторной установки

Н а рис.3 приведен вид лабораторной установки для определения температуры самовоспламенения методом "капли". Стеклянный открытый сосуд в виде колбы 1 помещен в нагревательную вертикальную электропечь 2. Основной нагревательный элемент 3 мощностью 1200 Вт равномерно распределен по высоте цилиндрической части печи, нагревательный элемент 4 мощностью 300 Вт для обогрева горла колбы монтируется в крышке печи, нагревательный элемент 5 мощностью 300 Вт для обогрева дна колбы устанавливают в днище печи. Каждый из нагревательных элементов получает ток от регулировочного автотрансформатора. 6,7,8 - термоэлектрические термометры повышенной точности, предназначенные для замера температуры стенок реакционной колбы. 9 – смотровое зеркало со штативом для наблюдения за поведением навески продукта внутри колбы.

Пробу исследуемой жидкости вносят в нагретую печь микрошприцом. Воздуходувкой или резиновой грушей продувают реакционную колбу от продуктов сгорания после каждого опыта.

2.2. Порядок выполнения лабораторной работы

1. Получить у преподавателя задание, где указаны объемы реакционного сосуда, на котором проводятся опыты, и исследуемое вещество, а также его концентрации, для которых необходимо экспериментально определить Т_СВ.

2. Из справочных таблиц учебного пособия выписывают известные физико-химические и пожароопасные свойства горючей жидкости.

3. Проводят ориентировочный расчет Т_СВ исследуемого вещества, руководствуясь методикой, изложенной в учебном пособии "Процессы горения" или в теоретической части данной работы [1].

4. Ориентируясь на расчетную температуру самовоспламенения, задают необходимое напряжение на автотрансформаторе и нагревают стеклянный сосуд до температур, указанных в табл.1; продолжают выполнять расчетную часть работы.

Таблица 1

Ориентировочная температура нагрева сосудов

Номер печи	Объем реакционного сосуда, л	Температура нагрева, С
1 2 3 4 5 6	1,5 1,5 1,0 0,97 0,76 0,75	300 300 350 350 450 450

Схема расчета объема вводимой жидкости

Объем жидкости, вводимой с помощью микрошприца в реакционный сосуд, рассчитывают по формуле (9)

(9)

где V_Ж – объем вводимой жидкости, л;

М – молекулярная масса;

_Г – заданная преподавателем концентрация горючей жидкости, % об. ;

V_C – объем реакционного сосуда, л ;

Р_атм – атмосферное давление, Па (мм. рт. ст.) ;

 – плотность жидкости, г/л ;

Р_о – атмосферное давление при н.у. 101325 Па (760 мм. рт. ст.) ;

Т – ориентировочная Т_СВ (из расчета по пункту 3), К ;

22,4 – объем 1 моля пара вводимой жидкости при н.у., л ;

Т_о – температура при н.у., 273 К.

Формула (9) получена из следующих соображений:

, , , ,

где m_Ж – масса вводимой жидкости ;

V_пара – объем паров горючей жидкости, отвечающий определенной концентрации пара.

5. Заносят в табл.2 расчетные объемы вводимой жидкости для всех заданных преподавателем концентраций.

6. Знакомятся с устройством микрошприца. Определяют число делений, соответствующее заданным концентрациям и объемам.

7. Рассчитывают (в % объемных) стехиометрическую концентрацию горючей жидкости в паровоздушной смеси при н.у. Для этого записывают уравнение реакции горения, например,

C₂H₅ОН + 3О₂ + 33,76 N₂ = 2CО₂ + 3H₂O + 33,76 N₂ ;

8. Определяют порядок проведения опытов для трех заданных концентраций. Так как минимальная Т_СВ достигается при стехиометрической концентрации, то целесообразно начинать опыты с той концентрации горючей жидкости, у которой Т_СВ будет большей (см.рис.2).

9. После достижения заданной температуры печи микрошприцом набирают необходимое количество жидкости, вводят его в отверстие сосуда и наблюдают за появлением пламени, которое может сопровождаться хлопком (взрывом), если пламя не появилось, температуру печи необходимо повысить.

10. После появления пламени при данной концентрации горючей жидкости опыт повторяют несколько раз, снижая в каждом случае температуру на 10С до тех пор, пока при какой-то температуре не прекратиться появление пламени.

Таблица 2

Исходные данные и расчетные объемы вводимой жидкости

Исследуемое вещество, химическая брутто-формула	Объем сосуда, л	Исходные данные ,	Заданные концент-рации	Объем вводимой жидкости
		 Т Ратм	1 = 2 = 3 =	V1 = V2 = V3 =

Таблица 3

Экспериментальные результаты

Экспериментальные результатыНомер опытов	Объем вводимой жидкости,	ТСВ стенок сосуда	Самовоспламенение		Уточненная концентрация
	л		да	нет	ГЖ при ТСВ
1,1 1,2 1,3 1,4	V1 =	Т1 = Т2 =
2,1 2,2 2,3 2,4 2,5	V2 =
3,1 3,2 3,3 3,6	V3 =

За Т_СВ принимают минимальную (в каждом опыте) температуру печи, при которой последний раз появляется пламя.

14. По полученным значениям Т_СВ и концентрации вводимой в реакционный сосуд ГЖ строят графики Т_СВ = f ( ) и на этом же графике откладывают значения расчетной Т_СВ при = , записывают вывод о зависимости Т_СВ от концентрации горючего в паровоздушной смеси (табл. 3).

Контрольные вопросы

1. Что называют температурой самовоспламенения?

2. Каковы необходимые и достаточные условия, чтобы горючая смесь могла самовоспламениться?

3. Является ли температура самовоспламенения константой, если нет, назовите параметры, от которых она зависит.

4. Что называется минимальной и стандартной температурами самовоспламенения?

5. Проанализируйте влияние на Т_СВ объема сосуда при прочих постоянных условиях существования горючей смеси.

6. Проанализируйте влияние изменения удельной поверхности на изменение температуры самовоспламенения, используя для этого уравнения, удовлетворяющие условиям самовоспламенения горючей смеси.

7. Как изменяются условия теплоотвода при изменении (увеличении, уменьшении) удельной поверхности сосуда, в котором находится горючая смесь?

8. Каким образом изменится Т_СВ горючей смеси при изменении концентрации горючего в ней? Ответ мотивируйте.

9. Каким образом влияют на численное значение Т_СВ добавки инертных веществ, например, углекислого газа, азота и т.д.? Ответ мотивируйте.

10. Как изменится температура самовоспламенения, если изменить концентрацию горючего в паровоздушной смеси от _Н до _СТЕХ? Ответ поясните записью соответствующих формул.

11. Графически в координатах q-Т покажите, как изменится Т_СВ при изменении удельной поверхности сосуда (S/V) с горючей смесью?

12. Покажите с помощью формул при каких условиях Т_СВ горючей смеси с одним и тем же содержанием горючего будет больше: если сосуд имеет форму цилиндра или форму шара?

13. Как влияет на Т_СВ химическое строение горючего вещества? Почему Т_СВ углеводородов с одним и тем же числом углеродных атомов больше, чем Т_СВ простых эфиров?

14. Приведите пример, основываясь на данных таблиц учебного пособия, показывающий, как меняется температура самовоспламенения в пределах гомологического ряда? Объясните наблюдающуюся закономерность.

15. Назовите методы определения температуры самовоспламенения.

16. Дайте определение периода индукции.

17. Объясните как изменяется период индукции при увеличении начальной температуры горючей смеси?

18. Нарисуйте в координатах q-T график, иллюстрирующий условия самовоспламенения горючей смеси.

19. Запишите в математической форме критические условия самовоспламенения.

20. Чем отличается явление самовоспламенения от самовозгорания?

21. Рассчитайте температуру самовоспламенения пропана и пропанола-1 и сравните их значения. Объясните причину различия в температурах самовоспламенения.

22. Какое значение в практике пожарной охраны имеет температура самовоспламенения? Где и как ею пользуются?

23. Где в практике используют зависимость температуры самовоспламенения от величины удельной поверхности?