Расчет температур вспышки и воспламенения

Температура вспышки - минимальная температура жидкости, при ко-торой в условиях специальных испытаний происходит воспламенение па-ров жидкости при кратковременном воздействии высоко энергетического52

источника без последующего перехода горения в стационарный диффузи-онный режим.

Температура воспламенения - минимальная температура жидкости, при которой в условиях специальных испытаний, происходит воспламене-ние паров при кратковременном воздействии высоко энергетического ис-точника с последующим переходом горения в стационарный диффузион-ный режим.

Наиболее распространенным и достаточно точным является расчет температур вспышки и воспламенения по формуле В.И. Блинова

где T ВС(ВП) - температура вспышки (воспламенения); Р НП - давление на-сыщенного пара при температуре вспышки (воспламенения); Д - коэффи-циент диффузии паров горючего в воздухе; n - стехиометрический коэф-фициент при кислороде - количество молей кислорода, необходимое для полного окисления (до СО2, Н2O, SO2)  одного моля горючего вещества; А - константа метода определения (табл. 3.1).

Т а б л и ц а 3.1
Температура, К	Значение параметра A, м2 • К • Па
	с
Вспышки в закрытом тигле Вспышки в открытом тигле Воспламенения	28,0 45.3 53.3

 

Коэффициенты диффузии некоторых газов и паров в воздухе при нормальных условиях (Д0) приведены в табл. 12 приложения. При их от-сутствии последние определяют по формуле

где Д0 - коэффициент диффузии, м2/с; m i - количество i -го элемента в мо-лекуле горючего вещества; D M i - атомные (элементные) составляющие (табл. 3.2).

При температуре, отличающейся от нормальной, коэффициент диф-фузии Д может быть рассчитан по соотношению

где n - показатель, значение которого приведено в табл. 12 приложения.

Т а б л и ц а 3.2
Название i -го элемента	Значение D M *
Углерод (C)	25 - 50
Водород (H)	1
Кислород (O)	17
Азот (N)	16
Сера (S)	48
Хлор (Cl)	37
Бром (Br)	79
Йод (J)	104
Фтор (F)	16

 

* Значение D M зависит от числа атомов углерода и их положения в молекуле горючего:

1)  D M = 25 - для атомов углерода, входящих в ароматический цикл;

2)  D M = 25 + ЗС - для атомов углерода в открытой цепи, если их коли-чество меньше или равно восьми (С, 8);

3)  D M = 50 - для атомов углерода в открытой цепи при С > 8;

4)  D M = 25 + 2С - для атомов углерода, входящих в неароматический цикл при С< 8;

5)   D M = 42 - для атомов углерода, входящих в неароматический цикл, если C > 8.

Простым, но менее точным является расчет температур вспышки в за-крытом тигле по формуле Элея

где t ВС - температура вспышки, оС; t КИП - температура кипения, оС; k -коэффициент, определяемый по формуле:

k = 4 m C + m H + 4 m S + m N – 2 m O – 2 m Cl – 3 m F – 5 m Br,

где m C, m Н, 4 m S, m N, m O, m Cl, m F, m Br - количество элементов углерода, водорода, серы, азота, кислорода, хлора, фтора, брома в молекуле горюче-го вещества.

Температура вспышки в закрытом тигле может быть определена по нижнему температурному пределу воспламенения

Эта формула применима, если 0 < t ВС < 160 °С.

римеры П р и м е р 1. По формуле В.И. Блинова определить температуру вос-пламенения бутилового спирта.

Р е ш е н и е.

1.Определим значение стехиометрического коэффици-ента С4Н9ОН + 6O2 = 4СО2 + 5Н2О. Следовательно, n =6.

2. Определим значение коэффициента диффузии по формуле (3.4).

Для этого по табл. 3.2 устанавливаем, что D M = 25 + 3.4 = 37, тогда

3. По табл.3.1 выберем значение А = 53,3 и по формуле (3.3) опреде-лим произведение

4. По табл. 7 приложения задаемся температурой 326,4 К, давление насыщенного пара при которой равно 5333 Па.

Произведение Т 1 Р 1 = 326,4×5333 = 1740×103 К×Па

Сравнивая полученное значение с вычисленным в п.3, устанавливаем, что Т ВП Р НП< Т 1 Р 1.

5. Задаемся по табл. 7 приложения меньшей температурой 314,5 К.

Давление насыщенного пара при этом равно 2666 Па.

Т 2 Р 2 = 314,5×2666 = 5840×103 К×Па.

Так как Т 2 Р 2 > Т ВП Р НП, линейной интерполяцией находим значение темпе-ратуры воспламенения

Справочное значение температуры воспламенения составляет 314 К. 

Погрешность расчета

П р и м е р 2. По формуле Элея определить температуру вспышки бензола в закрытом тигле.

Р е ш е н и е. Для расчета по формуле (3.5) необходимо знать темпера-туру кипения бензола (С6Н6) и значений коэффициента k. Температура ки-пения бензола 353 К или 80 оС. Величину k определим по формуле (4.6)

k = 4×6 + 6= 30.

Определим искомую величину температуры вспышки

Согласно справочным данным, температура вспышки бензола равна 259 К. Определим ошибку расчета

Результат расчета занижен менее чем на 2 %.

Контрольные задачи

1. По формуле В.И. Блинова определить температуру вспышки в от-крытом сосуде уксусно-метилового эфира.

2. По формуле В.И. Блинова рассчитать температуру воспламенения бензола.

3. По формуле Элея рассчитать температуру вспышки 2-метилгексана (tКИП = 90,1 оС).

4. Рассчитать температуру вспышки в закрытом тигле стирола (С8Н8) по формулам В.И. Блинова и Элея. Оценить точность расчета, если Т ВС стирола по справочным данным равна 303 К.

5. Определить температуру вспышки в закрытом тигле акриловой ки-слоты по формулам В.И. Блинова и Элея.

Домашнее задание

  Рассчитать температуру вспышки (воспламенения) i-го вещества по формуле В.И. Блинова. Значение ДO взять из справочной литературы или определить по формуле (3.4). Сравнить вычисленные значения температу-ры вспышки (воспламенения) с имеющимися справочными данными и оценить погрешность расчета (табл. 3.3).

	Т а б л и ц а 3.3
Номер вари­анта	Горючее вещество	Химическая формула	Условие задачи*
1	Уксусный альдегид	C2H4O	Температура вспышки в за­крытом тигле
2	Ацетон	СзНбО	Температура воспламенения
3	Пропилбензол	C9H12	Температура вспышки в от­крытом тигле
4	Окись этилена	C2H4O	Температура воспламенения
5	Сероуглерод	CS2	Температура воспламенения
6	Метиловый спирт	CH4O	Температура вспышки в за­крытом тигле
7	Толуол	C7H	Температура воспламенения

 

	О к о н ч а н и е т а б л и ц ы 3.3
Номер вари­анта	Горючее вещество	Химическая формула	Условие задачи*
8	Этилбензол	CsHw	Температура воспламенения
9	Диэтиловый эфир	(C2H5)2O	Температура вспышки в от­крытом тигле
10	Метилэтил кетон	СдН8О	Температура воспламенения
11	Бутилформиат	C5H10O2	Температура вспышки в от­крытом тигле
12	Амиловый спирт	C5H12O	Температура вспышки в от­крытом тигле
13	Бутиловый спирт (третичный)	C4H10O	Температура воспламенения
14	2-метилбутан	C5H12	Температура вспышки в за­крытом тигле
15	Октан	C8H18	Температура воспламенения
16	Этилцикло -пентан	C7H14	Температура воспламенения
17	Уксуснопропи- ловый эфир	C5H12O	Температура вспышки в за­крытом тигле
18	Уксусноэтило-вый эфир	C4H10O	Температура воспламенения
19	Пропиловый спирт (вторичный)	C3H8O	Температура воспламенения
20	Бутилбензол	C10H14	Температура вспышки в от­крытом тигле
21	Изобутиловый спирт	C4H10O	Температура вспышки в за­крытом тигле
22	Бензиловый спирт	C7H8O	Температура воспламенения
23	Этиловый спирт	C2H6O	Температура вспышки в от­крытом тигле
24	Ацетон	C3H6O	Температура вспышки в за­крытом тигле
25	Уксусный ангид­рид	C4H6O3	Температура воспламенения
26	Амиловый спирт	C5H12O	Температура вспышки в за­крытом тигле
27	Бромистый бензол	C6HjBr	Температура воспламенения