Расчёт температуры вспышки и температуры воспламенения

Температура вспышки – самая низкая температура вещества, при которой над поверхностью его образуются пары и газы, способные вспыхивать в воздухе от источника зажигания, но скорость образования паров ещё недостаточна для возникновения устойчивого горения.

Если повысить температуру жидкости и тем самым увеличить скорость образования горючих паров над ее поверхностью, можно добиться, что кратковременное воздействие источника зажигания вызовет не только вспышку паров, но и их последующее устойчивое горение.

Согласно ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения» жидкости, способные воспламеняться и гореть, по пожарной опасности подразделяются на два класса:

1. Легковоспламеняющиеся (ЛВЖ) – t _всп £ 61 ⁰С в закрытом тигле (бензин, керосин, ацетон, скипидар, бензол, сероуглерод, метиловый спирт и др.).

2. Горючие (ГЖ) t _всп >61 ⁰С в закрытом тигле (глицерин, этиленгликоль, мазут, минеральные и растительные масла).

Наименьшая температура вещества, при которой оно выделяет горючие пары и газы в таком количестве, что после их зажигания и удаления источника воспламенения устанавливается устойчивое пламенное горение, называется температурой воспламенения.

Температура воспламенения не намного больше температуры вспышки. Для ЛВЖ это различие составляет 1-5 ºC, для ГЖ - 30-35 ºC.

Таким образом,

для ЛВЖ: t _воспл = t _всп + (1 ¸ 5 ⁰), причём чем ниже t _всп, тем меньше эта разность.

для ГЖ: t _воспл = t _всп + (30 ¸ 35 ⁰)

Температуры вспышки и воспламенения являются основными показателями пожарной опасности жидкостей. Их значения для некоторых жидкостей приведены в таблице приложения 6.

Температуру вспышки жидкостей можно определить по формуле Элея:

, °С (68)

где: t _кип – температура кипения жидкости, °С;

К – коэффициент горючести, определённый по формуле:

, (69)

где С, S, H, O, N, Cl, F, Br – количество атомов указанных элементов в формуле горючего вещества.

По коэффициенту горючести определяют группу горючести вещества:

К £ 0 – вещество относится к группе негорючих веществ;

0 < К £ 1 – вещество относится к группе трудногорючих веществ;

К > 1 – группа горючих веществ.

ПРИМЕР: Определить температуру вспышки и воспламенения муравьиной кислоты, если её температура кипения составляет 101^оС. К какому классу относится данная жидкость? В помещении какой категории можно работать с этой жидкостью?

Решение:

, °С

К = 4·C + 4·S + H + N – 2·O – 2·Cl – 3·F – 5·Br;

Для данной жидкости К = 4·C + H – 2·O = 4·1 + 2·1 – 2·2 = 2.

= 101 – 18·Ö2 = 74,5^оС > 61 ^оС это ГЖ, категория помещения В.

Для ГЖ t _воспл = t _всп + (30 ¸ 35), ⁰С

t _воспл = 74, 5 + (30 ¸ 35), ⁰С = 104,5 ¸ 109, 5 ^оС.

Ответ: t _всп муравьиной кислоты 74, 5 ^оС, t _воспл = 104,5 ¸ 109, 5 ^оС, ГЖ категория В.

Если вещество имеет сложный состав (керосин, краска, эмаль), то температура вспышки рассчитываетсяпо формуле, ºС:

, (70)

формула справедлива при 0 ⁰С £ t _всп < 160 ⁰С.

ПРИМЕР: Определить температуру вспышки изоамилового спирта С₅Н₁₁ОН, если его НТПРП составляет 38 ^оС. Рассчитать его температуру воспламенения.

Решение:

< 61^оС – это ЛВЖ.

Для ЛВЖ t _воспл = t _всп + (1 ¸ 5) = 45,7 + (1 ¸ 5) ºС = 46,7 ¸ 50,7 ^оС.

Ответ: для изоамилового спирта t _всп = 45,7 ^оС, t _воспл = 46,7 ¸ 50,7 ^оС.

Метод расчета указанных показателей по формуле В. И. Блинова основывается на предположении, что концентрации паров жидкости и кислорода в потоке, направленном к поверхности горения, отвечают стехиометрическому составу, пар к пламени подводится благодаря молекулярной диффузии, а давление пара над жидкостью связано с температурой самой жидкости.

Формула Блинова имеет вид:

, (71)

где А - постоянная пpибора, зависящая от условий опыта;

Д_о - коэффициент диффузии, м²/с;

n - число молей кислорода, необходимое для полного сгорания одного моля пара жидкости;

Р _нп - давление насыщенного пара жидкости при Т _всп, Па.

При определении Т _всп по формуле (71) имеем два неизвестных - Т _всп и Р _нп, т. к. последняя величина должна быть взята именно при Т_всп. В таком случае поступают следующим образом.

Сначала находим произведение температуры вспышки и давления насыщенных паров: .

В дальнейшем задача сводится к тому, чтобы по известной зависимости давления насыщенных паров от температуры жидкости найти такую температуру, при которой произведение будет равняться найденной величине . Для этого можно воспользоваться приложением 12.

Формула В. И. Блинова является универсальной, по ней можно рассчитывать температуру вспышки в открытом и закрытом тигле, а также температуру воспламенения. Для этого в формуле (71) меняется только параметр А.

При определении:

температуры вспышки в закрытом тигле А = 28 (К×Па^.м²)/с;

температуры вспышки в открытом тигле А = 45,3 (К×Па^.м²)/с;

температуры воспламенения А = 53,3 (К×Па^.м²)/с.

ПРИМЕР: Вычислить температуру вспышки метилового спирта по формуле В.И. Блинова для закрытого тигля, если коэффициент диффузии паров спирта 16,2^.10^-6 м²/с. Результаты сравнить с экспериментальным значением температуры вспышки (279 К).

Решение:

1. Для решения задачи по формуле В.И. Блинова необходимо иметь значение коэффициента n, для чего записываем уравнение реакции горения этилового спирта:

CH₃OH + 1,5(О₂+ 3,76N₂) = СО₂ + 2Н₂О + 1,5·3,76N₂,

откуда n = 1,5.

2. Вычислим произведение .

При определении Т _всп в закрытом тигле параметр А = 28 (К×Па^.м²)/с, поэтому

.

3. Найдем такую температуру, при которой произведение будет равно 576 кПа·К. Тогда найденное значение температуры будет соответствовать температуре вспышки.

Воспользуемся для этого зависимостью давления насыщенного пара от температуры жидкости, приведенной в таблице приложения 12. Для этилового спирта при Т ₁ = 256,8 К давление паров составляет Р₁ = 1,33 кПа, а Р ₁ Т ₁ =·342 кПа×K. Это меньше, чем Р _всп Т _всп. При Т ₂ = 267 К давление паров Р ₂ = 2,666 кПа, а Р ₂ Т ₂ = 711 кПа×К. Это уже больше, чем Р _{всп ×}Т _всп. Значит, Т _всп имеет значение между Т ₁ и Т _2. Найдём его методом интерполяции:

Сравнение полученного значения с экспериментальным (279 К) показывает, что погрешность расчета по формуле В. И. Блинова составляет всего 2,7 К.

Ответ: температура вспышки метилового спирта 276,3 К.