7 Расчёт давления взрыва при различных концентрациях
Согласно формуле 3 величина давления в сосуде определяется температурой взрыва и изменением числа молей в ходе химического превращения.
Рвзр
= Р0
(2.1)
Количество молей в исходной горючей смеси nгс = nг + α· n0в,
где α· n0в - практическое количество молей воздуха в газо-воздушной смеси.
Например, для смеси с концентрацией горючего вещества, равной НКПР
п
гс
= 1 + 2,18 · 7,02 = 16,3
,
а давление взрыва
Рвзр
= 97
Таким
образом, давление при взрыве смеси на
нижнем концентрационном пределе
возрастает в (
)
~ 6,2 раза.
Для стехиометрической смеси а = 1, тогда
Аналогично рассчитываем значения температуры взрыва для других концентраций горючего вещества. Результаты расчётов сводим в таблицу 1.2.
Таблица 1.2 – Результаты расчета температуры взрыва
φ г, % об. |
6,14 |
7,37 |
8,60 |
10,0 |
12,5 |
T взр, К |
1811 |
2060 |
2297 |
2548 |
2971 |
7 Расчёт давления взрыва при различных концентрациях
Согласно формуле 3 величина давления в сосуде определяется температурой взрыва и изменением числа молей в ходе химического превращения.
Рвзр = Р0 (2.1)
Количество молей в исходной горючей смеси nгс = nг + α· n0в,
где α· n0в - практическое количество молей воздуха в газо-воздушной смеси.
Например, для смеси с концентрацией горючего вещества, равной НКПР
п гс = 1 + 2,18 · 7,02 = 16,3 ,
а давление взрыва
Рвзр = 97
Таким образом, давление при взрыве смеси на нижнем концентрационном пределе возрастает в ( ) ~ 6,2 раза.
Для стехиометрической смеси а = 1, тогда
пгс = 1 +1 · 7,02 = 8,1
и
Рвзр =
97
При взрыве стехиометрической смеси давление в системе возрастёт в ( ) ~ 10 раз.
Обратите внимание, что для данной смеси горючих веществ в результате химического превращения суммарное число молей в системе уменьшается. Это вызвано тем, что в смеси горючих веществ содержится много СО (75% об.), а при взаимодействии оксида углерода с кислородом происходит уменьшение числа молей (см. брутто-уравнение химической реакции горения СО).
Расчёты величины давления взрыва проводим и для других концентраций горючего вещества. Полученные значения заносим в таблицу 2.1.
|
Таблица 2.1 – Значения давления взрыва при различной концентрации горючего вещества
φг, % об. |
6,14 |
7,37 |
8,60 |
10,0 |
12,5 |
nГС, моль/моль |
16,3 |
13,6 |
11,6 |
9,98 |
8,02 |
Рвзр, кПа |
599 |
679 |
757 |
839 |
973 |
Рвзр/Р0 |
6,2 |
7,0 |
7,8 |
8,6 |
10,0 |
3. Построение зависимости Твзр=f (φг) и Рвзр=f (φг) и оценка возможности разрушения технологического оборудования при взрыве газо-воздушной смеси.
Для установления концентрационных границ взрыва газо-воздушной смеси горючих веществ заданного состава рассчитаем верхний концентрационный предел распространения пламени.
Согласно справочным данным
=
74 % об.,
= 15,0 % об.,
=
7,7 % об.
В соответствии с правилом Ле-Шателье:
(2.2)
Зависимости температуры и давления взрыва от концентрации горючего вещества построим на основании расчётных данных, приведённых в таблицах 1.2 и 2.1.
6 7 8 9 10 11 12 13
φ Г, % об.
Рис. 1 - Зависимость температуры взрыва от концентрации горючего в газо-воздушной смеси
φ Г, % об.
Рис. 2 - Зависимость давления взрыва от концентрации горючего вещества в газо-воздушной смеси
Из анализа полученных расчётных зависимостей Твзр=f (φг) и Рвзр=f (φг) можно сделать следующие выводы:
С увеличением содержания горючего вещества в газо-воздушной смеси от концентрации, равной нижнему концентрационному пределу распространения пламени до стехиометрической концентрации температура и давление взрыва увеличиваются. Температура взрыва повышается в 1,64 раза, а давление взрыва в 1,62 раза. Максимальное значение давления взрыва для заданной газо-воздушной смеси составляет 973 кПа, что превышает начальное давление в 10 раз.
При взрыве газо-воздушной смеси с концентрацией горючего вещества выше 7,7% давление взрыва превысит предельное значение, установленное для данного технологического оборудования, в связи с чем возникнет опасность его разрушения.