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) — tвсп 61 0С в закрытом тигле (бензин, керосин, ацетон, скипидар, бензол, сероуглерод, метиловый спирт и др.).
• 2. Горючие (ГЖ) tвсп >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 єC, для ГЖ — 30−35 єC.

Таким образом, для ЛВЖ: tвоспл = tвсп + (1 5 0), причём чем ниже tвсп, тем меньше эта разность.

для ГЖ: tвоспл = tвсп + (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: tкип — 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 101оС. 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;

К = 4· C + H — 2· O = 4· 1 + 2· 1 — 2· 2 = 2.

=101 — 18· 2 = 74,5оС > 61 оС это ГЖ, категория помещения В.

Для ГЖ tвоспл = tвсп + (30 35), 0С.

tвоспл = 74, 5 + (30 35), 0С = 104,5 109, 5 оС.

Ответ: tвсп муравьиной кислоты 74, 5 оС, tвоспл = 104,5 109, 5 оС, ГЖ категория В.

Если вещество имеет сложный состав (керосин, краска, эмаль), то температура вспышки рассчитывается по формуле, єС:

(70).

формула справедлива при 0 0С tвсп 160 0С.

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

Решение:

< 61оС — это ЛВЖ.

Для ЛВЖ tвоспл = tвсп + (1 5) = 45,7 + (1 5) єС = 46,7 50,7 оС.

Ответ: для изоамилового спирта tвсп = 45,7 оС, tвоспл = 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;

До — коэффициент диффузии, м2/с;

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

Рнп — давление насыщенного пара жидкости при Твсп, Па.

При определении Твсп по формуле (71) имеем два неизвестных — Твсп и Рнп, т. к. последняя величина должна быть взята именно при Твсп. 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 (КПа.м2)/с;

температуры вспышки в открытом тигле А = 45,3 (КПа.м2)/с;

температуры воспламенения А = 53,3 (КПа.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 Твсп в закрытом тигле параметр А = 28 (КПа.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 Т1 = 256,8 К давление паров составляет Р1 = 1,33 кПа, а Р1Т1 =· 342 кПаK. Это меньше, чем РвспТвсп. При Т2 = 267 К давление паров Р2 = 2,666 кПа, а Р2Т2 = 711 кПаК. Это уже больше, чем Рвсп Твсп. Значит, Твсп имеет значение между Т1 и Т2. 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.