Laboratorium: Spalanie i Paliwa

Temat ćwiczenia: Własności wybuchowe pyłów

I. Wstęp teoretyczny

• Wybuch - lub inaczej eksplozja chemiczna jest to gwałtowna reakcja chemiczna połączona z intensywnym wydzielaniem ciepła, zdolna do samopodtrzymującej się propagacji w materiale.

• Warunki konieczne do wystąpienia wybuchu pyłowego:

  - pył

  - powietrze

  - mieszanie

  - ograniczona przestrzeń

  - zapłon

• Inicjacja wybuchu następuje w wyniku zapłonu mieszanki palnej, może ona nastąpić po wymuszonym lub samorzutnym zapłonie.

  Samorzutny zapłon występuje wtedy, gdy temperatura mieszanki palnej osiągnie taką wartość, że następuje lawinowa reakcja bez jakiejkolwiek ingerencji z zewnątrz. Samorzutny zapłon może się rozwinąć w dwojaki sposób: cieplny i łańcuchowy.

  Zapłon wymuszony odbywa się przez dostarczenie energii (pod różną postacią wyzwalaną w różnorakich procesach) do mieszanki palnej, która osiągnęła pewną wartość temperatury.

• Charakterystyki wybuchów:

  Wykres 1.

  Wybuch cieplny

  Wykres 2.

  Wybuch łańcuchowy

  Wykres 3.

  Zapłon wymuszony

  II. Schemat układu pomiarowego

  

  III. Tabela 1. Pomiary i obliczenia

Lp.	Koncentracja pyłu	Maksymalne ciśnienie wybuchu	Maksymalna prędkość narostu ciśnienia	Współczynnik wybuchowości
	c	pmax	(^dp/dt)max	K
	^kg/m^3	bar	^bar/s	^MPa*m/s
1	0,030	0,9718	12,45	0,351
2	0,060	2,9808	26,38	0,744
3	0,100	4,5004	39,32	1,108
5	0,125	5,0637	55,14	1,554
6	0,125	5,1328	59,01	1,663
7	0,200	6,9181	82,65	2,330
8	0,250	7,2861	113,19	3,191
9	0,500	8,2651	179,09	5,048
10	0,750	8,3289	194,08	5,471
12	1,000	8,1944	203,52	5,737
14	1,250	7,9654	187,00	5,271
15	1,500	7,9654	109,45	3,085

IV. Przykładowe obliczenia

Obliczanie klasy wybuchowości pyłu K_st

$$K_{\text{st}} = \ \left( \frac{\text{dp}}{\text{dt}} \right)_{\max} \bullet \sqrt[3]{V}$$

$$K_{\text{st}} = \left( \frac{\text{dp}}{\text{dt}} \right)_{\max} \bullet \sqrt[3]{V} = 1,500 \bullet 10^{5} \bullet \sqrt[3]{22,4 \bullet 10^{- 3}} = 3,085\ M\text{Pa}\frac{m}{s}$$

V. Współczynnik wybuchowości K_st

Tabela 2. Klasy wybuchowości płynów:

Maksymalny współczynnik wybuchowości otrzymany w doświadczeniu to $K_{\text{st}} = 5,737\ MPa\frac{m}{s}$

Badany pył mieści się w klasie niebezpieczeństwa o P=1, czyli jest to pył słabo wybuchowy.

VI. Wykresy

VII. Wnioski

Po obliczeniu współczynnika wybuchowości K_st sklasyfikowaliśmy pył jako słabo wybuchowy. Dolna granica wybuchowości (oznaczona na wykresie 1. jako DGW) pyłu wyznaczona graficznie na wykresie zależności maksymalnego ciśnienia wybuchu od koncentracji pyłu wyniosła ok. 0,01 _kg/_m3. Na wykresie 2. zależności p_max = f(c) można zauważyć, że charakterystyka rośnie aż do ciśnienia ok. 8,2 bar przy koncentracji 0,75 ^kg/_m3, a następnie zaczyna powoli opadać. Podobnie wygląda wykres zależności (^dp/_dt)_max = f(c), który osiąga maksimum ok. 200 bar/s.

Wyznaczenie klasyfikacji pyłu oraz dolnej granicy wybuchowości ma istotne znaczenie w przemyśle. Pomaga ono w dobraniu odpowiednich środków prewencyjnych, mających na celu zapobiegać nieprzewidzianym wybuchom oraz w przypadku wystąpienia owego, dobraniu odpowiedniego zabezpieczenia przeciwwybuchowego (np. dekompresja, zbiorniki wytrzymałe na uderzenie ciśnienia, tłumienie wybuchu, izolowanie chronionej objętości)

VIII. Literatura:

http://www.spalanie.pwr.edu.pl/dydaktyka/wyklad_spal_en.htm - temat: Wybuchy