1. Wstęp teoretyczny

• Klasyfikacja paliw gazowych

  Ze względu na pochodzenie:

  1) Naturalne (gaz ziemny, metan pokładów węgla)

  2) Sztuczne (gaz miejski, gaz koksowniczy, gaz generatorowy)

  Ze względu na kaloryczność:

  1) Niskokaloryczne

  2) Wysokokaloryczne

  3) Średniokaloryczne

  Ze względu na skład:

  1) Gaz zaazotowany

  2) Gaz wysokometanowy

• Zapłon - Intensywna reakcja egzotermiczna wywołana w mieszaninie palnej

• Otrzymywanie zapłonu:

  1) Zastosowanie zewnętrznego źródła zapłonu np. iskry elektrycznej (zapłon wymuszony)

  2) Poprzez równomierne podgrzewanie całej objętości mieszaniny palnej do temperatury zapłonu (samozapłon)

• Aby otrzymać zapłon niezbędne są trzy czynniki: paliwo, utleniacz, inicjacja zapłonu. Ale aby doszło do reakcji niezbędne są odpowiednie proporcje paliwa i utleniacza. Te proporcje są określane przez stężeniowe granice zapłonu.

  Dolna granica zapłonu - jeżeli ilość paliwa w mieszaninie jest mała to ilość ciepła, która wydzieli się podczas zapłonu jest niewystarczająca do podgrzania sąsiedniej warstwy paliwa do temperatury zapłonu.

  Górna granica zapłonu - jeżeli jest zbyt mała ilość utleniacza

• Granice palności można odczytać ze specjalnych tablic. Znajdują się w nich informacje o minimalnym i maksymalnym możliwym stężeniu gazu palnego w mieszaninie, potrzebnej do nastąpienia zapłonu. W przypadku, gdy w mieszaninie gaz plany składa się w więcej niż jednego rodzaju gazu, do obliczenia dolnej lub górnej stężeniowej granicy palności musimy wykorzystać wzór Le Chateliera:

  

  Gdzie:

  L_g,_d – dolna lub górna granica zapłonu [%]

  a₁,₂,₃… – zawartość składnika palnego w mieszaninie [%]

  Granice palności zależą od ciśnienia oraz temperatury. Nie są one też stałe. Wraz ze zmniejszającym się ciśnieniem granice zbliżają się do siebie. Punktem, w którym obie granice się zbiegają nazywa się minimalnym ciśnieniem zapłonu. Wzrost temperatury mieszaniny rozszerza granice palności. Na zapłon wpływ ma również obecność składników obojętnych. Wraz ze wzrostem ich udziału pogarszają się warunki zapłonu i znacznie obniża się górna granica zapłonu.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami dotyczącymi palności paliw gazowych oraz określenie granic palności mieszaniny propan-butanu.

3. Schemat stanowiska

4. Tablice pomiarowe

Nr kolejny próby	Wartość nadciśnienia [bar]	Wystąpienie zapłonu	Dopompowane powietrze [bar]	Stężenia gazu w badanej mieszaninie
1	0,150	Tak	4,92	0,0247
2	0,142	Tak	4,94	0,0233
3	0,135	Nie	5,15	0,0214
4	0,200	Tak*	3,85	0,0396

*Przekroczona górna granica zapłonu, wystąpił bardzo słaby zapłon

5. Obliczenia

Granice palności:

$$L_{g,d} = \frac{100}{\frac{a_{1}}{L_{1(g,d)}} + \frac{a_{2}}{L_{2(g,d)}} + \ldots + \frac{a_{n}}{L_{n(g,d)}}}$$

$$L_{d} = \frac{100}{\frac{90}{2,1} + \frac{10}{1,8}} = 7,89$$

$$L_{g} = \frac{100}{\frac{90}{9,5} + \frac{10}{8,4}} = 11,75$$

Stężenia gazu w badanych mieszaninach:

V = 0, 150 bar • 4 dm³ = 0, 6 

Ilość całkowita powietrza:

V = (4,92 bar+1 bar) • 4dm³ = 23, 68

Stężenia gazu:

$$\frac{\text{obj.\ gazu\ palnego}}{obj.\ gazu\ palnego + obj.\ powietrza} = \frac{0,150*4}{\left( 0,150*4 \right) + (\left( 4,92 + 1 \right)*4)} = 0,0247$$

6. Wnioski

Wyniki otrzymane metodą doświadczalną, w przybliżeniu pokrywają się z granicami palności tego gazu wyliczonymi ze wzoru Le Chateleira.

Wyniki obarczone są błędem, wynikającym z ograniczeń czasowych – wpływa ono znacząco na zmniejszenie dokładności wyników, stąd też otrzymane wartości granic stężeniowych różnią się od pożądanych. Oprócz ograniczenia czasowego duży wpływ miało to, że cięższe elementy mieszaniny osiadały na dnie rury, wyliczone stężenia gazu palnego, nie panowały w całej jej objętości rury.

Wiedzy na temat stężeniowych granic palności gazów znajduje ogromne zastosowanie przy transporcie substancji palnych bądź wybuchowych i zabezpieczeniach przeciwwybuchowych. Możliwość sterowania stężeniem gazu palnego w danej mieszaninie pozwala utrudnić lub nawet uniemożliwić jego zapłon. Ma to duży wpływ na bezpieczeństwo pracy ludzi, np. w kopalniach.