SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ

W WARSZAWIE

FIZYKOCHEMIA SPALANIA I WYBUCHÓW

Ćwiczenia laboratoryjne

Ćwiczenie nr 11

Oznaczenie dolnej granicy wybuchowości pyłów

PN - 84/C - 01200/08

Wykonał;

asp. Roman Mucha

asp. Maciej Pietrucki

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest znalezienie najniższego stężenia pyłu, przy którym jest już możliwy zapłon mieszanki pyłowo-powietrznej. Badanie przeprowadza się na podstawie PN-84/C-01200/08.

Wybuch

bardzo szybka reakcja spalania, podczas której wydziela się ciepło oraz wykonywana jest praca mechaniczna poprzez rozprężające działanie gazów spalinowych powstałych w wyniku wybuchu.

Efektem tej pracy jest poza ciepłem wzrost ciśnienia.

Czynniki oddziaływujące na wybuch:

• stopień rozdrobnienia substancji,

• wilgotność,

• części lotne,

• stężenie obłoku,

• skład i stan mieszaniny wybuchowej,

• ruch przestrzeni wybuchu.

Cechy inicjatora wybuchu:

• energia,

• masa ciała,

• temperatura.

Dolna granica wybuchowości

DGW określa najmniejszą ilość pyłu w mieszaninie z powietrzem, przy której zapłon jest już możliwy.

DGW mieszanin pyłowych oznacza się w g/m³, rzadko w % objętościowych..

DGW nie jest wielkością stałą dla jednego rodzaju pyłu, lecz zmienia się

w zależności od :

• stopnia rozdrobnienia pyłu,

• wilgotności pyłu i powietrza,

• substancji lotnych tworzących się podczas rozkładu termicznego

• cech inicjatora wybuchu,

• składu i stanu mieszaniny wybuchowej.

Stopień rozdrobnienia

Im pył będzie drobniejszy, tym DGW będzie niższa. Przy czterokrotnym zmniejszeniu średnicy ziaren dolna granica wybuchowości obniża się aż

20- krotnie ze wzglęu na wzrost powierzchni właściwej. a to wiąże się z łatwiejszym dostępem tlenu do cząstek pyłu w czasie spalania i w konsekwencji szybszym wydzielaniem się palnych produktów gazowych.

Wilgotność pyłu i powietrza

Wilgotność zawarta w pyle utrudnia jego zapalenie. Spowodowane jest to tym ,że w procesie ogrzewania pyłu duża ilość ciepła zużywa się na parowania wody.

Substancje lotne tworzące się podczas rozkładu termicznego.

Zapalność i wybuchowość niektórych pyłów zależy od ilośći otrzymanych podczas ogrzewania substancji lotnych, gazowych. Łatwość spalania pyłów zwiększa się, jeślio zawartość substancji lotnych zwiększy się od 10% do 25% .

Cechy inicjatora wybuchu

Zdolność pułu do zapalenia i rozprzestrzenienia płomienia na całą masę zależy w dużym stopniu od charakteru źródła zapłonu, ściślej od jego temperatury, energii i czasu działania,. Najniższą DGW pyłu otrzymamy w przypadku zastosowania źródła zapłonu o najwyższej temperaturze.

Skład i stan mieszaniny wybuchowej.

Domieszka niepalnych gazów i par do mieszaniny pyłowo-powietrznej obniża jej wybuchowość.

Minimalna energia zapłonu iskry elektrycznej

Zainicjowanie reakcji spalania mieszaniny wybuchowej przez iskrę elektryczną zależne jest od jej energii zapłonowej, która jest wielkością charakterystyczną dla danej mieszaniny.

Minimalna energia zapłonu przeciętnie dla pyłow osiadłych waha się w granicach 1-10 mJ, a dla aerozoli w granicach 10- 100mJ.

Aparatura stosowana do oznaczenia DGW.

Sposób wykonania pomiaru.

Pył bułkowy umieszczamy na sicie o gr. oczek 250 μm, następnie go przez nie przesiewamy. Odważamy odpowiednią ilość już odsianego pyłu i równomiernie usypujemy go na telerzyku urządzenia Hartmana. Opuszczamy komorę i zabezpieczamy ją poprzez przykręcenie śrub mocujących. Wytwarzamy w komorze podciśnienie i włączamy zasilanie urządzenia .

Następnie wykonujemy wymagane operacje na komputerze mające na celu wykonanie pomiaru.

Po dokonaniu wybuchu otrzymujemy na monitorze przebieg reakcji wybuchu.

Wyniki przeprowadzonych prób.

• I pomiar

przeprowadzono dla 1,2 g pyłu

Otrzymano max. Ciśnienie p = 3,26 bar. świadczące o powstaniu wybuchu,

• II pomiar

przeprowadzono dla 1,1 g pyłu

Otrzymano max. ciśnienie p= 3,94 bar. świadczące o powstaniu wybuchu,

• III pomiar

przeprowadzono dla 1,0 g pyłu

Otrzymano max. ciśnienie p= 3,27 bar. świadczące o powstaniu wybuchu,

TABELA POMIAROWA

L.p.	Materiał próbki	Waga próbki [g]	czas [ms]	Pmax [bar]	P(t) [bar]	P'(t) [bar/s]	Uwagi
1	pył bułkowy	1,2	277,03	3,26	2,67	61,69
2	pył bułkowy	1,1	290,54	3,94	2,90	65,32
3	pył bułkowy	1,0	317,57	3,27	2,39	39,92

Obliczenia

Jako wartość stężenia odpowiadającego DGW przyjmuje się takie stężenie, które powoduje przyrost ciśnienia wybuchu równy 0,05 MPa. Dla znalezienia tego stężenia należy oznaczyć wartości przyrostów ciśnienia wybuchu w bezpośrednim sąsiedztwie DGW, a następnie uzyskane wyniki obliczyć wg wzoru:

c - stężenie mieszaniny pyłowo powietrznej [kg/m³]

p - ciśnienie wybuchu [MPa]

a,b - współczynniki regresji:

c_i - stężenie, dotyczące danego pomiaru [kg/m³]

p_i - ciśnienie dotyczące danego pomiaru [MPa]

n - całkowita liczba pomiarów.

My jednak z powyższych wzorów skorzystać nie możemy ponieważ do obliczenia wyniku oznaczenia DGW należy wykonać co najmniej 5 pomiarów, których wyniki powinny znajdować się w zakresie przyrostu ciśnienia 0,025 - 0,075 MPa, a nasze wyniki warunku tego nie spełniają.

Możemy jedynie obliczyć minimalne stężenie wybuchowe pyłu posługując się wzorem:

m -masa pyłu w g

V -objętość komory = 5,6 l

Wnioski

Z danych jakie udało nam się uzyskać w trakcie ćwiczenia mogliśmy jedynie obliczyć stężenia przy których nastąpił wybuch. Do wykonania pozostałych obliczeń niezbędna jest większa ilość pozytywnych prób. Nie udało nam się znaleźć wartości literaturowych dla badanego pyłu więc porównanie uzyskanych wartości z danymi literaturowymi nie jest możliwe.

OBLICZENIA

Wnioski

Z danych jakie udało nam się uzyskać w trakcie ćwiczenia mogliśmy jedynie obliczyć stężenia przy których nastąpił wybuch. Do wykonania pozostałych obliczeń niezbędna jest większa ilość pozytywnych prób. Nie udało nam się znaleźć wartości literaturowych dla badanego pyłu więc porównanie uzyskanych wartości z danymi literaturowymi nie jest możliwe.

---