14. Etapy spalania pyłu.
Stałe paliwo naturalne(węgiel), obok czystego węgla zawiera szereg związków węglowodorowych i mineralnych oraz wodę. Z tego względu proces spalania węgla jest złożony wieloetatowym procesem przemian fizyko-chemicznych.
Należą do nich:
- pogrzewania, w wyniku którego następuje odparowanie wody,
- wydzielenie części lotnych i przemiany związków organicznych,
- spalanie części lotnych w fazie gazowej,
- przemiany składników mineralnych paliwa,
- spalanie pozostałości stałej, tzw. koksu, złożonego z czystego węgla i części mineralnych.
15. Kinetyczna reakcja utleniania węgla.
Utlenianie węgla podobnie jak spalanie innych rodzajów paliw, jest złożonym procesem szeregu przemian chemicznych.
Podstawowe reakcje to:
C + O2 = CO2 oraz 2C + O2 = 2CO
Reakcje te przyjęło się nazywać reakcjami pierwotnymi, równocześnie z nimi w pobliżu powierzchni zapalonego węgla zachodzi dopalanie tlenku węgla:
2CO + O2 = 2CO2
a samej powierzchni reakcje wytwarzanego dwutlenku węgla, zgodnie ze schematem:
C + CO2 = 2CO
W obecności wody zachodzi jeszcze często reakcja:
C + H2O = CO + H2
z dalszym łańcuchowym dopalaniem wodoru.
16. Modelowe spalanie ziarna pyłu.
Określenie parametrow charakteryzujących spalanie pyłu węglowego wymaga znajomości temperatury, warunków przepływu w obszarze zewnętrznym czasteczek oraz schematu przebiegu reakcji i ich stałych kinetycznych.
Zapalenie ziarna pyłu prześledzić mozna na przykładzie pyłu weglowego.
W temperaturach do około 623K proces zapalania pylu węglowego obejmuje następujące stadia:
- w pierwszej fazie ziarno ulega odgazowaniu,
- w drugiej fazie ziarno ulega procesowi chemisorbcji i tworząc na powierzchni tzw. oksywęgiel,
- podczas trzeciego stadium obserwuje się dalszy wzrost chemisorbcji tlenu i rozkład oksywęgla dotlenku i dwutlenku węgla. Spalanie przebiega aż do zupełnego wypalenia się ziarna.
W temperaturach wysokich powyżej 970K proces zapalenia przebiega tylko w dwuch stadiach:
- w pierwszym stadium zaczyna się nagły proces odgazowania równolegle z zapaleniem i spaleniem się gazowych produktów termicznego rozkładu ziarna,
- w drugim nastepuje spalanie wytworzonego koksu.
17. Aparatura do pomiaru dolnej granicy wybuchowości (DGW) pyłów.
W chwili obecnej do badania DGW stosowany jest szereg aparatów różniacych się kształtem, sposobem inicjacji wybuchu, oraz metodami dozowania próbek. Na szczególna uwagę zasługują następujące urzadzenia:
1\ Urządzenie Bella i Zeltra - umożliwia również pomiar ciśnienia wybuchu.
2\ Urządzenie Bauera.
2\ Aparat Gliwitckiego.
4\ Urządzenie wykorzystujace dozownik wirositowy.
W pomiarach DGW pyłów podczas ćwiczeń posłużyliśmy sie aparatem Hartmana, którego schemat przedstawia folia 4.
18. Budowa aparatu Hartmana.
Zasadnicza jego częścią jest pionowo ustawiona rura o dł. 365 mm.i wewnętrznej
średnicy d= 64 mm. Rura ta stanowi komorę pomiarową o poj. użytkowej 1litra w której następuje wytworzenie chmury pyłowej i jej zapłonu. Zapłon następuje od pary elektrod umieszczonych na tym samym poziomie i jednakowo rozstawionych wewnątrz komory.
Rura osadzona jest na specjalnej podstawce, której górną część stanowi talerzyk z centralnie umieszczonym nad nim urządzeniem dyspergującym zwanym popularnie '' grzybkiem''. Poprzez grzybek poawane jest do wnętrza komory sprężone powietrze, porywające pył z talerzyka i wytwarzając w ten sposób chmurę pyłową.
19. Wykonanie pomiaru /ćwiczenia/.
Odważoną ilość pyłu umieszcza się na talerzyku a następnie zwalnia zawór elektromagnetyczny powodując za pomocą nadmuchu sprężonego powietrza wytworzenie chmury pyłowej, równocześnie uruchamiając urządzenie zapłonowe i przeskok iskry elektrycznej między elektrodami. Detekcja wybuchu nastąpi wskutek rozerwania papierowej przepony zamykającej górny wylot kolumny. W wypadku kiedy nie dochodzi do wybuchu mieszaniny pyłowo-powietrznej, ciśnienie wewnątrz aparatu jest zbyt niskie by rozerwać przeponę.
Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli:
W rubryce "wyniki próby" w przypadku zaistnienia wybuchu wpisać "+", w przypadku
braku wybuchu " -".
Lp. |
Wielkość odważki pyłu |
Wyniki próby |
1.00 |
Pył drzewny - 0,20 mg. |
'' - " |
2.00 |
Pył drzewny - 0,200 mg. |
" + " |
3.00 |
Cukier puder - 0,30 mg. |
" - " |
19. Wnioski z ćwiczeń.
Do ćwiczenia przygotowaliśmy cztery rodzaje pyłów:
- pył drzewny,
- cukier puder,
- mąkę ziemniaczaną,
- kisiel.
Po odważeniu na wadze elektronicznej dwóch próbek z każdej substancji o wadze obliczonej na górną i dolną granicę wybuchowości, przystąpiliśmy do pomiaru.
Na cztery próby wywołania wybuchu, dało nam się to osiągnąć jeden raz .Nastąpiło to podczas badania próbki pyłu drzewnego o wadze 0,200 mg.
Przebieg doświadczenia pozwolił nam na sformułowanie następujących wniosków:
-do zainicjowania wybuchu niezbędna jest odpowiedia ilość energii
(w naszym wypadku po kilku próbach akmulator zasilający aparat energii tej nie dawał),
- dla otrzymania wybuchu potrzebne było podgrzanie komory pomiarowej,
- wybuch nastąpił po kilkusekundowym czasie od momentu wywołania chmury pyłowo-powietrznej,
- potrzebne było kilkukrotne wdmuchnięcie powietrza,
- po każdym pokazie należało aparat przeczyścić i przedmuchać,
- wprowadzenie dodatkowo do komory gazu palnego, powinno przyspieszyć wybuch ( z braku napięcia elektr. zamiar ten się nie powiódł),
- ważne jest aby badane pyły, były odpowiednio suche (nie były zawilgocone).
SZKOŁA ASPIRANTÓW PSP
W KRAKOWIE
SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ
PRZEDMIOT:
FIZYKOCHEMIA SPALANIA.
TEMAT:
BADANIE GRANICY WYBUCHOWOŚCI PYŁÓW.
WYKONALI:
KRAKÓW 1996 r
14. Etapy spalania pyłu.
Stałe paliwo naturalne(węgiel), obok czystego węgla zawiera szereg związków węglowodorowych i mineralnych oraz wodę. Z tego względu proces spalania węgla jest złożony wieloetatowym procesem przemian fizyko-chemicznych.
Należą do nich:
- pogrzewania, w wyniku którego następuje odparowanie wody,
- wydzielenie części lotnych i przemiany związków organicznych,
- spalanie części lotnych w fazie gazowej,
- przemiany składników mineralnych paliwa,
- spalanie pozostałości stałej, tzw. koksu, złożonego z czystego węgla i części mineralnych.
15. Kinetyczna reakcja utleniania węgla.
Utlenianie węgla podobnie jak spalanie innych rodzajów paliw, jest złożonym procesem szeregu przemian chemicznych.
Podstawowe reakcje to:
C + O2 = CO2 oraz 2C + O2 = 2CO
Reakcje te przyjęło się nazywać reakcjami pierwotnymi, równocześnie z nimi w pobliżu powierzchni zapalonego węgla zachodzi dopalanie tlenku węgla:
2CO + O2 = 2CO2
a samej powierzchni reakcje wytwarzanego dwutlenku węgla, zgodnie ze schematem:
C + CO2 = 2CO
W obecności wody zachodzi jeszcze często reakcja:
C + H2O = CO + H2
z dalszym łańcuchowym dopalaniem wodoru.
16. Modelowe spalanie ziarna pyłu.
Określenie parametrow charakteryzujących spalanie pyłu węglowego wymaga znajomości temperatury, warunków przepływu w obszarze zewnętrznym czasteczek oraz schematu przebiegu reakcji i ich stałych kinetycznych.
Zapalenie ziarna pyłu prześledzić mozna na przykładzie pyłu weglowego.
W temperaturach do około 623K proces zapalania pylu węglowego obejmuje następujące stadia:
- w pierwszej fazie ziarno ulega odgazowaniu,
- w drugiej fazie ziarno ulega procesowi chemisorbcji i tworząc na powierzchni tzw. oksywęgiel,
- podczas trzeciego stadium obserwuje się dalszy wzrost chemisorbcji tlenu i rozkład oksywęgla dotlenku i dwutlenku węgla. Spalanie przebiega aż do zupełnego wypalenia się ziarna.
W temperaturach wysokich powyżej 970K proces zapalenia przebiega tylko w dwuch stadiach:
- w pierwszym stadium zaczyna się nagły proces odgazowania równolegle z zapaleniem i spaleniem się gazowych produktów termicznego rozkładu ziarna,
- w drugim nastepuje spalanie wytworzonego koksu.
17. Aparatura do pomiaru dolnej granicy wybuchowości (DGW) pyłów.
W chwili obecnej do badania DGW stosowany jest szereg aparatów różniacych się kształtem, sposobem inicjacji wybuchu, oraz metodami dozowania próbek. Na szczególna uwagę zasługują następujące urzadzenia:
1\ Urządzenie Bella i Zeltra - umożliwia również pomiar ciśnienia wybuchu.
2\ Urządzenie Bauera.
2\ Aparat Gliwitckiego.
4\ Urządzenie wykorzystujace dozownik wirositowy.
W pomiarach DGW pyłów podczas ćwiczeń posłużyliśmy sie aparatem Hartmana, którego schemat przedstawia folia 4.
18. Budowa aparatu Hartmana.
Zasadnicza jego częścią jest pionowo ustawiona rura o dł. 365 mm.i wewnętrznej
średnicy d= 64 mm. Rura ta stanowi komorę pomiarową o poj. użytkowej 1litra w której następuje wytworzenie chmury pyłowej i jej zapłonu. Zapłon następuje od pary elektrod umieszczonych na tym samym poziomie i jednakowo rozstawionych wewnątrz komory.
Rura osadzona jest na specjalnej podstawce, której górną część stanowi talerzyk z centralnie umieszczonym nad nim urządzeniem dyspergującym zwanym popularnie '' grzybkiem''. Poprzez grzybek poawane jest do wnętrza komory sprężone powietrze, porywające pył z talerzyka i wytwarzając w ten sposób chmurę pyłową.
19. Wykonanie pomiaru /ćwiczenia/.
Odważoną ilość pyłu umieszcza się na talerzyku a następnie zwalnia zawór elektromagnetyczny powodując za pomocą nadmuchu sprężonego powietrza wytworzenie chmury pyłowej, równocześnie uruchamiając urządzenie zapłonowe i przeskok iskry elektrycznej między elektrodami. Detekcja wybuchu nastąpi wskutek rozerwania papierowej przepony zamykającej górny wylot kolumny. W wypadku kiedy nie dochodzi do wybuchu mieszaniny pyłowo-powietrznej, ciśnienie wewnątrz aparatu jest zbyt niskie by rozerwać przeponę.
Wyniki pomiarów należy zestawić w tabeli:
W rubryce "wyniki próby" w przypadku zaistnienia wybuchu wpisać "+", w przypadku
braku wybuchu " -".
Lp. |
Wielkość odważki pyłu |
Wyniki próby |
1.00 |
Pył drzewny - 0,20 mg. |
'' - " |
2.00 |
Pył drzewny - 0,200 mg. |
" + " |
3.00 |
Cukier puder - 0,30 mg. |
" - " |
19. Wnioski z ćwiczeń.
Do ćwiczenia przygotowaliśmy cztery rodzaje pyłów:
- pył drzewny,
- cukier puder,
- mąkę ziemniaczaną,
- kisiel.
Po odważeniu na wadze elektronicznej dwóch próbek z każdej substancji o wadze obliczonej na górną i dolną granicę wybuchowości, przystąpiliśmy do pomiaru.
Na cztery próby wywołania wybuchu, dało nam się to osiągnąć jeden raz .Nastąpiło to podczas badania próbki pyłu drzewnego o wadze 0,200 mg.
Przebieg doświadczenia pozwolił nam na sformułowanie następujących wniosków:
-do zainicjowania wybuchu niezbędna jest odpowiedia ilość energii
(w naszym wypadku po kilku próbach akmulator zasilający aparat energii tej nie dawał),
- dla otrzymania wybuchu potrzebne było podgrzanie komory pomiarowej,
- wybuch nastąpił po kilkusekundowym czasie od momentu wywołania chmury pyłowo-powietrznej,
- potrzebne było kilkukrotne wdmuchnięcie powietrza,
- po każdym pokazie należało aparat przeczyścić i przedmuchać,
- wprowadzenie dodatkowo do komory gazu palnego, powinno przyspieszyć wybuch ( z braku napięcia elektr. zamiar ten się nie powiódł),
- ważne jest aby badane pyły, były odpowiednio suche (nie były zawilgocone).