1. Wstęp teoretyczny

Zapłon wymuszony następuje wtedy gdy proces spalania i dalsze jego rozprzestrzenianie
zapoczątkujemy źródłem zapłonu takim jak np. iskra elektryczna płomień pilotujący.

Proces zapłonu charakteryzuje się określonymi stężeniowymi granicami, poza którymi zapłon nie
nastąpi w żadnych warunkach. W gazowych mieszaninach paliwo-powietrze, nawet wtedy, gdy
źródło zapłonu jest nieskończenie wielkie zapłon następuje wówczas, kiedy stężenie składników
palnych w mieszaninie z utleniaczem występuje w określonych granicach.

Granice zapłonu mieszanin składająch się z wielu składników palnych (nie zawierających składników
obojętnych) można określić ze wzoru Le Chateliera.

gdzie:
L

g.d

– dolna lub górna granica zapłonu wyrażona w procentach,

a

i

– zawartość i-tego składnika palnego w paliwie wyrażona w procentach.

Wybuch lub inaczej eksplozja chemiczna jest to gwałtowna reakcja chemiczna połączona
z intensywnym wydzielaniem ciepła, zdolna do samopodtrzymującej się propagacji w materiale.
Zwiekszenie ciśnienia podczas wybuchu spowodowane jest wzrostem temperatury lub zmianą liczby
moli gazu w wyniku reakcji chemicznych. Wybuchy paliw możemy podzielić na gazowe i pyłowe.
Jeżeli w powietrzu oprócz pyłu jest też gaz palny to mówimy o mieszaninie hybrydowej. Dynamika
wybuchu jest zdeterminowana prędkością rozprzestrzeniania się płomienia w kierunku świeżej
mieszanki. Wybuchy paliw zachodzą w fazie gazowej.

2. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi parametrami dotyczącymi palności

paliw gazowych oraz określenie granic palności mieszaniny propan-butanu.

3. Przebieg ćwiczenia

Podczas tego doświadczenia badać będziemy dolną granice palności, a więc użyjemy dużo

utleniacza i mało paliwa. Do dyspozycji mamy zbiornik o objętości 4dm

3

,wypełniony powietrzem.

Do tego zbiornika wtłaczać będziemy propan-butan (o składzie propan=70%, butan=30%) oraz
powietrze lub też z tego zbiornika wytłaczać powietrze. Wtłaczając paliwo i powietrze będziemy
powodować nadciśnienie, które zmierzymy i dzięki niemu dowiemy się ile danego gazu dodaliśmy.
Badając różne proporcje mieszaniny paliwo-powietrze będziemy sprawdzać jej granice palności
stosując zapłon wymuszony za pomocą iskry elektrycznej.

4. Schemat pomiarowy

gdzie:
1. Butla z propan-butanem, 2. Sprężarka powietrza, 3. Pompa próżniowa, 4. Zbiornik z mieszanina,
5. Zapalarka wysokonapięciowa.

P-B

[bar]

[bar]

0,112

4,00

TAK

0,095

3,72

TAK

0,092

3,92

NIE

0,132

3,34

TAK

0,155

3,86

TAK

Zapłon

Nadciśnienie

(propan-butan)

Nadciśnienie

(powietrze)

[bar]

[bar]

[bar]

0,300

2,31

NIE

Podciśnienie

(propan-butan)

Nadciśnienie

(powietrze)

Zapłon

5. Obliczenie teoretycznej granicy palności (dolnej i górnej)

a

p

– ilość procentowa propanu,%

a

b

– ilość procentowa butanu, %

L

p.d

– dolna granica zapłonu propanu w powietrzu, %

L

b.d

– dolna granica zapłonu butanu w powietrzu, %

L

p.g

– górna granica zapłonu propanu w powietrzu, %

L

b.g

– górna granica zapłonu butanu w powietrzu, %

6. Pomiary

Tabela 2

7. Przykładowe obliczenia

Ilość propan-butanu i powietrza wtłoczonego przy nadciśnieniu obliczamy z proporcji:

gdzie 4l to objętość zbiornika a 1 bar to wartość ciśnienia atmosferycznego.

Tabela 1

Ilość propan-

butanu

Ilość

powietrza

Ilość

mieszaniny

[litr]

[litr]

[litr]

0,45

16,00

20,45

0,38

14,88

19,26

0,37

15,68

20,05

0,53

13,36

17,89

0,62

15,44

20,06

Ilość propan-

butanu

Ilość

powietrza

Ilość

mieszaniny

[litr]

[litr]

[litr]

1,20

9,24

13,24

Całkowita ilość mieszaniny będzie, więc równa:

Druga sytuacja z tabeli nr 2 przedstawia sytuacje gdy na początku za pomocą pompy próżniowej
wytłaczamy powietrze do pewnego podciśnienia i wtłaczamy w jego miejsce propan-butan
aż do stanu początkowego 4l. Obliczenia ilości substancji palnej i powietrza są następujące:

A całkowita ilość mieszaniny będzie równa:

Procentowa ilość propan-butanu będzie wynosić:

8. Wyniki pomiarów

Ilość propan-

butanu w

mieszaninie

[%]

2,19

TAK

1,97

TAK

1,84

NIE

2,95

TAK

3,09

TAK

9,06

NIE

Zapłon

9. Oś granicy palności

10. Wnioski

Pomiary i obliczenia stężeniowych granic zapłonu ,przy którym ten zapłon zachodzi, mniej

więcej pokrywają się z oczekiwanymi wynikami. Błąd obliczeń wynika z trzech podstawowych
czynników takich jak: warunki otoczenia (temperatura, ciśnienie atmosferyczne) mieszanki paliwa
i powietrza przy których powinno się wykonywać badanie granic palności nie są idealne; nie znamy
dokładnej wartości procentowej mieszanki propan-butanu (bierzemy tą wartość z pewną
niedokładnością); pod uwagę należy też wziąć niedokładność przyrządów pomiarowych. Dwa wyniki
(jeden dla dolnej i jeden dla górnej granicy palności) minimalnie nie pokrywają się z teoretycznymi
granicami palności wyznaczonych ze wzoru Le Chateliera, jednak możemy przyjąć ten błąd jako
dopuszczalny biorąc pod uwagę wszystkie czynniki, które decydują o dokładności pomiarów.

Widzimy, że propan-butan to gaz, który ma mały zakres granic palności porównując do innych

gazów, a już bardzo daleki od wartości zakresu palności acetylenu, który jest blisko czternastokrotnie
większy.