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:

mł. asp. Karol Leszczyński

mł. asp. Jarosław Zamelczyk

Warszawa 2002

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.

Część teoretyczna.

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.

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 względu 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.

Substancje lotne tworzące się podczas rozkładu termicznego.

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

Cechy inicjatora wybuchu

Zdolność pyłu 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.

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 pyłów osiadłych waha się w granicach 1-10 mJ, a dla aerozoli w granicach 10- 100mJ.

Aparatura stosowana do oznaczenia DGW.

Sposób wykonania pomiaru.

Pył bukowy umieszczamy na sicie o gr. oczek 250 μm, następnie go przez nie przesiewamy. Odważamy odpowiednią ilość już odsianego pyłu i równomiernie usypujemy go na podstawce 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.

Wynik przeprowadzonej próby.

Pomiar

Przeprowadzono dla 1,2 g pyłu bukowego

Otrzymano max. Ciśnienie p = 3,61 bar. świadczące o powstaniu wybuchu,

m = 1,2 g

p = 3,61 bar

t = 277,03 ms

p' = dp/dt = 58,06 bar/s

p(t) = 2,67 bar

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 nasz wynik warunku tego nie spełnia.

Możemy jedynie obliczyć minimalne stężenie wybuchowe pyłu posługując się wzorem:

masa pyłu (g) m

C = ---------------------------- = ---- ( g/ m³)

pojemność komory (m³) V

1,2 g

C= ------------------ = 214,3 g/m³

5,6 * 10^-3 m³

Wnioski

Ze względów czasowych zdołaliśmy wykonać tylko jeden pomiar (dla 1,2 g pyłu).

W przypadku kiedy dokładnie chcielibyśmy wyznaczyć DGW należało by przeprowadzić dodatkowe próby. Mimo pojedyńczego pomiaru udało nam się otrzymać wybuch właśnie przy 1,2g pyłu. Dzięki masie pyłu i pojemności komory zdołaliśmy obliczyć minimalne stężenie wybuchowe pyłu, które w naszym przypadku wynosi 214,3 g/m³ .

---