Proces zapłonu par cieczy
Zapłon -
zapłon pilotowy (piloted ignition) –
zapłon palnych par
przez drugorzędne źródło energii (pilotowe, punktowe) jak np.
płomień, iskra, łuk elektryczny lub Ŝarzący się drut oporowy
Proces zapłonu par cieczy
Zapłon -
zapłon pilotowy (piloted ignition) –
zapłon palnych par
przez drugorzędne źródło energii (pilotowe, punktowe) jak np.
płomień, iskra, łuk elektryczny lub Ŝarzący się drut oporowy
SPALANIE CIECZY ZACHODZI W FAZIE GAZOWEJ
StęŜenie par zaleŜy od pręŜności pary cieczy w danej
temperaturze. PoniewaŜ temperatura jest utrzymywana przez
zewnętrzne źródło ciepła, szybkość parowania w warunkach
stacjonarnych równa się (bez spalania par cieczy):
L
Q
Q
m
V
L
E
par
•
•
•
−
=
gdzie:
m
par
•
Q
E
•
Q
L
•
L
V
Strumień masy par opuszczających powierzchnię cieczy
Szybkość zewnętrznego ogrzewania/na m
2
, kW/m
2
Szybkość ubytku ciepła (strat)/na m
2
, kW/m
2
Ciepło parowania cieczy, kJ/g
Ciecze posiadające wysoką pręŜność pary mają duŜą
szybkość parowania i na odwrót.
W temp. zapłonu ustala się stan równowagi odwracalnej
(skrapla się - paruje).
Pary cieczy się utleniają nie ciecz.
Warunkiem
zaistnienia
zapłonu
cieczy
jest
wytworzenie takiej ilości ciepła w sferze oddziaływania
pilotowego bodźca energetycznego w fazie gazowej, Ŝe
temp. w tej sferze osiągnie wielkość temp. samozapłonu
cieczy.
Temp. źródła zapłonu
> temp. Samozapłonu
(zapalenia) cieczy
Temp. cieczy > temp.
zapłonu cieczy
MoŜliwość
wystąpienia
zapłonu
trwałego
(ustalonego)
i chwilowego (nieustalonego) zaleŜy od pręŜności par danej cieczy,
jeśli jest duŜa to zapłon trwały, przeciwnie - chwilowy
Zapłon par cieczy
Ustalony (trwały)
Nieustalony(chwilowy)
StęŜenie par w
StęŜenie par mniejsze
granicach stęŜenia
od stęŜenia stechiometrycznego
stechiometrycznego
Temperatura zapłonu nieustalonego (flash point) –
minimalna temperatura cieczy, do jakiej ciecz powinna być
ogrzana w określonych warunkach, aby w obecności np.
płomienia
chwilowo
zapaliły
się
wydzielane
pary
wymieszane z powietrzem.
Temperatura ustalonego zapłonu (fire point)-
minimalna
temperatura, w której w określonych warunkach, mieszanina
par palnych z powietrzem zapala się i się pali dalej przez
określony czas po przyłoŜeniu do jego powierzchni
standardowego małego płomienia.
Zapalenie par powyŜej powierzchni cieczy powoduje powstanie
przejściowego wstępnie zmieszanego płomienia
, który zuŜył całą
powstałą mieszaninę par z powietrzem.
Płomień dyfuzyjny
natomiast będzie pozostawał jeśli szybkość dostarczania par do
niego jest wystarczająca aby go podtrzymać.
Jeśli szybkość dostarczania par jest zbyt niska (tj. ciecz jest poniŜej
zapłonu ustalonego) tak więc płomień jest nie utrzymywany, ciepło
tracone powoduje jego ugaszenie.
Badania wykazały, Ŝe płomień w chwili powstania sam zgaśnie jeśli
jego straty ciepła są większe niŜ 30% wartości tworzonego ciepła
spalania.
PowyŜej
punktu
zapłonu
ustalonego
płomień
będzie
ustabilizowany i będzie podtrzymywany.
Straty ciepła zawracane do powierzchni cieczy powodują
ogrzewanie warstwy powierzchniowej i podwyŜsza szybkość
dostarczania par.
Konsekwentnie płomień dyfuzyjny będzie wzmocniony przybierze
większą objętość.
Spalanie
ciągłe (stałe) będzie osiągnięte gdy temp.
powierzchni cieczy osiągnie wartość bliską temp. wrzenia i
osiągnięty będzie stały gradient (profil) temp. poniŜej temp.
powierzchni cieczy.
Aby płomień na powierzchni cieczy się ustabilizował musi
wytworzyć się odpowiednia szybkość parowania równa teraz
szybkość spalania
v
L
E
spal
c
spal
L
H
f
Q
Q
m
m
•
•
•
•
−
+
⋅
∆
⋅
=
f
- frakcja ciepła spalania zawracana z powrotem do
powierzchni cieczy poprzez promieniowanie i konwekcję
c
H
∆
(
)
(
)
S
L
H
f
f
Q
Q
m
L
E
spal
v
c
c
r
=
−
+
⋅
−
∆
+
•
•
•
0
=
S
Spalanie nieustalone (war. zapłonu
nieustalonego po zapaleniu mieszaniny
palnej)
(
)
c
r
f
f
+
ZaleŜą od rozmiaru
poŜaru
W przypadku trwałego zapłonu płomień nie jest intensywny
i moŜna przyjąć, Ŝe
Przy duŜych poŜarach cieczy, przy stabilnych granicach
płomienia przyjmuje wartość maksymalną
Przy i to , czyli występuje
krytyczny wypływ par przy zapłonie ustalonym
(spalanie
stacjonarne moŜe się rozwinąć)
0
=
r
f
c
f
Φ
0
=
r
f
Φ
=
c
f
m
m
krt
spal
•
•
=
(
)
S
L
H
Q
Q
m
L
E
krt
v
c
=
−
+
⋅
−
∆
⋅
Φ
•
•
•
Ustalone spalanie będzie się rozwijało po zapaleniu par gdy
tzn. będzie występowała wystarczająca ilość ciepła, która powoduje ,
Ŝ
e temperatura powierzchni cieczy rośnie i powoduje wzrost
szybkości parowania (gazyfikacji) i zwiększenie mocy płomienia
0
>
S
Temp. zapłonu nieustalonego wyznacza się w tyglu
zamkniętym (np. metodą Pensky-Martensa) lub otwartym
(np. metodą Clevelanda).
W tyglu zamkniętym jest jednolite stęŜenie par nad cieczą.
Ciecz jest ogrzewana powoli, i jest dostarczany do
przestrzeni z odpowiednią częstotliwością mały standardowy
pilotowy bodziec energetyczny.
Jednolite stęŜenie par
W tyglu otwartym pary swobodnie dyfundują do otoczenia, tworząc
gradient stęŜeń par, które obniŜają się monotonicznie wraz z
odległością od powierzchni cieczy.
Wysokość
powyŜej
powierzchni
cieczy
StęŜenie par
Zapłon nieustalony (flash point) moŜna tylko uzyskać gdy
stęŜenie par w mieszaninie z powietrzem jest przynajmniej
równe DGW przy danej lokalizacji punktowego płomienia.
Istnieje zaleŜność temp. zapłonu nieustalonego od wysokości
lokalizacji małego płomienia od powierzchni cieczy w tyglu
otwartym
Zazwyczaj temp. zapłonu nieustalonego dla danej cieczy
w tyglu zamkniętym jest niŜsza niŜ w tyglu otwartym.
Wysokość bodźca powyŜej
cieczy, mm
T
e
m
pe
ra
tu
ra,
0
C
Glassman i Dryer znaleźli anormalną zaleŜność dla alkoholi, Ŝe
temp. zapłonu nieustalonego dla danej cieczy w tyglu
zamkniętym jest wyŜsza niŜ w tyglu otwartym.
Dlaczego?
Mały płomień dając swój wkład cieplny podwyŜsza lokalnie
temp. cieczy do temp. fire point. Inna charakterystyka
absorpcyjna w podczerwieni tych paliw w porównaniu do
paliw węglowodorowych.
Tej anomalii nie będzie jeśli jako bodziec zastosujemy iskrę
elektryczną.
To zjawisko nie jest do końca, do dzisiaj wyjaśnione.
Temperatura zapłonu maleje:
• Im mniejszy cięŜar cząsteczkowy cieczy np. szeregi
homologiczne węglowodorów
• Im mniejszy cięŜar właściwy cieczy
• Im mniejsza temperatura wrzenia cieczy
• Im większa pręŜność pary
• Prosta budowa łańcuchowa
• Mała lepkość.
23
16,3
146,0
0,879
106
C
6
H
5
CH
3
ksylen
4,4
22,3
110,8
0,865
92
C
6
H
5
CH
3
Toluen
-11,1
74,8
80,36
0,873
78
C
6
H
6
Węglowodory
aromatyczne:
benzen
34
4,71
117,8
0,810
74
C
4
H
9
OH
n- butylowy
22,5
14,5
97,2
0,804
60
C
3
H
7
OH
n- propylowy
12,8
44,0
78,4
0,789
46
C
2
H
5
OH
Etylowy
11,1
88,67
64,5
0,792
32
CH
3
OH
Alkohole:
Metylowy
Temp.
zapłonu
PręŜność
pary
[mmHg]
Temp.
wrzenia
CięŜar
właściwy
CięŜar
cząsteczkowy
Wzór
Nazwa cieczy
Rozporz
Rozporz
ą
ą
dzenie z dn. 21 kwietnia 2006 r. (Dz. U. Nr 80, poz.
dzenie z dn. 21 kwietnia 2006 r. (Dz. U. Nr 80, poz.
563):
563):
.
Ministra Spraw Wewnętrznych i Administracji:
Materiały niebezpieczne poŜarowo- ciecze palne o temp. zapłonu poniŜej 55
o
C
Dz. U. Nr.243, poz.2063 z dn. 14.12.2005r., Rozporządzenie Ministra Gospodarki z
dnia 21 listopada 2005r:
w sprawie warunków technicznych, jakim powinny odpowiadać bazy i stacje
paliw płynnych, rurociągi przesyłowe dalekosięŜne do transportu ropy
naftowej i produktów naftowych i ich usytuowanie.
§ 3. W rozumieniu niniejszego rozporządzenia ropę naftową i produkty naftowe, z
wyjątkiem gazu płynnego, w zaleŜności od temperatury zapłonu, zalicza się:
1)
do I klasy - ropę naftową i produkty naftowe o temperaturze zapłonu do
294,15 K (21°C),
2) do II klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyŜszej od 294,15
K (21°C) do 328,15 K (55 °C),
3) do III klasy - produkty naftowe o temperaturze zapłonu wyŜszej od 328,15
K (55°C) do 373,15 K (100°C).
Ilekroć w rozporządzeniu jest mowa o:
1.
produktach naftowych – są to produkty otrzymywane z ropy naftowej:
•
paliwa płynne, zwłaszcza benzyny, oleje napędowe zwane ogólnie silnikowymi
paliwami płynnymi
•
oleje opałowe
•
skroplone węglowodory gazowe (C
3
-C
4
), zwane „gazem płynnym”
oleje silnikowe, przekładniowe i smary