8.4. РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ

ПРЕДЕЛОВ ВЗРЫВА

Для определения пределов взрыва применяются эмпирические формулы, полученные обработкой экспериментальных данных для различных горючих веществ.

Нижний предел взрыва (НПВ) рассчитывается по формуле

 объем. %.                                (8.1)

Верхний предел взрыва (ВПВ) рассчитывается по формуле

 объем.% .                                       (8.2)

Здесь N – количество атомов кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы горючего компонента смеси.

В качестве примера определим пределы взрыва смеси воздуха и пентана.

·        Запишем уравнение реакции горения пентана С₅Н₁₂:

С₅Н₁₂+8О₂=5СО₂+6Н₂О.

·        Найдем количество атомов кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы пентана:

·        Найдем нижний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (8.1):

 объем.%.

·        Найдем верхний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (8.2):

 объем.%.

Таким образом, для пентано-воздушной смеси нижний предел взрыва достигается при содержании 1.4 объем.% пентана, а верхний предел взрыва – при 5.0 объем.% пентана.

Часто при решении вопросов безопасности вентиляционных установок, сушилок, мешалок и других аппаратов требуется определить пределы взрыва смеси, состоящей из нескольких горючих компонентов. Для нахождения нижнего и верхнего предела взрыва таких смесей используются следующие формулы:

                 объем.%;                          (8.3)

                  объем.%.                              (8.4)

Здесь V₁, V₂, … V_n – концентрации горючих компонентов, объем.%;

Н₁, Н₂, … Н_n – нижние пределы взрыва входящих в смесь компонентов, объем.%;

В₁, В₂, … В_n – верхние пределы взрыва, входящих в смесь компонентов, объем.%.

При этом

V₁+V₂+…+V_n=100%.

При расчете пределов взрыва смеси, выраженных в массовых долях горючих компонентов (масс.%), значения V₁, V₂, … V_n в формулах (8.3), (8.4) заменяются на значения их массовых долей z₁, z₂, …, z_n. При этом

z₁ +  z₂ + … z_n = 100%.

В качестве примера определим пределы взрыва смеси паров ацетона и этилового спирта с воздухом, если в 1 м³ смеси находится 32 г ацетона и 25 г этилового спирта.

·       Найдем процентное содержание горючих компонентов, выраженное в массовых долях.

Содержание ацетона:

z₁= масс.%

Содержание этилового спирта:

z₂= масс.%

·       Найдем из таблиц нижние пределы взрыва компонентов.

Для ацетона НПВ=Н₁=1.6 объем.%;

Для спирта НПВ=Н₂=2.6 объем.%

·       Найдем нижний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (8.3):

 объем.%.

·       Найдем из таблиц нижние пределы взрыва компонентов.

Для ацетона ВПВ=В₁=13 объем.%;

Для спирта ВПВ=В₂=19 объем.%

·       Найдем верхний предел взрыва рассматриваемой смеси по формуле (8.4):

  объем.%.

Таким образом, для смеси паров ацетона и этилового спирта с воздухом нижний предел взрыва достигается при содержании 1.9 объем.% горючих паров, а верхний предел взрыва – при 15.1 объем.%.

Значения пределов взрыва смесей нескольких горючих компонентов с воздухом находятся между значениями пределов взрыва отдельных горючих компонентов, входящих в смесь.