Основные теоретические положения

Внутри технологического оборудования»

Выполнил:

студент гр. ПБ – 316

Григорян А.А.

Проверила:

Доц. Трушкова Е. А.

Ростов-на-Дону 2015г.

Основные теоретические положения

Условия образования горючих (взрывоопасных) концентраций (ВОК) внутри производственных аппаратов зависят от пожаровзрывоопасных свойств и агрегатного состояния веществ, обращающихся в технологическом процессе, конструктивных особенностей и режимов работы оборудования.

1. Внутри аппаратов с горючими газами или перегретыми парами ВОК образуются в том случае, если в них попадает воздух или по условиям ведения технологического процесса подается окислитель (кислород, воздух, хлор и др.) при выполнении соотношения

(1.1)

где - действительная (рабочая) концентрация горючего вещества, об. доли; и - соответственно нижний и верхний концентрационные пределы распространения пламени при рабочей температуре, об. доли (% об. или кг/м³).

Значения и , приведенные к 25 ºС при атмосферном давлении, даны в табл. 1 приложения. Определить значения величин и при температуре среды, отличной от 25 ºС, можно по формулам:

(1.2)

(1.3)

- рабочая температура среды в аппарате, ºС.

Рабочую концентрацию горючего газа в смеси с окислителем можно определить из материального баланса аппарата по формулам:

(1.4)

или

(1.5)

где , - объемы соответственно горючего газа и окислителя в аппарате, м³; , - объемные расходы горючего газа и окислителя, м³/с.

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими газами и перегретыми парами определяют из выражений

(1.6)

или

(1.7)

где - взрывобезопасная концентрация горючего вещества в газопаровоздушной смеси, об. доли.

2. В свободном пространстве герметичных и “дышащих” аппаратов с пожароопасными жидкостями ВОК образуются в том случае, если выполняется соотношение (1.1).

В аппаратах с длительно хранящимися и особенно нагретыми жидкостями концентрация паров близка к насыщенной, т. е. = . Здесь - концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости, определяемая по формуле

(1.8)

где - давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па. Значения некоторых пожароопасных жидкостей приведены в табл. 2 приложения. Величину можно определить по уравнению Антуана

(1.9)

где А, В и - константы, зависящие от свойств жидкости, приведены в справочнике [2]; - рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление в “дышащем” аппарате), Па.

Для пересчета концентрации паров и газов, в том числе концентрационных пределов распространения пламени, из объемных (мольных) долей в кубическом метре используют формулу

, (1.10)

где - концентрация, кг/м³; - концентрация, об.доли; М – молекулярная масса пара или газа, кг/кмоль; - молярный объем пара или газа (м³/кмоль) при рабочих условиях, орпеделяемый по формуле

(1.11)

где =22,4135 нм³/кмоль – молярный объем паров или газов при нормальных условиях ( ≈ 22,4 нм³/кмоль); =1,01325 *10⁵Па – давление при нормальных физическтх условиях ( ≈1* 10⁵Па или =760 мм рт. ст.). В технических расчетах величину можно принимать равной барометрическому давлению ( ≈ ).

Взрывобезопасные условия эксплуатации герметичных аппаратов с пожароопасными жидкостями определяются из выражений (1.6) и (1.7).

Взрывобезопасные условия “дышащих” аппаратов определяются только из выражения (1.6), так как в процессе эксплуатации при снижении уровня продукта или температуры окружающей среды в аппараты через дыхательные устройства поступает воздух, что приводит к разбавлению “богатых” смесей с > и образованию ВОК.

3. Если концентрация паров в свободном пространстве аппарата с пожароопасной жидкостью является насыщенной и остается неизменной во время его эксплуатации, то условие образования ВОК определяют следующим образом:

(1.12)

где , - соответственно нижний и верхний температурные пределы распространения пламени (см. табл. 1 приложения), ºС; - рабочая температура, ºС.

Взрывоопасные температурные условия эксплуатации аппаратов в этом случае определяют из выражений

(1.13)

или

(1.14)

4. При эксплуатации аппаратов с открытой поверхностью испарения (окрасочные, закалочные, пропиточные ванны, емкости для промывки деталей и другие аппараты) ВОК паров над зеркалом пожароопасной жидкости образуются при выполнении условия

(1.15)

где - температура вспышки пожароопасной жидкости, ºС (см. табл. 1 приложения).

Взрывобезопасные условия эксплуатации открытых аппаратов определяют из выражения

ºС, (1.16)

5. Концентрационные пределы распространения пламени газовых (паровых) смесей, состоящих из горючих и негорючих компонентов, оцениваются по формуле

(1.17)

где - концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) смеси, об. доли; - объемная доля i-го горючего компонента в смеси; - концентрационный предел распространения пламени (нижний или верхний) i-го компонента, об. доли; n – количество горючих компонентов в смеси.

Когда смесь газов (паров) состоит только из горючих компонентов, в числителе формулы (1.17) следует принимать

=1,

Температурные пределы распространения пламени пожароопасных жидкостей можно пересчитать в концентрационные (или наоборот) по формуле

(1.18)

где - температурный предел распространения пламени (нижний или верхний), ºС.

Значения температурных пределов распространения пламени пожароопасных жидкостей при рабочем давлении , отличном от атмосферного в интервале от 0,1*10⁵до 2*10⁵Па, пересчитывают по формуле

(1.19)

где индекс “р” означает, что показатель имеет отношение к рабочему давлению, а индекс “о” – к атмосферному; знак “+” в знаменателе ставится при расчете , а знак “-“ – при расчете .

Аналогично можно пересчитать температуру вспышки жидкости (в знаменателе знак “+”).

6. В аппаратах часто находятся не индивидуальные пожароопасные жидкости, а их растворы (в том числе водные). В этом случае давление насыщенных паров компонентов над раствором определяют по закону Рауля (для идеальных растворов):

(1.20)

где - парциальное давление i-го компонента над раствором, Па; - давление насыщенного пара чистого i-го компонента при данной температуре, Па; - мольная доля i-го компонента в растворе, которая зависит от его относительного содержания.

Относительное содержание компонентов в растворе определяется по формуле

(1.21)

или

, (1.22)

где и - соответственно объемная и массовая доли i-го компонента в растворе; - объем i-го компонента в растворе, м³; - масса i-го компонента в растворе, кг; n – число компонентов в растворе.

Пересчет относительного объемного или массового содержания компонентов в растворе в мольные доли компонентов для бинарных растворов, содержащих компоненты А и В, производится по формулам

(1.23)

(1.24)

где и - объемные доли соответственно компонентов А и В в растворе, =1- ; и - плотность чистых компонентов А и В (см. табл. 4 приложения), кг/м³; и - массовые доли компонентов А и В в растворе, =1- ; и - молекулярные массы чистых компонентов А и В, кг/моль; и - мольные доли компонентов А и В в растворе, =1- .

Формулы для перевода массовых долей компонентов в газовых смесях в объемные доли, а также для определения плотности, молекулярной массы и газовой постоянной смеси паров или газов приведены в табл. 3 приложения.

7. В процессах переработки, транспортировки кусковых или измельченных твердых горючих материалов, а также при их обработке образование взрывоопасных пылевоздушных смесей происходит при выполнении соотношения:

(1.25)

где - фактическая (рабочая) концентрация пыли в аппарате или помещении с учетом наличия взвешенной или осевшей пыли, кг/м³; - нижний концентрационный предел распространения пламени, кг/м³.

Действительную концентрацию пыли в аппарате можно вычислить по формуле

(1.26)

где - концентрация взвешенной горючей пыли в аппарате, кг/м³; - концентрация осевшей горючей пыли в аппарате, кг/м³, которая может перейти во взвешенной состояние

или (1.27)

где - интенсивность образования отложений пыли, кг/с; - продолжительность работы аппарата, с; - свободный объем аппарата, м³; - масса осевшей пыли в аппарате, кг.

Взрывобезопасные условия эксплуатации аппаратов с горючими пылями определяют из выражения

(1.28)

где - коэффициент безопасности (запаса надежности), ≥2.

8. Для флегматизации горючих газопаровоздушных смесей в производственных аппаратах применяют инертные газы: диоксид углерода, азот, водяной пар (при температуре среды в аппарате выше 100ºС), аргон и другие.

Предельно допустимую взрывобезопасную концентрацию флегматизатора (ПДВК ) вычисляют по формуле

ПДВК = (1.29)

где - коэффициент запаса надежности, принимаемый следующим образом:

при >0,15 об. долей =1,2;

при об. долей =1,5;

- минимальная флегматизирующая концентрация флегматизатора, об. доли; величина для некоторых индивидуальных веществ приводится в работе [2], а для смесей горючих паров и газов определяется расчетом, согласно ГОСТу [1]; величину можно также определить по формуле

(1.30)

где - минимальное взрывоопасное содержание кислорода (МВСК), величина которого приводится в работе [2] или оценивается расчетом (при флегматизации среды азотом) по формуле

(1.31)

где - стехиометрический коэффициент при кислороде в уравнении сгорания 1 моля горючего вещества.

Определить значение минимальной флегматизирующей концентрации при температуре среды, отличной от 25 ºС, можно по формуле

(1.32)

Количество инертного газа, необходимого для флегматизации горючей смеси в аппарате, определяют из выражения

(1.33)

где - количество подаваемого в аппарат инертного газа, м³; - свободный объем аппарата, занимаемый парогазовоздушной смесью, м³.

Задачи

Вариант 1

1.1. По условиям ведения технологического процесса в смеситель поступают горючий газ и воздух. Вид горючего, расходы компонентов (G и ) и температура образующейся смеси () приведены в табл. 1.1. Дать заключение о горючести газовоздушной смеси в аппарате при условии, что давление в системе не меняется и близко к атмосферному.

Таблица 1.1

Решение:

По таблице: Горючий газа- Ацетилен (0,025 – 0,81)

Значения и , приведенные к 25 ºС при атмосферном давлении, даны в табл. 1 приложения. Определить значения величин и при температуре среды, отличной от 25 ºС:

об. доли.

Рабочую концентрацию горючего газа в смеси с окислителем можно определить из материального баланса аппарата:

(1.1)

0.023<0.024<0.926

Над поверхностью аппарата образования зона ВОК, т.к удовлетворило условия 1.1 среда горючая.

1.2. Предложить взрывобезопасный концентрационный режим эксплуатации газового смесителя (исходные данные приведены в табл. 1. 1) с учетом того обстоятельства, что температура в аппарате изменяется от 25 ºС (пуск аппарата в работу) до .

Решение:

0,019 1,023

Ответ: Для обеспечения Взрывобезопасностьи электрически аппарата необходимо обеспечение НКП 0,019 и ВКП 1,023

1.3. Технологический процесс осветления продукта (пожароопасной жидкости) проводится в отстойнике с дыхательным устройством при постоянной температуре. Дать заключение о горючести паровоздушной смеси, если известно, что уровень продукта в аппарате периодически меняется. Вид продукта и его температура приведены в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

По таблице: Горючий газа- Бутилацетат (0,0135-0,09) М=116,16

Решение:

- молярный объем пара или газа (м³/кмоль) при рабочих условиях, орпеделяемый по формуле

(1.11)

м³/кмоль

кг/м³

1.4. Технологический процесс фильтрации готового продукта (пожароопасной жидкости) протекает в фильтре, который работает под вакуумом или избыточным давлением. Температура продукта и его уровень в аппарате в течение всего процесса фильтрации поддерживаются постоянными. Рекомендовать взрывобезопасный температурный режим проведения процесса фильтрации при рабочем давлении паровоздушной смеси в аппарате и определить предельное давление, ниже которого паровоздушная смесь не имеет концентрационных пределов распространения пламени. Вид продукта и рабочее (абсолютное) давление процесса приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3.

По таблице: Горючий газа- н-Бутиловый спирт

Решение:

По справочнику находим константы уравнения Антуана и значение нижнего концентрационного предела распространения пламени:

А= 17,2160; В= 3137,02; C_A = -94,43; об. доли; об. доли

1.5. В технологическом процессе приготовления лакокрасочных материалов используются растворители, состоящие из двух компонентов. Дать заключение о возможности образования ВОК в сборнике вместимостью 2 м³ с длительно хранящимся в нем растворителем (сборник оборудован дыхательным устройством). Содержание компонентов растворителя в емкости и технологические параметры процесса хранения приведены в табл. 1.4 (давление в емкости - атмосферное).

Таблица 1.4