Решение. В аппаратах с длительно хранящимися и особенно нагретыми жидкостями концентрации паров близка к насыщенной

В аппаратах с длительно хранящимися и особенно нагретыми жидкостями концентрации паров близка к насыщенной, т.е. φ_р = φ_s. В свою очередь, концентрация насыщенного пара при рабочей температуре жидкости может быть определена по формуле:

где Р_р – рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате (абсолютное давление в герметичном аппарате или барометрическое давление Р_бар в «дышащем» аппарате), Па.

P_S – давление насыщенного пара жидкости при рабочей температуре, Па.

Величину давления насыщенного пара бензола определяем по уравнению Антуана:

где А, В и С_А – константы, зависящие от свойств жидкости, приведены в справочной литературе А = 6,10906; В = 1252,776; С_А = 225,178 [25].

Отсюда концентрация насыщенного пара составляет:

Определяем значения концентрационных пределов воспламенения по справочнику Баратова:

φ_НКПРП = 1,43 % об; φ_ВКПРП = 8 % об.

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

Поскольку рабочая концентрация не входит в диапазон опасных концентраций можно сделать вывод, что условия эксплуатации данного аппарата являются взрывобезопасными.

Пример 5. Пересчитать значение нижнего концентрационного предела распространения пламени ацетона из об. долей в кг/м³. Рабочее давление паровоздушной смеси в аппарате – атмосферное, температура 50 ⁰С.

Решение.

По справочнику Баратова находим значения нижнего концентрационного предела воспламенения и молекулярную массу ацетона

Молярный объем пара при рабочих условиях определяем по формуле:

где V₀ – молярный объем паров (или газов) при нормальных условиях,

V₀ = 22,4135 ≈ 22,4 нм³/кмоль;

Р₀ – давление при нормальных физических условиях, Р₀=1,01325∙10⁵ Па.

Нижний концентрационный предел распространения пламени ацетона определяем по формуле:

;

Пример 6. Определить нижний концентрационный предел распростра-нения пламени бытового (топливного) газа, имеющего следующий состав (средний) в % об:

Метан – 74,2; этан – 15,1; пропан – 8,5; бутан – 0,6;

Азот – остальное.

Решение.

По справочнику [16] находим значения нижних концентрационных пределов распространения пламени компонентов газа:

для метана φ_н = 5,28 %;

для этана φ_н = 2,9 %;

для пропана φ_н = 2,3 %;

для бутана φ_н = 1,8 %.

Нижний концентрационный предел распространения пламени бытового газа определяем по формуле:

;

или 4,2 % об.

Пример 7. Вычислить массовый состав газовой смеси, содержащей по объему 20 % СО₂; 30 % О₂ и 50 % N₂.

Решение.

Формула пересчета объемного состава смеси в массовый имеет следующий вид:

,

где φ_i и С_i – соответственно объемная и массовая доли i -го компонента в растворе;

М_i – молекулярная масса i- го компонента в растворе, кг/кмоль;

n – число компонентов в растворе.

Найдем содержание углекислого газа в смеси в массовых концентрациях:

масс. долей.

Аналогично рассчитаем для других компонентов смеси:

масс. долей.

масс. долей.

Таким образом, объемный состав газовой смеси будет следующий: 27,2 % СО₂; 29,6 % О₂ и 43,2 % N₂.

Пример 8. Азотно-водородная смесь имеет массовый состав 82 % N₂, 18 % Н₂. Определить объемный состав и среднюю плотность смеси, если плотность азота 1,251 кг/м³, плотность водорода 0,0898 кг/м³.

Решение.

Формула пересчета объемного состава смеси в массовый имеет следующий вид:

Таким образом, найдем содержание азота в смеси в объемных долях:

об. долей.

Аналогично найдем для водорода:

об. долей.

Плотность смеси газов можно определить по формуле:

ρ_см= φ₁ρ₁+ φ₂ρ₂+ φ₃ρ₃+…

Находим плотность азотно-водородной смеси:

Таким образом, объемный состав смеси будет следующим 24,6 % N₂, 75,4 % Н₂. Средняя плотность смеси составит 0,375 кг/м³.

Пример 9. Исходя из условий безопасного ведения технологического процесса, определить расход окислителя (кислорода), подаваемого в аппарат для приготовления смеси с бутаном. Производительность смесителя составляет 0,5 м³/с по бутано–кислородной смеси. Давление в смесителе близко к атмосферному, температура процесса 25 ⁰С.

Решение.

По справочнику [16] находим значения нижнего и верхнего концентрационных пределов распространения пламени смеси бутана с кислородом: φ_н = 1,8 % об, φ_в = 49 % об. Взрывобезопасные концентрации бутана при эксплуатации смесителя определяем по формулам:

или

Подставляя значения получим:

Отсюда концентрация кислорода составит:

Объемная концентрация компонента есть отношение объема данного компонента к объему, занимаемому всей смесью:

где G_ок – объемный расход кислорода, м³/с;

G_г – объемный расход горючего вещества, м³/с;

Выразим из формулы значение объемного расхода кислорода и подставим значение концентрации кислорода:

Но по условию

Тогда

Подставляем найденные взрывобезопасные значения рабочих концентраций бутана в полученное выражение и определяем расход кислорода:

или

Взрывобезопасность технологического процесса (при заданной производительности смесителя по бутано – кислородной смеси) обеспечивается при выполнении следующих условий:

– расход кислорода должен превышать 0,493 м³/с или

– расход кислорода должен быть менее 0,227 м³/с.

Пример 10. Определить концентрацию насыщенного пара бутилового спирта (С₄Н₉ОН), находящегося в «дышащем» аппарате при температуре 50 ⁰С.