采矿专业燃烧.ppt
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1、燃烧学燃烧学-第三章第三章关于采矿专业燃烧中国矿业大学能源学院安全与消防工程系1现在学习的是第1页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系2第5章可燃液体的燃烧5.1液体燃料的燃烧特点液体燃料的燃烧特点5.2液体蒸发液体蒸发5.3闪燃与爆炸温度极限闪燃与爆炸温度极限5.4液滴的蒸发和燃烧液滴的蒸发和燃烧5.5液态可燃物的火灾蔓延液态可燃物的火灾蔓延5.6油罐火灾燃烧油罐火灾燃烧现在学习的是第2页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3第第5 5章章 可燃液体的燃烧可燃液体的燃烧5.15.1液体燃料的燃烧特点液体燃料的燃烧特点 液
2、体燃料的燃烧是先蒸发,生成燃料蒸液体燃料的燃烧是先蒸发,生成燃料蒸气,然后与空气相混合,进而发生燃烧。气,然后与空气相混合,进而发生燃烧。重质液体燃料受热裂解成轻质碳氢化合重质液体燃料受热裂解成轻质碳氢化合物和碳黑,其中轻质碳氢化合物以气态形态物和碳黑,其中轻质碳氢化合物以气态形态燃烧,碳黑以固相燃烧形式燃烧。燃烧,碳黑以固相燃烧形式燃烧。热能蒸发混合空气热能可燃液体可燃气体可燃性混合气体着火燃烧现在学习的是第3页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系4 根据液体燃料蒸发与汽化的特点,可将根据液体燃料蒸发与汽化的特点,可将其燃烧形式分为其燃烧形式分为 液面燃烧
3、液面燃烧-灾害燃烧灾害燃烧灯芯燃烧灯芯燃烧蒸发燃烧蒸发燃烧雾化燃烧雾化燃烧 雾化燃烧是液体工程燃烧的主要方式。雾化燃烧是液体工程燃烧的主要方式。现在学习的是第4页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系5200180160140120100806040200-1004080120160200240123456781(C2H5)2O;2CH3OH;3C6H5OH;4C6H6;5H2O;6n-C7H16;7C6H5Cl;8C6H5I温度/饱和蒸气压ps(kPa)图5-1某些液体的饱和蒸气压与温度的关系5.25.2液体蒸发液体蒸发 蒸发和沸腾都是液体的气蒸发和沸腾都是
4、液体的气化现象化现象 蒸发(在液体表面进行,蒸发(在液体表面进行,低于沸点)低于沸点)沸腾(在液体表面和内沸腾(在液体表面和内部同时汽化,快速蒸发,在部同时汽化,快速蒸发,在沸点时)沸点时)现在学习的是第5页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系6 单位时间内从液面逸出分子的数量恰好等于返回单位时间内从液面逸出分子的数量恰好等于返回液面分子的数量,此时液相与气相保持相对的气液平液面分子的数量,此时液相与气相保持相对的气液平衡,称之为饱和状态。衡,称之为饱和状态。饱和蒸汽压饱和蒸汽压P PS S:饱和蒸气所产生的压力。饱和蒸气所产生的压力。一种物质在一定温度下的
5、饱和蒸气压是不变的一种物质在一定温度下的饱和蒸气压是不变的 饱和蒸气压随温度升高而增大饱和蒸气压随温度升高而增大Ps现在学习的是第6页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系75.2.2 5.2.2 蒸发的动力学基础蒸发的动力学基础蒸发的形式:静蒸发和动蒸发蒸发的形式:静蒸发和动蒸发液体的蒸发实际上包括三个过程:液体的蒸发实际上包括三个过程:气化过程气化过程液体分子从液面逸出液体分子从液面逸出成为蒸气分子;成为蒸气分子;扩散过程扩散过程逸出的蒸气分子在气逸出的蒸气分子在气相介质中分散开来;相介质中分散开来;凝结过程凝结过程部分逸出的蒸气分子部分逸出的蒸气分子经碰
6、撞后重新被液面吸收。经碰撞后重新被液面吸收。现在学习的是第7页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系8 燃燃料料蒸蒸发发的的程程度度,决决定定于于逸逸出出液液面面的的分分子子数数与重新被吸回液面的分子数之差。与重新被吸回液面的分子数之差。燃燃料料的的蒸蒸发发速速度度则则不不仅仅决决定定于于该该燃燃料料的的气气化化和和凝凝结结过程,而且和逸出分子的扩散过程有密切关系。过程,而且和逸出分子的扩散过程有密切关系。现在学习的是第8页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系9液体分子蒸发的条件液体分子蒸发的条件 m m表表示示液液体体分分
7、子子的的质质量量,u ux x表表示示垂垂直直于于液液面面的的x x轴轴上上分分子子运运动动的的速速度度分分量量(即即法法向向分分量量),为为液液体体分分子子逸逸出出表表面面层层所所作作的的功功,则可以看出,液体分子蒸发时必须满足下列条件:则可以看出,液体分子蒸发时必须满足下列条件:现在学习的是第9页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系10 自由蒸发:当蒸汽压为零时液体的蒸发自由蒸发:当蒸汽压为零时液体的蒸发 在自由蒸发时,液体分子蒸发的速度,即每秒内在自由蒸发时,液体分子蒸发的速度,即每秒内自每平方厘米液面上蒸发出去的分子数自每平方厘米液面上蒸发出去的分子
8、数n n0 0应为应为 NN阿佛加得罗常数;阿佛加得罗常数;液体的比体积(单位质量的体积);液体的比体积(单位质量的体积);液体的摩尔质量;液体的摩尔质量;RR气体常数;气体常数;l li i每摩尔液体的蒸发潜热;每摩尔液体的蒸发潜热;TT绝对温度,绝对温度,K K。现在学习的是第10页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系11 在自由蒸发时,单位时间内自单位面积上蒸发在自由蒸发时,单位时间内自单位面积上蒸发出的液体质量出的液体质量w w应为应为 假设在液体表面每立方厘米气相层中有假设在液体表面每立方厘米气相层中有C C0 0个个蒸气分子,则单位时间内在单位面
9、积液面上所发蒸气分子,则单位时间内在单位面积液面上所发生的蒸气分子撞击次数为生的蒸气分子撞击次数为Z Z。(5-35-3)现在学习的是第11页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12假定在每假定在每次撞击中有一次被吸回液面,则在次撞击中有一次被吸回液面,则在单位时间内每平方厘米表面上被吸回液面的分子单位时间内每平方厘米表面上被吸回液面的分子数为数为现在学习的是第12页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系13 在饱和状态下,此时,在液体表面每立方厘在饱和状态下,此时,在液体表面每立方厘米气相层中有米气相层中有C CS S个蒸
10、气分子个蒸气分子可以得出可以得出 或或现在学习的是第13页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系14 在在不饱和情况下不饱和情况下,单位时间内在液体表面,单位时间内在液体表面层每平方厘米表面内蒸发出去的分子数层每平方厘米表面内蒸发出去的分子数n n,此,此时时 现在学习的是第14页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系15写成蒸气压形式:写成蒸气压形式:蒸发速度蒸发速度 蒸发速度随液体温度的升高、密度的增大而增蒸发速度随液体温度的升高、密度的增大而增大大;随摩尔质量的增大及蒸发潜热的增大而减小。饱和随摩尔质量的增大及蒸发潜热的
11、增大而减小。饱和蒸气压愈大或气相中的分压愈低,蒸发速度愈大。蒸气压愈大或气相中的分压愈低,蒸发速度愈大。现在学习的是第15页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系16 在液体温度一定的条件下,公式中在液体温度一定的条件下,公式中、R R、T T、及、及l li i均为常数均为常数 在一定温度下液体的饱和蒸气压是不变的在一定温度下液体的饱和蒸气压是不变的 液体蒸发的基本定律液体蒸发的基本定律-道尔顿蒸发定律道尔顿蒸发定律 在一定温度下,液体蒸发的速度决定于该液体在一定温度下,液体蒸发的速度决定于该液体的饱和蒸气压与液面上该液体蒸气压之差。的饱和蒸气压与液面上该液
12、体蒸气压之差。现在学习的是第16页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系175.2.35.2.3静蒸发静蒸发 静蒸发静蒸发:液体在容器中处于静止状态,液体在容器中处于静止状态,液面空气不流动时液体的蒸发液面空气不流动时液体的蒸发 封闭条件下,液体静蒸发:封闭条件下,液体静蒸发:常数常数A A实际上与外界压力(液面气体总压力)实际上与外界压力(液面气体总压力)P P外外成成反比,反比,用公式表示之为用公式表示之为现在学习的是第17页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系18 单位时间内的总蒸发量总是与液体蒸发的表面积成单位时间内
13、的总蒸发量总是与液体蒸发的表面积成正比,而与液体的质量无关,用公式表示之为正比,而与液体的质量无关,用公式表示之为 现在学习的是第18页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系19 当外界压力减小,温度增加或液体表面积增大时,当外界压力减小,温度增加或液体表面积增大时,液体的蒸发量都有增加。液体的蒸发量都有增加。小呼吸就是贮油容器内蒸气由于昼夜温差而引小呼吸就是贮油容器内蒸气由于昼夜温差而引起周期性的膨胀和收缩。起周期性的膨胀和收缩。要要减减少少液液体体燃燃料料的的蒸蒸发发损损失失,最最有有效效的的途途径径是是降降低低液液体体的的贮贮存存温温度度,使使液液体体在
14、在完完全全密密封封条条件件下下贮贮存存。减减少少液液体体蒸蒸发发的的表表面面,减减少少液液体体液液面面上上部部空空间间的容积。减少小呼吸的次数。的容积。减少小呼吸的次数。现在学习的是第19页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系205.2.4 5.2.4 动蒸发动蒸发 动蒸发:液体在流动的气流中分散为细动蒸发:液体在流动的气流中分散为细小颗粒的蒸发称为动蒸发小颗粒的蒸发称为动蒸发 评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中评定液体燃料在贮存运输和抽注过程中的蒸发损失的倾向,应采用标准方法的蒸发损失的倾向,应采用标准方法SHSHT0235T0235。在往油罐等容器注油时
15、会有大量燃料蒸在往油罐等容器注油时会有大量燃料蒸气逸出,卸油时会有大量新鲜空气进入,这气逸出,卸油时会有大量新鲜空气进入,这种现象叫做大呼吸种现象叫做大呼吸现在学习的是第20页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系21 液体在动蒸发时的蒸发速度远远超过在静液体在动蒸发时的蒸发速度远远超过在静蒸发时的蒸发速度蒸发时的蒸发速度.因为,在动蒸发时,和液体表面相邻的空因为,在动蒸发时,和液体表面相邻的空气中液体的蒸气压很难达到饱和状态。气中液体的蒸气压很难达到饱和状态。现在学习的是第21页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系22影响
16、动蒸发的因素:影响动蒸发的因素:(1 1)液体性质)液体性质如如液液体体燃燃料料的的沸沸点点和和蒸蒸气气压压,蒸蒸气气的的扩扩散散系系数数,液液体体的的蒸蒸发发潜潜热热、粘粘度度和和表表面面张张力力等。等。(2 2)环境因素,)环境因素,周围空气的温度和压力、空气流动速度、周围空气的温度和压力、空气流动速度、与与蒸蒸发发表表面面有有关关的的燃燃料料雾雾化化程程度度和和分分散散情情况况(液液体体分分散散的的颗颗粒粒大大小小与与数数量量)以以及及喷喷嘴嘴的的构构造和喷油压力等。造和喷油压力等。主要影响因素如下:主要影响因素如下:现在学习的是第22页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能
17、源学院安全与消防工程系23(1 1)燃料的沸点和饱和蒸气压)燃料的沸点和饱和蒸气压图图5-3 5-3 烃的碳原子数和沸点的关系烃的碳原子数和沸点的关系11环烷烃;环烷烃;22芳香烃;芳香烃;33正烷烃;正烷烃;44烯烃;烯烃;55异构烷烃异构烷烃现在学习的是第23页,共43页燃烧学燃烧学-第三章第三章中国矿业大学能源学院安全与消防工程系24 纯净物质的饱和蒸气压为定值。纯净物质的饱和蒸气压为定值。当当碳碳原原子子数数相相同同时时,各各种种烃烃类类中中芳芳香香烃烃的的沸沸点点最最高高,环环烷烷烃烃和和正正烷烷烃烃次次之之,烯烯烃烃和和异异构构烷烷烃烃的的沸沸点最低。点最低。异异构构体体分分支支愈
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