Порядок розв’язання задачі. Основні параметри вогнеперешкоджувача, що необхідно розрахувати:

Основні параметри вогнеперешкоджувача, що необхідно розрахувати:

- горюча речовина;

- критичний діаметр каналів d_кр, м;

- діаметр гранул d_гр, м;

- висота гранул Н, м;

- діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D,м;

- опір шару насадки , Па.

Розглянемо розрахунок вогнеперешкоджувача для продувочної лінії з наступними параметрами:

- горюча речовина: ацетилен;

- температура суміші: 45 ^оС;

- витрати горючої суміші: 250 м³/год.;

- концентрація горючої речовини: стехіометрична.

1. У випадку, коли концентрація горючої речовини не вказана у завданні, необхідно розрахувати концентрацію компонентів вихідної суміші стехiометричного складу, виходячи із рівняння горіння в повітрі 1-го моля горючої речовини

та , (2.1)

де - концентрація горючого компоненту у вихідній суміші стехiометричного складу, об. частки;

- кількість молей і-го компоненту в суміші;

n - кількість компонентів в суміші;

- концентрація повітря у вихідній суміші.

Для горючих речовин, які складаються з атомів C, H, O, Cl, Br, I та F, визначають стехiометричний коефіцієнт відносно кисню у рівнянні горіння

, (2.2)

де n_C, n_H, n_X та n₀ – відповідно кількість атомів у молекулі горючої речовини: вуглецю, водню, галоїдів та кисню.

У цьому випадку

. (2.3)

2. Визначають питому газову сталу вихідної суміші R (табл. 1 додатку 1),

(2.4)

а також її питому теплоємність С_Р

Дж/кг·К (2.5)

де - вміст горючої речовини в суміші, об’ємні частки;

та - питома теплоємність горючого пару (газу) та повітря відповідно, Дж/кг·К (табл. 2 та 3 додатку 1).

та коефіцієнт теплопровідності

, Вт/м·К (2.6)

де - вміст горючої речовини в суміші, об’ємні частки;

та - коефіцієнти теплопровідності горючого пару (газу) та повітря відповідно, Вт/м·К (табл. 2 та 3 додатку 1).

З табл. 5 додатку 1 знаходять нормальну швидкість поширення полум’я для горючої речовини u_н=1,57 м/с (для ацетилену).

3. Розраховують критичний діаметр каналів вогнеперешкоджувача

м, (2.7)

де R – питома газова стала вихідної суміші, Дж/кг·К;

t_p – температура вихідної суміші, ^оС;

– коефіцієнт теплопровідності вихідної суміші, Вт/м·К;

u_н – нормальна швидкість поширення полум’я, м/с;

С_Р – питома теплоємність вихідної суміші, Дж/кг·К;

Р_р – тиск вихідної суміші, Па.

4. Визначають фактичний діаметр каналів у шарі гранул (гравію) d

м, (2.8)

де К_б– коефіцієнт безпеки, приймають К_б >2.

5. В залежності від отриманого фактичного діаметру каналів за таблицею 2.3. визначають діаметр гранул (гравію) насадки вогнеперешкоджувача d_гр.

Таблиця 2.3. – Визначення діаметра гранул насадки вогнеперешкоджувача.

У нашому прикладі ми приймаємо діаметр гранул рівним d_гр=2·10^{-3 м.}

6. Розраховуємо значення молярного об’єму парів або газів за робочих умов

м³ (2.9)

де V₀=22,41 м³/кмоль – молярний об’єм парів або газів у нормальних умовах;

Т₀=273 К – температура за нормальних фізичних умов;

Р₀=1·10⁵ Па – тиск за нормальних фізичних умов;

Т_р та Р_р – відповідно робоча температура (К) та робочий тиск (Па) системи.

7. Визначають густину компонентів горючої суміші стехіометричного складу при робочій температурі горючої речовини

кг/м³ (2.10)

та повітря – з таблиці 3 додатку 1 або за формулою (2.10).

кг/м³

8. Знаходять густину вихідної суміші при робочій температурі за формулами, наведеними в таблиці 1 додатку 1.

кг/м³

9. Розраховують в’язкість компонентів горючої суміші при робочій температурі

Па·с, (2.11)

де і - коефіцієнти динамічної в’язкості газу (пари) відповідно при температурах t_p та t_o, які наведені в довідковій літературі, Па·с. Значення коефіцієнта динамічної в’язкості та константи C деяких речовин при t_o=20 ^oC наведені в таблиці 2 додатку 1, а повітря - в таблиці 3 додатку 1.

10. Визначають в’язкість двохкомпонентної горючої суміші при робочій температурі

Па·с, (2.12)

де індекс «г» відноситься до горючої речовини;

індекс «п» відноситься до повітря;

М – молекулярна маса компоненту суміші, кг/кмоль;

М_п=28,96 кг/кмоль – молекулярна маса повітря;

– коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с. При стехіометричній концентрації горючої речовини у вихідній горючій суміші менше 5% об’ємних часток в’язкість, густину та інші показники горючої суміші можна приймати по повітрю.

11. За таблицею 4 додатку 1 по діаметру гранул та їх матеріалу знаходять питому поверхню S в м²/м³ та вільний об’єм.

У нашому випадку, виходячи з отриманого діаметру гранул гравію визначаємо:

- вільний об’єм ε=0,5;

- питома поверхня S=1150 м²/м³.

12. Подальші розрахунки проводять з використанням методу послідовних наближень, для чого задаються значенням фіктивної швидкості . Приймають =0,2–1,5 м/с.

13. Визначають число Рейнольдса для газового потоку у пористому шарі гранул

. (2.13)

14. Визначають коефіцієнт гідравлічного опору шару гранул у гравійному вогнеперешкоджувачі в залежності від значення числа Re

при Re< 40 =140/Re (2.14)

при Re> 40 =16/Re^0.2 (2.15)

У нашому випадку

15. Знаходять еквівалентний діаметр вогнегасячих каналів у шарі гранул

м, (2.16)

16. Приймають висоту шару гранул у вогнеперешкоджувачі Н

Н=(40 - 50)·d_гр=45·2·10^-3=90·10^-3=0,09 м. (2.17)

17. Уточнюють значення фіктивної швидкості горючої суміші у насадці вогнеперешкоджувача

, (2.18)

де - втрати напору у шарі гранул, Па. Втрати напору не повинні перевищувати 100 - 200 Па.

18. Визначають помилку при заданні фіктивної швидкості

% (2.19)

Якщо помилка не перевищує 5%, вважають значення вірним та продовжують розрахунки, починаючи з п. 19.

Якщо >5 %, то задаються новим значенням фіктивної швидкості:

при > (2.20)

при < (2.21)

та повторюють розрахунки, починаючи з п.13. до тих пір, поки помилка при визначенні фіктивної швидкості не знизиться до величини <5 %.

У нашому випадку проводимо повторний розрахунок:

;

;

;

;

%.

……………………………………

.

19. Розраховують діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D, як більшу величину з наступних двох значень

(2.22)

де Q – витрата горючої суміші в захищаємому трубопроводі, м³/c.

20. Визначають дійсну швидкість газової суміші у вогнеперешкоджувачі

м/с, (2.23)

21. Перевіряють втрати напору в шарі гранул вогнеперешкоджувача

Па. (2.24)

22. Визначають помилку при обчисленні втрат напору

%. (2.25)

У разі <5 % розрахунки вважають закінченими. При >5 % розрахунки повторюють з п.17, прийнявши нове значення

.

У нашому випадку проводити повторний розрахунок немає необхідності, так як отримане значення похибки менше 5 %.

Таким чином, розрахунок закінчено, отримані наступні розрахункові параметри гравійного вогнеперешкоджувача:

- горюча речовина – ацетилен;

- критичний діаметр каналів d_кр=1·10^{-3 м;}

- діаметр гранул d_гр = 2·10^-3м;

- висота гранул Н=0,09 м;

- діаметр корпуса вогнеперешкоджувача D=0,4м;

- опір шару насадки =191,3 Па.

Поиск по сайту: