采矿专业燃烧

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 5.2液体蒸发 5.3闪燃与爆炸温度极限 5.4液滴的蒸发和燃烧 5.5液态可燃物的火灾蔓延 5.6油罐火灾燃烧 第2页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系3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是先蒸发，生成燃料蒸气，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。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第3页,共43页，2024年2月25日，星期天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，可将其燃烧形式分为液面燃烧---灾害燃烧灯芯燃烧蒸发燃烧雾化燃烧雾化燃烧是液体工程燃烧的主要方式。第4页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系5200180160140120100806040200-1004080120160200240123456781－（C2H5）2O；2－CH3OH；3－C6H5OH；4－C6H6；5－H2O；6－n-C7H16；7－C6H5Cl；8－C6H5I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5.2液体蒸发蒸发和沸腾都是液体的气化现象蒸发（在液体表面进行，低于沸点）沸腾（在液体表面和内部同时汽化，快速蒸发，在沸点时）第5页,共43页，2024年2月25日，星期天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。饱和蒸汽压PS:饱和蒸气所产生的压力。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Ps第6页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系75.2.2蒸发的动力学基础蒸发的形式：静蒸发和动蒸发液体的蒸发实际上包括三个过程：①气化过程——液体分子从液面逸出成为蒸气分子；②扩散过程——逸出的蒸气分子在气相介质中分散开来；③凝结过程——部分逸出的蒸气分子经碰撞后重新被液面吸收。第7页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系8

燃料蒸发的程度，决定于逸出液面的分子数与重新被吸回液面的分子数之差。燃料的蒸发速度则不仅决定于该燃料的气化和凝结过程，而且和逸出分子的扩散过程有密切关系。第8页,共43页，2024年2月25日，星期天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

m表示液体分子的质量，ux表示垂直于液面的x轴上分子运动的速度分量（即法向分量），ε为液体分子逸出表面层所作的功，则可以看出，液体分子蒸发时必须满足下列条件：第9页,共43页，2024年2月25日，星期天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n0应为N—阿佛加得罗常数；γ′—液体的比体积（单位质量的体积）；μ—液体的摩尔质量；R—气体常数；li—每摩尔液体的蒸发潜热；T—绝对温度，K。第10页,共43页，2024年2月25日，星期天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出的液体质量w应为

假设在液体表面每立方厘米气相层中有C0个蒸气分子，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Z。（5-3）第11页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系12

假定在每ξ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数为第12页,共43页，2024年2月25日，星期天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米气相层中有CS个蒸气分子可以得出或第13页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系14

在不饱和情况下，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n，此时第14页,共43页，2024年2月25日，星期天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：蒸发速度

蒸发速度随液体温度的升高、密度的增大而增大;随摩尔质量的增大及蒸发潜热的增大而减小。饱和蒸气压愈大或气相中的分压愈低，蒸发速度愈大。

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在液体温度一定的条件下，公式中ρ、R、T、μ、及li均为常数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--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的饱和蒸气压与液面上该液体蒸气压之差。

第16页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系175.2.3静蒸发静蒸发: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封闭条件下，液体静蒸发：

常数A实际上与外界压力（液面气体总压力）P外成反比，用公式表示之为第17页,共43页，2024年2月25日，星期天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正比，而与液体的质量无关，用公式表示之为第18页,共43页，2024年2月25日，星期天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，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起周期性的膨胀和收缩。要减少液体燃料的蒸发损失，最有效的途径是降低液体的贮存温度，使液体在完全密封条件下贮存。减少液体蒸发的表面，减少液体液面上部空间的容积。减少小呼吸的次数。第19页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系205.2.4动蒸发动蒸发：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SH／T0235。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，这种现象叫做大呼吸第20页,共43页，2024年2月25日，星期天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蒸发时的蒸发速度.

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。第21页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系22影响动蒸发的因素：（1）液体性质如液体燃料的沸点和蒸气压，蒸气的扩散系数，液体的蒸发潜热、粘度和表面张力等。（2）环境因素，周围空气的温度和压力、空气流动速度、与蒸发表面有关的燃料雾化程度和分散情况（液体分散的颗粒大小与数量）以及喷嘴的构造和喷油压力等。主要影响因素如下：第22页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系23（1）燃料的沸点和饱和蒸气压图5-3烃的碳原子数和沸点的关系1—环烷烃；2—芳香烃；3—正烷烃；4—烯烃；5—异构烷烃第23页,共43页，2024年2月25日，星期天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。当碳原子数相同时，各种烃类中芳香烃的沸点最高，环烷烃和正烷烃次之，烯烃和异构烷烃的沸点最低。异构体分支愈多，沸点也愈低。在同一烃类系列中，沸点随碳原子数增加而升高。同系物中含碳原子数愈多，沸点也愈高石油产品的蒸发性通常用沸点范围或馏程来表示第24页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系25表5-3不同碳原子分子的沸点和蒸气压名称分子式沸点/℃60℃时的饱和蒸气压甲苯C6H5CH3110.618.5乙基环戊烷C5H9C2H5103.524.3甲基环己烷C6H11CH3100.927.0正庚烷C7H1698.428.0正庚烯C7H1493.633.22-甲基己烷C6H13CH390.137.52，2-二甲基戊烷C5H10（CH3）279.254.7乙苯C6H5C2H5136.27.4乙基环己烷C6H11C2H5131.89.2正辛烷C8H18125.710.51-正辛烷C8H16121.312.42，2，4-三甲基戊烷C5H9（CH3）399.232.2第25页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系26表5-4几种常见燃料的沸点范围液体燃料沸点范围/℃液体燃料℃航空汽油（79号、95号）40～180轻柴油（-35号，专用及直馏）180～350车用汽油35～205燃料油（重油）300以上航空煤油（1号、2号）150～250石油醚30号30～60鱼雷燃料160～250石油醚60号60～9灯用煤油200～300酒精（工业纯乙醇95.6％）78轻柴油（一般）200～365

第26页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系27克劳修斯—克拉佩龙

式中△H为液体的蒸发潜热，V1为1mol该物质的液相容积，V2为气相容积。

V1远远小于V2（即：V2－V1≈V2）则上述方程经积分后可得

沸点越低，蒸发性越高；蒸汽压越大，蒸发性越高第27页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系28表5-5几种常见有机化合物的LV和C′值。化合物分子式LV蒸发(J/mol)C′温度范围(℃)正-戊烷n-C5H12275679.6116-77～191甲苯C6H5CH3358669.8443-28～31正-癸烷n-C10H224561210.373017～173甲醇CH3OH3753110.7647-44～224乙醇C2H5OH4043610.9523-31～242苯n-C6H634.0529.9586-37～290第28页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系29安顿（Anloine）方程在一般压力下的正戊烷，安顿方程为图5-4液体燃料的蒸气压与温度的关系1—航空汽油；2—航空煤油；3—车用汽油；4—裂化汽油；5—轻煤油；6—重煤油第29页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系30（2）扩散系数

液体燃料在静止的蒸发的速度很大程度上决定于蒸气分子在空间内的扩散速度。当液体燃料在空气流速很大或强烈涡流条件下蒸发时，对蒸发速度起决定作用的是气流的速度和涡流强度。单位时间内通过垂直于扩散途径单位截面积的蒸气量称为扩散速率。

扩散系数愈大，蒸气的扩散速率愈大，液体蒸发性越高。第30页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系31表5-6液体燃料在不同温度下的扩散系数液体燃料扩散系数D/（cm2/s）0℃15℃20℃30℃正己烷－－0.0755－正庚烷－－0.0737－苯0.0770.0850.0880.095甲苯0.070－0.080－邻二甲苯0.062－－－间二甲苯0.059－－－对二甲苯0.056－－－乙苯0.065－－－航空汽油0.0790.0900.0930.101裂化汽油－0.090－0.100

第31页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系32表5-7压力对燃料蒸气扩散系数的影响燃料15℃时的扩散系数/（cm2/s）101.3kPa5065kPa航空汽油0.0900.00198乙醚0.1100.00242苯0.0850.00187第32页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系33（3）蒸发潜热蒸发潜热：单位重量的液体在温度保持不变的情况下转化为蒸气时所吸收的热量蒸发潜热（摩尔蒸发热H）与该液体的沸点（绝对温度Tb）成正比，即石油产品的蒸发潜热经验公式计算：第33页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系34式中H—蒸发潜热，kJ/kg；

d—15℃时燃料的密度；

t—燃料的平均沸点，即平均分子沸点，℃。液体燃料的蒸发潜热除决定于燃料的化学组成以外，还和燃料的温度及外界压力有关。组成燃料的烃类中，以芳香烃的蒸发潜热最高，异构烷烃的最低。在同系物中，液体的蒸发潜热随相对分子质量的增加而减少。第34页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系35表5-8温度对烃类蒸发潜热的影响燃料沸点/℃蒸发潜热/（kJ/kg）0℃20℃40℃60℃80℃100℃正戊烷36.0391368355334316292正己烷68.5380367351337325306正庚烷98.3376367358346332316正辛烷125.2374362348337323311苯80.1447434421408394379

当液体蒸发时，不仅分子的内能增加，而且由于体积膨胀需对外界做功，因此，必须消耗热能。如液体不从外界取得热量，本身的温度要降低。当外界条件相同时，液体的蒸发潜热愈高，蒸发的速度也愈低。第35页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系36（4）粘度表示液体流动时，两个平行液层之间发生相对运动的摩擦阻力大小的指标，也就是液体的内摩擦系数在动蒸发条件下，液体燃料通常先雾化为细小的液体颗粒，然后迅速蒸发。燃料的粘度对燃料雾化的质量有很大的影响,第36页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系37

粘度小，雾化时摩擦小，颗粒细，蒸发面积大，蒸发速度快。液体燃料的粘度取决于燃料的化学成分和外界的温度、压力组成燃料的各类烃中，以烷烃粘度最小，多环烃的粘度最高。在同系物中，烃类的相对分子质量愈大，粘度也愈大。第37页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安全与消防工程系38图5-7烃类粘度与沸点的关系第38页,共43页，2024年2月25日，星期天中国矿业大学能源学院安