výbuchové charakteristiky

V článku jsou experimentálně stanoveny výbuchové parametry kapalné frakce směsi uhlovodíků vznikající testováním vlastností heterogenních tuhých katalyzátorů po konverzi syntetického plynu na alkoholy a další uhlovodíky. Práce dále zahrnuje stanovení výbuchových charakteristik samostatných čistých uhlovodíků na základě analýzy hlavních složek chromatografických záznamů směsi. Ke stanovení výbuchových charakteristik byla použita otápěná 20-litrová výbuchová komora, která je vybavena pro účely diplomové práce systémem pro dávkování kapalin, odsávání a provětrávání. Jako iniciační zdroj byla použita permanentní jiskra mezi dvěma elektrodami. Byla provedena validace a optimalizace zařízení pro měření výbuchových parametrů. V rámci práce byl standartní systém upraven pro potřeby vytváření páry a měření směsi kapalných uhlovodíků. Celkem bylo získáno přibližně 100 experimentálních záznamů a 65 predikovaných hodnot. Za nejvýznamnější výsledek lze povařovat kompletní stanovení všech výbuchových charakteristik směsi uhlovodíků vyrobených Fischer-Tropschovou syntézou vůbec poprvé na světě.

Oblast zabývající se procesy výbuchu je velice žádoucí z pohledu ochrany zaměstnanců před účinky výbuchu v souladu s Evropskou direktivou ATEX 137 a také ve vztahu k prevenci a minimalizaci možných škod souvisejících s účinky výbuchu na technologie v energetice. Cílem práce je analyzovat a experimentálně potvrdit vliv počátečních podmínek na výbuchové parametry směsí uhelného prachu. Dílčími cíli jsou sestavení experimentální aparatury pro měření, kalibrace přístroje certifikovanými materiály, optimalizace měřícího systému pro reálné podmínky. Příprava vzorků pro laboratorní měření. Změření výbuchových parametrů za standardních a reálných podmínek a diskuse odchylek výsledků založená na výsledcích experimentálních studií. Návrh zlepšení experimentálního zařízení. Výsledky je plánováno uplatnit v ČR přednostně na energetiku, avšak budou k dispozici i pro další průmyslové sektory.

Cílem článku je stanovení výbuchových parametrů, jmenovitě výbuchového tlaku a rychlosti nárůstu výbuchového tlaku, propanu a metanu se vzduchem v závislosti na třech počátečních parametrech: čase, koncentraci a teplotě. Komplexní studium základních jevů spojených s procesy výbuchu bylo provedeno ve specifické variantě výbuchové komory o objemu 0,020 m3. Celkem bylo experimentálně získáno přibližně 70 originálních záznamů tlaku na čase, ze kterých bylo možné vypočítat deflagrační indexy, laminární rychlosti hoření čela plamene a stanovit dobu od iniciace do maximálního výbuchového tlaku. Dále byly provedeny termodynamické výpočty predikcí adiabatického výbuchového tlaku a adiabatické teploty plamene. Prezentovaný výzkum je obousměrně propojen předáváním originálních výsledků do průmyslové sféry pro protivýbuchovou ochranu, ale i s oblastmi charakterizace výbuchu za nestandardních podmínek. Výsledky charakteristik zkoumaného systému jsou obzvláště důležité po stránce hranic současných znalostí a zkušeností s dosahem na tvorbu nových norem.

Alkoholy jsou molekuly obsahující hydroxylovou funkční skupinu (-OH), která je vázána na atom uhlíku alkylu nebo substituovaného alkylu. Hydroxylová funkční skupina silně přispívá k fyzikálním vlastnostem alkoholů. V příspěvku byly prezentovány predikce výbuchových parametrů dvou isomerů propanolu, popis experimentální aparatury pro měření výbuchových parametrů směsí isomerů propanolu a vzduchu, experimentální procedura pro měření směsí alkoholů se vzduchem a analýza závislosti výbuchových parametrů na počáteční teplotě. Originalitou práce je zhodnocení vzájemného vztahu výbuchových parametrů na strukturním uspořádání atomů v molekule při různých počátečních podmínkách (koncentrace a teplota). Výsledky propojují základní a aplikovaný výzkum a vedou k realizaci tzv. aplikačně zaměřeného základního výzkumu.

Hodnoty výbuchových parametrů jsou v současnosti publikovány hlavně za standardních laboratorních podmínek (20 °C a 101 kPa dle IUPAC). V tomto článku, jsou prezentovány maximální výbuchový tlak pmax, maximální rychlost nárůstu výbuchového tlaku (dp/dt)max a deflagrační index KG směsi propan-vzduch v maximálním rozmezí koncentrací C3H8 od 2,0 - 0,2 obj. % do 10,0 + 0,2 obj. % změřených při teplotách 10 °C, 20 °C, 100 °C a atmosférickém tlaku. Experimentálně získané hodnoty pmax jsou porovnány s výsledky matematického modelování tohoto plynu.

The values of the coal gas explosion parameters are currently published in the form of the calculations of pure components under standard "atmospheric" conditions. No explosion characteristics of the H2-CH4-CO-C3H8-CO2-N2 and air mixtures measured in 0.02 m3 explosion autoclave have been reported in the literature. The information in the material safety data sheets are given for such complex mixtures using modified Le Chatelier equations. The maximum explosion pressure, pmax, the maximum rate of explosion pressure rise, (dp/dt)max, the deflagration index, KG, lower explosion limit, LEL, upper explosion limit, UEL and limiting oxygen concentration, LOC of coal gas with air mixture at initial temperatures 25 °C, 45 °C, 90 ° C and initial pressure 1 bar, are presented in this paper.

Hodnoty výbuchových parametrů par kapalin jsou v současnosti publikovány pro standardní „atmosférické“ podmínky (20 °C a 101 kPa dle IUPAC). V literatuře nejsou uvedeny žádné hodnoty výbuchových charakteristik směsí metanolu-vzduchu, které by porovnávali podmínky atmosférické, s podmínkami, při kterých je schopen se úplně odpařit, tj. od 65 °C. V tomto článku jsou prezentovány maximální výbuchový tlak, pmax, maximální rychlost nárůstu výbuchového tlaku, (dp/dt)max, a deflagrační index, KG, při teplotách 25 °C a 65 °C a tlaku 101 kPa. Dále jsou prezentovány vypočtené hodnoty a trend maximálního adiabatického výbuchového tlaku, tj. tlaku za ideálních podmínek, bez vlivu tvorby sazí a ochlazovacího efektu stěn autoklávu pro obě zvolené teploty a jejich porovnání s daty získanými experimentálně za daných zkušebních podmínek. Autor prezentuje hodnoty pmax: 9,0±0,452 kPa, (dp/dt)max: 403,4±40,34 bar/s a KG: 109,3±10,93 bar·m/s (psatCH3OH  = 16.92 kPa) pro 25 °C a pmax: 8,51±0,328 bar, (dp/dt)max: 382,7±38,27 bar/s a KG: 103,7±10,37 bar·m/s (psatCH3OH = 103.04 kPa) pro 65 °C.

Hodnoty výbuchových parametrů jsou v současnosti publikovány hlavně pro čisté látky, tj. etanol a etylacetát za standardních „atmosférických“ podmínek (20 °C a 101 kPa dle IUPAC). V literatuře nejsou uvedeny žádné hodnoty výbuchových charakteristik směsí etanolu-etylacetátu-vzduchu, které by pokrývaly podmínky, při kterých je průmyslově používán, tj. od 20 °C do 80 °C. V tomto článku jsou prezentovány maximální výbuchový tlak, pmax, maximální rychlost nárůstu výbuchového tlaku, (dp/dt)max, a deflagrační index, KG, při teplotách 60 °C a 80 °C a tlaku 101 kPa. Dále jsou prezentovány vypočtené hodnoty a trend maximálního adiabatického výbuchového tlaku, tj. tlaku za ideálních podmínek, bez vlivu tvorby sazí a ochlazovacího efektu stěn autoklávu pro obě zvolené teploty a jejich porovnání s daty získanými experimentálně za daných zkušebních podmínek. Autor prezentuje hodnoty pmax: 7,18±0,359 kPa, (dp/dt)max: 249,7±37,46 bar/s a KG: 67,6±10,15 bar·m/s (psatC2H6O  = 46,750 kPa, psatC4H8O2 = 55,827 kPa) pro 60 °C a pmax: 6,55±0,328 bar, (dp/dt)max: 216,1±32,42 bar/s a KG: 58,6±8,79 bar·m/s (psatC2H6O = 112,767, psatC4H8O2 = 104,132 kPa) pro 80 °C.

The present work addresses theoretical prediction and experimental determination of explosion characteristics (explosion pressure, maximum explosion pressure, adiabatic explosion pressure). The correlations of experimental data obtained from either from experiment or thermodynamic model are presented. The goal of this article is to show: how the experimental data can be correlated from a uniform point a view through non-dimensionalization, and how the proposed polynomial function can be derived directly from the behavior of dimensionless plots of the experimental data. At the same time, the theoretical study applying on maximum explosion pressure is presented and shows the detail analysis for different input thermodynamic data files. The maximum explosion pressures, computed by assuming chemical equilibrium within the explosion front are examined in comparison with the measured explosion pressures of two gases (CH4 and H2) at atmospheric conditions.