Oznaczanie samozapalność węgla metodą wysokotemperaturową, Laboratoria z Geologia

Pobierz Oznaczanie samozapalność węgla metodą wysokotemperaturową i więcej Laboratoria w PDF z Geologia tylko na Docsity!

Politechnika Wrocławska Wrocław, 24 .0 5 .20 23 r.

Wydział Geoinżynierii Górnictwa i Geologii

Górnictwo i Geologia

Rok III semestr VI

Studia stacjonarne I stopnia

Grupa: Środa 0715 – 0900

WENTYLACJA I POŻARY II

Oznaczenia wskaźnika skłonności węgli do samozapalenia metodą

wysokotemperaturową

Wykonanie: Prowadzący:

Mgr inż. Wróblewski Adam

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było oznaczenie wskaźnika samozapalności węgla zmodyfikowaną metodą

Olpińskiego (metodą wysokotemperaturową) oraz obliczenie energii aktywacji A.

2. Metodyka

Badanie miało za zadanie wskazać szybkość wzrostu temperatury węgla, gdy był utleniany

powietrzem w określonych warunkach.

Badane próbki węgla miały postać pastylek i były wcześniej przygotowane – powinny one były

być osuszone do osiągnięcia przybliżonej równowagi z wilgocią powietrza otoczenia, następnie

powinno było się z nich pobrać 10 porcji węgla o łącznej masie 300 g po to, by w wyniku roz-

drabniania i przesiewania wydzielić węgiel o uziarnieniu 0,075 ÷ 0,063 mm o masie łącznej nie

mniejszej niż 10% masy początkowej.

Samo badanie polegało na ciągłym pomiarze temperatury danej próbki w urządzeniu

przedstawionym na rysunku 1. Próbkę wprowadzono do strumienia powietrza o stałej

temperaturze i przeprowadzono dwie serie pomiarów ( dla zakresu temperatur od 200 do 260°C

i od 165 do 215°C).

Wyznaczenie wskaźnika dla zakresu temperatury od 200 do 260 °C:

𝑆𝑧𝑎^ =

𝑡 2 −𝑡 1 𝜏 2 −𝜏 1

[

°𝐶 𝑚𝑖𝑛

] (1.1)

Wyznaczenie wskaźnika dla zakresu temperatury od 165 do 215 °C:

𝑆𝑧𝑎^ =

𝑡 2 ′^ −𝑡 1 ′ 𝜏 2 ′^ −𝜏 1 ′^

[

°𝐶 𝑚𝑖𝑛

] (1.2)

gdzie:

t 1 , t 1 ’, t 2 , t 2 ’ – temperatura [°C],

τ 1 , τ 1 ’, τ 2 , τ 2 ’ – czas [min].

Na podstawie otrzymanych wyników pomiarów szybkości reakcji Sz

a

oraz Sz

a’

wyznacza

się energię aktywacji A na dwa sposoby:

(𝑙𝑛𝑆𝑧𝑎−𝑙𝑛𝑆𝑧𝑎′) ∙𝑅 1 𝑇′− 1 𝑇

[

𝐽 𝑚𝑜𝑙

] (1.3)

gdzie:

A – energia aktywacji

𝐽 𝑚𝑜𝑙

Tabela 1 .Wyniki ierwszej serii pomiarów dla próbki w przedziale temperatur 200- 260  C

Lp. t [s] Tpieca [°C] Tprobki

Rysunek 2. Wykres krzywej wykreślonej na podstawie pierwszej serii pomiarowej (200 - 260°C) y = 1,1826x + 200, 190 200 210 220 230 240 250 260 270 0 10 20 30 40 50 60 Temperatura próbki, t [

°C]

Czas, τ [s] T. Próbki zmierzona 237 Linear (T. Próbki zmierzona)

3.2 Tok obliczeniowy

Rysunek 3. Wykres krzywej wykreślonej na podstawie pierwszej serii pomiarowej (165 - 215 y = 0,4264x + 165, 160 170 180 190 200 210 220 0 20 40 60 80 100 120 Temperatura próbki, t [

°C]

Czas, τ [s] T. Próbki zmierzona 190 Linear (T. Próbki zmierzona)

Obliczenia dla temperatury wynoszącej 237 °C

Na podstawie funkcji liniowej, wykorzystywano z dwoma punktami do obliczenia punkty

przecięcia wykresu (funkcja) „190” i wykres który powstało z oznaczeniem linii tendencyjny

(liniowej) na wykres „T. Próbki zmierzona”; jako wynik otrzymano jako punkt przecięcia

A=(30,73 ; 270), jak nam pokazuje tabelę 3.

Tabela 3.Wyniki przecięcia dwa wykresy

Z tego wynika wynika funkcję y=1,60x + 188, która będzie nam póżniej potrzebna do

obliczenia 𝜏 1 i 𝜏 2.

Na podstawie znanych temperatur: 237°𝐶 ± 1°𝐶, równania kwadratowego krzywej oraz

wykresu wyznaczono dwie niewiadome - 𝜏 1 dla 236°C oraz 𝜏 2 dla 238°C. Na podstawie

otrzymanych wyznaczono wskaźnik samozapalności węgla Sza.

o Dla 𝑦 = 236°𝐶

y = 1 ,60x + 188

o Dla 𝑦 = 238°𝐶

y = 1 ,60x + 188

o Wskaźnik samozapalności 𝑆𝑧𝑎

𝑆𝑧𝑎^ =

Obliczenia dla temperatury wynoszącej 190 °C

Na podstawie funkcji liniowej, wykorzystywano z dwoma punktami do obliczenia punkty

przecięcia wykresu (funkcja) „190” i wykres który powstało z oznaczeniem linii tendencyjny

(liniowej) na wykres „T. Próbki zmierzona”; jako wynik otrzymano jako punkt przecięcia

A=(55,57 ; 190), jak nam pokazuje tabelę 4.

t [s] T. probki zmierzona

[°C] t = 237 °C

X Y

30 236 a 1,60 y 237

31 237,6 b 188,00 x 30,

𝑅 ∙ (ln 𝑆𝑧𝑎^ − ln 𝑆𝑧𝑎′)

[

]

A 2

8 , 315 ∙ (ln 96 , 0 − ln 42 , 0 )

kJ

mol

4. Wnioski

Wyniki otrzymane podczas obliczeń zamieszczono w tabeli podsumowywującej poniżej:

Tabela 5. Zestawienie wyników

Różnice pomiędzy wartościami energii aktywacji obliczonymi z dwóch wzorów są

niewielkie i wynikają zapewne z zaokrągleń stosowanych przy obliczaniu energii za pomocą

bardziej rozbudowanego wzoru.

Na podstawie wyznaczonego wskaźnika Sza^ wynoszącego 96,

°𝐶 𝑚𝑖𝑛

oraz wyliczonej

energii aktywacji A równej 34,

kJ mol

można stwierdzić że, mamy do czynienia z węglem o

dużej skłonności do samozapalenia, należąc w takim razie do grupy samozapalności IV. Węgla

z tej grupy i powyżej wymagają zastosowania specjalnych metod, zarówno podczas sypania

węgla na zwały, jak i kontroli magazynowanego węgla. Wymagania normy PN-G-07010:1994,

dotyczącej metod składowania węgla kamiennego, są niewystarczające. Węgle IV i V grupy

samozapalności muszą być sypane na zwały tzw. metodą „ deep compaction” z głębokim

zagęszczaniem. Warstwy węgla, poddawane zagęszczaniu, nie mogą przekraczać 60 cm. Do

wysokości zwału 2m każda warstwa węgla oraz zbocze z każdej strony tej warstwy musi być

zagęszczane przy użyciu walca wibracyjnego o nacisku 0,6 MPa.

Aby zmniejszyć ryzyko wystąpienia zagrożenia samozapłonem, teren pod skład

powinien być suchy, nie zatapiany przez wody powodziowe i położony powyżej miejsc

ewentualnego okresowego gromadzenia się wód opadowych. W miejscach przewidzianych do

sypania zwałów nie powinno być przewodów parowych lub grzewczych, kabli elektrycznych,

kanałów wodnych oraz innych instalacji, umożliwiających dopływ ciepła lub powietrza do

podłoża zwałów. Od strony najczęściej wiejących wiatrów w danej okolicy, zwał powinien być

osłonięty naturalną barierą (wzgórze) bądź osłoną sztuczną (hałdy, budynki).

Sza^

°𝐶 𝑚𝑖𝑛

Sza’^

°𝐶 𝑚𝑖𝑛

A 1

kJ mol

A 2

kJ mol