نقطه اشتعال و نقطه احتراق

 هدف:

اندازه گیری نقطه اشتعال و نقطه احتراق محصولات نفتی

وسایل و مواد لازم: گازوئیل، دماسنج، دستگاه برقی، ظرف کلیولند، لوله ی گاز، ورق مربعی شکل

چکیده:

ابتدا تا خط نشانه ی ظرف کلیولند را پر از گازوئیل می کنیم و آن را روی دستگاه برقی قرار می دهیم. در این حالت هر 5 درجه ای که دما بالا می رود یا هر یک دقیقه لوله ای که یک شعله ی کوچک را به طور مماس با سطح ظرف رد می کنیم و می بینیم کخ در دمای 75 درجه اولین فلش را زد و در دمای 93 درجه شعله در حدود 5 ثانیه و بیشتر روشن می ماند که به این نقطه ی احتراق می گوییم.

مقدمه:

نقطه اشتعال: نقطه اشتعال یا نقطه احتراق (Flashpoint)‏ پایین ترین درجه دمایی است که در آن از ماده، بخاری قابل احتراق ساطع می‌شود. اندازه گیری نقطه اشتعال نیازمند یک منبع احتراق می‌باشد. با خارج کردن منبع احتراق از محل، بخار فوق‌الذکر آتش نخواهد گرفت.

نبایستی نقطه اشتعال را با دمای خود احتراقی اشتباه گرفت. در دمای خود احتراقی نیازی به منبع احتراق وجود ندارد. نقطه اشتعال، دمای بالاتری است که در آن بخار پس از احتراق به سوختن ادامه می‌دهد. نه نقطه اشتعال و نه نقطه اشتعال، به دمای منبع احتراق که بسیار بالاتر است وابسته نمی‌باشند.

از نقطه اشتعال به عنوان ویژگی توصیفی مواد سوختنی مایع استفاده شده و از آن به جهت توصیف خطرات اشتعال پذیری مایعات استفاده می‌کنند. نقطه اشتعال هم به مایعات قابل اشتعال و هم به مایعات قابل احتراق اشاره دارد؛ و برای هرکدام استانداردهای متفاوتی تعریف شده‌است. مایعاتی با نقطه اشتعال کمتر از ۵/۶۰ درجه سانتی گراد، بسته به استانداردی که اعمال می‌گردد قابل اشتعال، و مایعاتی با نقطه اشتعال بالای این دما قابل احتراق تلقی می‌گردند.

مکانیسم

هر مایعی دارای فشار بخار می‌باشد که تابع دمای آن مایع است. هرچه دما افزایش یابد فشار بخار نیز افزایش می‌یابد. هرچه میزان فشار بخار افزایش یابد تراکم بخار مایع قابل اشتعال در وا افزایش می‌یابد. از این رو دما تعیین کننده میزان تراکم بخار مایع قابل اشتعال در هوا می‌باشد.

تراکم معینی از بخار موجود در هوا جهت پایداری احتراق الزامی می‌باشد و این تراکم برای هر مایع قابل اشتعالی متفاوت است. نقطه اشتعال یک مایع قابل اشتعال پایین ترین درجه‌ای است که در آن بخار قابل اشتعال به حد کافی برای احتراق، بوسیله منبع احتراق، موجود است.

اندازه گیری

اندازه گیری نقطه اشتعال به دو صورت اصلی انجام می‌شود: اوپن کاپ و کلوزد کاپ

در تجهیزات اوپن کاپ نمونه را درون ظرف سربازی ریخته حرارت می‌دهند و هر چند درجه یکبار، شعله‌ای را از روی سطح آن عبور می‌دهند. نقطه اشتعال اندازه گرفته شده در حقیقت با تغییرارتفاع شعله از سطح مایع متفاوت خواهد شد و در ارتفاع مناسب اغلب همزمان با نقطه اشتعال رخ می‌دهد. معروفترین نمونه این آزمایشات، اوپن کاپ کلیولند (COC) است.

دو نوع تستر«کلوزد کاپ» داریم: نا موازن همانند پنسکی – مارتنز که دمای بخار روی سطح مایع با دمای خود مایع در تراز نمی‌باشند و موازن همانند اسمال اسکیل (که به ستافلش نیز معروف است)که بخار هم دمای با مایع تصور می‌شود. در هر دوی این روش‌ها منبع احتراق را در فضای دربسته‌ای که مایع را در آن ریخته‌اند مهیا می‌کنند. در حالت عادی تسترهای کلوزد کاپ مقادیر پایین تری را نسبت به نوع اوپن کاپ نشان می‌دهند. (نوعاً بین ۵ تا ۱۰ درجه سانتی گراد) و تخمین دقیق تری از دمایی که فشار بخار به پایین ترین حد اشتعال پذیری (LFL) خود می‌رسد ارایه می‌کند.

نقطه اشتعال، بیشتر یک مقیاس تجربی و عملی است تا اینکه یک پارامتر فیزیکی اساسی باشد. مقدار اندازه گیری شده بسته به نوع دستگاه و گوناگونی پروتکل‌ها شامل کاهش و افزایش دما (در تسترهای خودکار)، زمان تخصیص داده شده برای هم دما شدن بخار و مایع، حجم نمونه و حتی هم زدن آن، نتیجه‌های متفاوتی خواهد داشت. «ATEX directive» سه آستانه خطر که در آنها بخار احتراق می‌یابد را به طور کلی توصیف می‌نماید.

روشهای تعیین نقطه اشتعال یک مایع در استانداردهای بسیاری تصریح شده‌است. به عنوان مثال تست کردن به روش پنسکی – مارتنز کلوزد کاپ در ASTM D93, IP34, ISO2719, DIN51758, JIS K2265 and AFNOR M07-019 به تفصیل شرح داده شده‌است. تعیین نقطه اشتعال به روش اسمال اسکیل کلوزد کاپ در ASTM D3828 and D3278, EN ISO 3679 and3680, and IP523 and524 با جزییات کامل آورده شده‌است.

مثال‌ها

بنزین طوری طراحی شده که در موتور خودروها تنها با یک جرقه به احتراق برسد. پیش از احتراق بایستی در محدوده اشتعال پذیری خود با هوا ترکیب شده و در دمایی بالاتر از نقطه اشتعال آن حرارت ببیند و سپس بوسیله شمع موتور مشتعل گردد. سوخت نبایستی در موتور داغ، خودبخود مشتعل گردد. بنابراین بنزین طوری طراحی شده تا نقطه اشتعال پایین و دمای خود احتراقی بالایی داشته باشد.

نقطه اشتعال سوخت دیزلی بین ۵۲ تا ۹۶ درجه سانتی گراد متغیر است. دیزل برای استفاده در موتورهای با تراکم بالا (های کمپرسیون) طراحی شده‌است. در این موتورها، هوا تا زمانی که بالای دمای خوداحتراقی دیزل برسد کمپرس می‌شود؛ سپس سوخت همانند یک اسپری فشار قوی، همزمان با نگهداشتن مخلوط هوا و سوخت در محدوده اشتعال پذیری آنها، به درون موتور تزریق می‌شود. هیچ منبع احتراقی وجود ندارد. بنابذاین سوخت دیزلی طوری طراحی شده که نقطه اشتعال بالا و دمای خوداحتراقی پایینی داشته باشد.

نقطه اشتعال‌های سوخت جت، بسیار متغیر و متنوع هستند. هم Jet A و هم Jet A-1 نقطه اشتعال‌هایی مابین ۳۸ و ۶۶ درجه نزدیک به نفت چراغ موجود در فروشگاه‌ها دارند. درحالیکه هم Jet B و هم JP-4 نقطه اشتعال‌هایی بین ۲۳- و ۱- دارند.

استانداردسازی

نقطه اشتعال مواد براساس روشهای استاندارد آزمایش اندازه گیری می‌شوند. این روش‌های آزمایش، نوع دستگاه مورد نیاز برای اندازه گیری، پارامترهای کلیدی، روش کار اوپراتور و یا دستگاه خودکار، و میزان دقت روش تست را تعیین می‌کنند. روش‌های استاندارد آزمایش توسط کمیته‌های ملی و بین‌المللی بسیاری نوشته و کنترل می‌شوند که مهمترین آنها CEN / ISO Joint Working Groupon FlashPoint (JWG-FP), ASTM D028B Flammability Section و the Energy Institute's TMS SC-B-4 Flammability Panel می‌باشند.

روش کار :

ابتدا ظرف کلیولند را می آوریم و تا خط نشانه ی آن را پر از گازوئیل می کنیم. حال دستگاه برقی را می آوریم و آن را زیر هود درون پریز برق می زنیم. حال قدر ت دستگاه را روی 1000 وات می گذاریم و کلیولند را روی دستگاه قرار می دهیم. حال دماسنج را  بالای ظرف کلیولند به طوری که مخزن آن درون ظرف باشد و حدودا وسط گازوئیل قرار دهد، می گذاریم. دمای اولیه ی گازوئیل حدود 25 درجه سانتی گراد است. حال یک لوله ای با قطر بسیار نازک می آوریم و یک سر لوله را به یک شیر گاز وصل می کنیم. حال شیر گاز را باز می کنیم و گاز را هم روشن می کنیم. حال گاز را هر یک دقیقه یکبار یا هر پنج درجه ای که دمای گازوئیل بالاتر می رود، به صورت مماس با دهانه ی ظرف کلیولند حرکت می دهیم. حال دمای گازوئیل حدود 60 درجه رسیده است و وقت آن رسیده است که قدرت دستگاه را نصف کنیم یعنی آن را روی 500 وات بگذاریم تا به جای اینکه در هر یک دقیقه دمای گازوئیل بالاتر برود، در هر یک دقیقه دمای گازوئیل حدود 2 درجه سانتی گراد بالاتر برود. در همین حال لوله را در هر دو درجه ای که دمای گازوئیل بالاتر می رود مماس با ظرف کلیولند عبور می دهیم. پس از گذشت چند دقیقه دمای گازوئیل به حدود 75 درجه می رسد که در همین دما اولین فلش زده می شود که به این حال نقطه اشتعال گفته می شود(در این نقطه شعله ای که تشکیل می شود حدودا کمتر از پنج ثانیه ثابت باقی می ماند). حال به آزمایش ادامه می دهیم و می بینیم که در دمای 93 درجه گازوئیل به جایی می رسد که شعله ای بیشتر از پنج ثانیه تشکیل می شود که می گوییم گازوئیل در دمای 93 درجه سانتی گراد به نقطه ی احتراق رسیده است حال سریع یک ورق مربعی شکل را روی ظرف کلیولند قرار می دهیم تا آتش خاموش شود. حال به دلیل اینکه ما می خواهیم نقطه ی اشتعال و نقطه ی احتراق را به صورت دقیق و در فشار 760 درجه ی سانتی گراد بدست آوریم، آن را در فرمول ها قرار می دهیم.

جدول ثبت نتایج حاصل از آزمایش

محاسبات:

FP=FP+{(760-712)0/03}

FP=77+1/44

    نقطه ی اشتعال        FP=78/44

FP= FP+{(760-712)0/03}

FP=93+1/44

نقطه ی احتراق          FP=94/44

جدول ثبت حاصل از محاسبات

نتیجه گیری تفسیر نتایج: نتیجه می گیریم که نقطه ی اشتعال گازوئیل در فشار 760  درجه اتمسفر حدود 44/78 درجه ی سانتی گراد و نقطه ی احتراق آن حدود 44/94 درجه ی سانتی گراد است.

خطا :-1 کالیبره نبودن دماسنج   2- خطای دید  
3- نخواندن دمای دقیق   4- اشتباه در محاسبات

منابع : سایت  daneshnameh.roshd.ir

نظرات شما عزیزان:

نام :

آدرس ایمیل:

وب سایت/بلاگ :

متن پیام:

نظر خصوصی

 کد را وارد نمایید:

 

 

 

عکس شما

آپلود عکس دلخواه: