Техника безопасности при работе со спиртовкой

Введение

Представленный материал предназначен для персонала организаций, использующих лабораторные горелки.

Мы исследовали экспериментальную спиртовую горелку (далее «спиртовая горелка»), нагревающую материалы с помощью жидкого топлива (этилового спирта).

Что такое спиртовая горелка (спиртовка)

Для начала давайте узнаем, что такое спиртовая горелка (далее спиртовка). Предлагаются следующие определения:

Спиртовка представляет собой жидкотопливную горелку с резервуаром для спирта, в крышке которой продет фитиль, один конец которого находится внутри резервуара, а другой конец - снаружи резервуара.

Назначение и области применения спиртовок

Спиртовые лампы применяются для нагрева материалов и изделий на открытом огне с температурой ниже 900℃ и огневой мощностью до 170Вт.

Применяется в химических лабораториях, школьных лабораториях, лабораториях микробиологии, цитологии и биотехнологии, медицинских учреждениях, а также в местах, где необходимо использовать маломощное открытое пламя.

Их применяют для нагрева и плавления материалов, стерилизации инструментов над открытым огнем, медицинского сжигания, нагревания небольших лабораторных сосудов (пробирок, колб, тиглей и т д.) и других подобных термических процессов.

Устройство спиртовок

Спиралка имеет емкость (резервуар), в которой находится спирт, и крышку, прикрепленную к горлышку. Пропустите фитиль через крышку бака. В этом случае один конец фитиля расположен внутри резервуара возле дна, а другой конец фитиля расположен снаружи резервуара.

Спирт из резервуара под действием капиллярного давления движется вверх по фитилю и испаряется, когда достигает верхушки фитиля, выступающей из резервуара.

Пары спирта воспламеняются и спиртовка горит при температуре пламени ниже 900°С. В то же время кислород воздуха способствует горению.

Поэтому каждая спиртовка состоит из двух основных частей. Это хранилище спирта и устройство для его сжигания (то есть сам фитиль и связанные с ним элементы конструкции).

Фитиль спиртовки

Резервуар для спирта — основная несущая часть спиртовки, самой важной и основной частью которой является фитиль, переносящий жидкое топливо (спирт) из резервуара к концу фитиля, где это топливо сгорает. Генерирует пламя, используемое для обогрева.

Ядро представляет собой пучок волокон. Зазоры между ними образуют каналы транспортировки жидкости, которая движется по ним из топливного резервуара в направлении зоны горения. В простейшем случае фитиль изготавливается из хлопковых волокон в виде веревки или плетеной ленты.

Способность фитиля транспортировать спирт в зону горения обеспечивается действием капиллярных сил, которые обусловлены эффектами смачивания и поверхностного натяжения внутри капиллярных каналов материала фитиля.

Если фитиль расположить вертикально, спирт преодолеет силу тяжести и поднимется в зону горения. Требуемый баланс сил определяется размером капиллярных каналов в материале фитиля.

В верхней части резервуара имеется отверстие для пропуска фитиля. В спиртовые лампы также через горловину впрыскивается жидкое топливо.

Спиртовые лампы имеют две рабочие зоны, одну — там, где спирт поступает в фитиль, а другую — где спирт горит, поэтому для разделения указанных выше рабочих зон в горловине бака имеется крышка, через которую проходит фитиль прошел это.

Фитиль проходит через фитильную трубку, которая является важнейшим элементом крышки бака, но последняя может крепиться как внутри, так и снаружи горловины, закрывая ее снаружи.

Фитиль должен быть расположен в фитильной трубке крышки таким образом, чтобы, с одной стороны, он мог плавно и легко перемещаться внутри трубки, а с другой стороны, между трубкой и фитилем был достаточный контакт. Убедитесь, что он затянут (т е фитиль необходимо в некоторой степени сжать, чтобы прикрепить к трубке фитиля).

Прикрепление фитиля к трубке фитиля с некоторым сжатием позволяет, с одной стороны, практически исключить утечку спирта через трубку фитиля в экстренных ситуациях. Гидродинамическое сопротивление сердцевинной трубки, плотно набитой сердцевинной массой волокон, очень велико.

С другой стороны, сжатие фитиля предотвращает его естественное скольжение по трубке фитиля во время работы спиртовки.

Однако последняя ситуация не важна для спиртовых ламп, которые удерживают фитиль внутри фитильной трубки и имеют механизм перемещения фитиля относительно фитильной трубки.

Практически во всех вышеперечисленных случаях следует стараться минимизировать сжатие фитиля в трубке фитиля. Это связано с тем, что увеличение сжатия уменьшает диаметр капиллярного канала и снижает скорость подъема спирта по фитилю. Оно будет быстро падать.

Отличительные характеристики спиртовок

В лаборатории используются спиртовые лампы различных конструкций. Однако все различия между спиртовками можно свести к нескольким основным особенностям:

• Материал резервуара (стекло или металл)
• Форма резервуара (круглая или граненая)
• Внутренний объем бака
• Материал, толщина сердечника, форма
• Есть ли устройство для регулировки длины выступающей части сердечника

Материал бака может быть стеклом или металлом. Используйте лабораторное стекло толщиной 2 мм и бутылочное стекло толщиной 3 мм. Спиртовые лампы с использованием бутылочного стекла обладают высокой механической прочностью и могут быть более удобны в использовании.

Для изготовления резервуаров спиртовки в качестве металлов используются латунь и бронза. Эти металлы не образуют искр, которые могли бы воспламенить спирт в баке при случайном попадании на них. По этой же причине все остальные элементы конструкции спиртовки изготовлены из материалов, не образующих искр при ударе.

Выберите материал резервуара в соответствии с условиями использования спиртовки. Если вы используете спиртовку в помещении с твердым полом (каменным или металлическим), лучше использовать спиртовку с металлическим резервуаром.

Спиртовки со стеклянным корпусом значительно дешевле металлических. Кроме того, при работе спиртовки можно постоянно следить за уровнем спирта в баке. Однако стекло — материал чувствительный и хрупкий, поэтому всегда есть вероятность, что бачок спиртовки разобьется, если он упадет на твердый пол или если на него прольется горящий спирт.

Поэтому применение стеклянных спиртовок не рекомендуется в помещениях с повышенными требованиями пожарной безопасности.

Внешний вид спиртовки определяется формой резервуара. Используют спиртовки круглой формы (цилиндрической, конической, сферической) и спиртовки с граненым резервуаром. Круглые спиртовки имеют самый широкий спектр применения.

Поскольку корпус (резервуар) разрезной, спиртовку можно устанавливать как вертикально, так и по диагонали. Наклонное положение полезно при работе с материалами с низкой температурой плавления (например, воском). Наклонное положение предотвращает попадание капель воска на фитиль.

Однако граненые спиртовки стоят дороже круглых, поэтому, возможно, вам придется это принять во внимание.

Внутренний объем резервуара не влияет на работу спиртовки. Скорее, этот вопрос должен быть увязан с требованиями пожарной безопасности. Внутренний объем бака спиртовки должен быть выбран таким, чтобы спиртовку не нужно было заправлять во время работы и хотя бы в течение часа после ее окончания..

Материал, толщина и форма фитиля являются важными факторами в работе спиртовки. В качестве сердцевины в основном используются хлопчатобумажная ткань и асбестовый шнур.

Наиболее популярными являются фитили из хлопчатобумажной ткани, которые обеспечивают более стабильное и равномерное пламя, чем асбестовые фитили. Другими недостатками являются относительно низкие температуры пламени и небольшой срок службы.

Кроме того, при использовании асбестового фитиля содержащиеся в нем волокна асбеста могут попасть в дыхательные пути и представлять опасность для здоровья. Поэтому следует по возможности избегать использования асбестовых фитилей в спиртовках.

В качестве материалов сердцевины также используются стеклянные волокна, керамические волокна и углеродные волокна. Сердечники, изготовленные путем добавления связующего и скрутки в жгуты, имеют сравнительно длительный срок службы благодаря своей термостойкости.

Однако следует отметить, что температура пламени такого волокнистого фитиля ниже 600°С, что существенно ниже температуры хлопкового фитиля (900°С)

Что касается толщины фитиля, то следует исходить из того, что чем толще фитиль, тем больше топлива поступает в зону горения. Более толстый фитиль обеспечивает большую высоту пламени и большее пламя.

Поэтому спиртовки с более толстыми фитилями имеют немного большую огневую мощь, но и потребляют больше спирта. Для большинства лабораторных работ, выполняемых с использованием спиртовок, достаточно толщины фитиля не менее 4,8 мм и не более 6,4 мм.

Для некоторых специализированных работ, требующих большого и объемного пламени, требуется более толстый фитиль. Рекомендуется включать в комплект спиртовки с разной толщиной фитиля и использовать их в зависимости от технических требований работы.

В спиртовках используются фитили двух типов. Один представляет собой круглый (в поперечном сечении) фитиль, а другой — плоский фитиль из плетеной ленты. Спиртовые лампы с плоскими фитилями используются для нагрева длинных предметов, например стеклянных трубок.

Устройство регулировки размера выступающей части фитиля очень удобно при использовании спиртовки, так как нет необходимости каждый раз гасить пламя спиртовки для регулировки параметров пламени (высоты и объема). Измените размер выступающей части сердцевины.

Последние модели спиртовок оснащены устройством, регулирующим величину выступа вверху фитиля, рекомендуемая величина — 3 мм и более и 15 мм и менее.

Регулировку выступающей верхней части фитиля можно производить, перемещая трубку фитиля относительно фитиля или, наоборот, перемещая фитиль относительно трубки фитиля.

В первом варианте фитильная трубка выполнена в виде раздвижной системы, состоящей из двух трубчатых элементов, верхняя часть которых выполнена в виде подвижной втулки и прикреплена с помощью скользящей посадки к другому нижнему неподвижному трубчатому элементу.

Перемещение верхнего трубчатого элемента (вниз или вверх) увеличивает или уменьшает общую длину двухтрубной системы. Поэтому размеры выступающей части фитиля будут соответственно увеличиваться или уменьшаться.

Во втором варианте устройство регулировки длины верхней части фитиля выполнено в виде механизма, преобразующего вращательное движение в поступательное. Основным элементом этого устройства является шестерня с заостренными зубьями.

Трубка фитиля имеет продольный сквозной паз, в который входит небольшой зубчатый сегмент. Высоту этого сегмента подбирают так, чтобы зубья колеса вошли в тело сердечника на глубину не более 1-2 мм.

Обозначенная шестерня неподвижно закреплена на валу с прикрепленной к одному концу ручкой. Вращательное движение передается от ручки на шестерню, перемещающую фитиль вверх и вниз относительно трубки фитиля через зубцы, плотно контактирующие с телом фитиля.

Спиртовки с устройством регулировки выступа фитиля стоят дороже, чем спиртовки без этого устройства. Однако немного более высокая цена с лихвой компенсируется профессиональным комфортом работы, который предлагает это устройство.

Вес спиртовки обычно не превышает 0,25 кг, а высота не превышает 120 мм.

Конструкции спиртовок

Давайте рассмотрим базовую конструкцию спиртовки.

Для начала рассмотрим стандартное устройство спиртовки СЛ-1.

Спиртовка изготовлена ​​из лабораторного стекла толщиной 2 мм, имеет круглую форму и хлопковый фитиль. Приспособления для регулировки выступающей части поводка нет.

Резервуар наполнен спиртом. Фитиль помещают внутрь спиртовки так, чтобы нижний конец находился внутри резервуара и был погружен в спирт, а верхний конец находился вне резервуара и на открытом воздухе.

Крышка бака выполнена в виде втулки, установленной внутри горловины бака, через которую проходит фитиль через осевое отверстие на сжатие. Спиртовки имеют колпачок, который используется для тушения пламени спиртовки и предотвращения испарения топлива с верхушки фитиля.

Далее спиртовка мод.306.

Эта спиртовка изготовлена ​​из бутылочного стекла толщиной 3 мм, имеет граненую форму и хлопковый фитиль. Имеется устройство, регулирующее выступающую часть сердечника путем перемещения сердечниковой трубки относительно сердечника.

Резервуар имеет металлическую крышку, которая крепится к горлышку резервуара с помощью резьбы. В отверстии в крышке закрепляется металлическая стержневая трубка, через которую пропускают керн.

К трубке прикреплена подвижная втулка, посредством которой регулируется выступающая часть сердечника. Перемещение рукава вверх уменьшит выступание фитиля, а перемещение вниз увеличит его.

Спиртовые лампы имеют колпачок, прикрепленный к верхней части гильзы. Пять сторон резервуара можно использовать в качестве опорной поверхности для рабочего стола, позволяя использовать спиртовку как вертикально, так и по диагонали.

Если навести курсор на изображение, то можно увидеть одно из наклонных положений спиртовки.

 Далее спиртовка мод.304.

Эта спиртовка изготовлена ​​из бутылочного стекла толщиной 3 мм, имеет цилиндрическую форму и имеет хлопковый фитиль. Имеется устройство, регулирующее выступающую часть сердечника за счет перемещения сердечника относительно стержневой трубки.

Спиртовка имеет ручку, вращение которой через вал передается на шестерню. Острые зубцы этого колеса взаимодействуют с фитилем, перемещая его вверх и вниз относительно трубки в зависимости от направления вращения ручки.

Пламедержательная трубка закреплена соосно трубке с фитилем, а пары спирта попадают в зазор между трубками через отверстие диаметром 1,5 мм. Пар воспламеняется на выходе из трубки удержания пламени, в результате чего вокруг выступающей части фитиля образуется дополнительное круговое пламя.

Верхнее отверстие имеет и другое назначение. Это уравнивает давление внутри и снаружи резервуара.

Топливо спиртовки обычно заливается через отверстие в верхней части бака после снятия крышки. Однако существуют спиртовки, имеющие боковую заливную горловину в бачке и заземленную крышку.

Свойства топлива для спиртовок

Во всех спиртовках в качестве топлива в основном используется этиловый спирт.

Этиловый спирт (этанол) представляет собой бесцветную жидкость без запаха, легковоспламеняющуюся и горящую слабым голубоватым пламенем. Плотность 0,794 г/см3. Температура кипения чистого этилового спирта при нормальном давлении +73,9°С.

Удельная теплота сгорания 7100 ккал/кг (для сравнения, у метилового спирта этот показатель равен 5700 ккал/кг, а у керосина 10000 ккал/кг). Этиловый спирт гигроскопичен и хорошо смешивается с диэтиловым эфиром, глицерином, бензолом и др. храните этиловый спирт в таре с герметичной пробкой.

Для оценки пожароопасности этилового спирта при использовании спиртовки необходимо учитывать температуру вспышки и температуру самовоспламенения.

Температура вспышки этилового спирта — это самая низкая температура, при которой на поверхности образуется пар, способный воспламениться на воздухе от источника возгорания.

В этом случае устойчивого горения не наблюдается. Ориентировочно температура вспышки характеризует температурный режим, при котором горючее вещество становится горючим при хранении в открытой таре или при случайном разливе. Температура вспышки этилового спирта +13°С.

Температура самовоспламенения — наименьшая температура, при которой вещество начинает гореть при контакте с воздухом в отсутствие источника воспламенения. Для этилового спирта температура самовоспламенения составляет +365°С.

На рынке представлено три вида этилового спирта. Спирт этиловый очищенный из пищевого сырья. Спирт этиловый технический гидролизованный и спирт этиловый синтетический технический.

Промышленно синтезированный этиловый спирт можно окрасить в сине-фиолетовый цвет, добавив краситель метилвиолет C24H28N3Cl. Помимо красителей добавляют также вещества с резким запахом, обычно пиридин C5H5N. Этот спирт называется денатурированным.

Согласно новейшим нормативным документам (ГОСТ Р 52574-2006), денатурированный спирт можно производить и в виде бесцветной жидкости добавлением к спирту кротональдегида СН3-СН=СН-СНО, однако он не вызывает раздражения запах. Объемная доля составляет примерно 0,2%.

Все эти виды спирта можно использовать в качестве жидкого топлива для спиртовок.

Нормы расхода спирта

Средний расход спирта при горении спиртовки, утвержденный нормативными документами, составляет одну минуту. Ожоги 1,7мл. Итак 100мл за 1 час. Эти критерии можно использовать при ограничении количества потребляемого алкоголя при выполнении тех или иных технических операций.

Однако следует отметить, что нормативные нормы потребления алкоголя превышают фактическое потребление, которое согласно вышеуказанным документам составляет в среднем 40-70 мл в час.

По воздействию на человека все виды этилового спирта (пищевое сырье, промышленные гидролизаты, синтетика) отнесены к 4 классу опасности (вещества малотоксичные). Предельно допустимая концентрация (ПДК) паров этилового спирта в воздухе рабочих помещений промышленных объектов должна быть не более 1000 мг/м³.

В спиртовке спирт вступает в химическую реакцию и горит

CH3OH + 3O2 = 2CO2 + 3H2O

Кислород (О2) берется из окружающего воздуха, и, как видно из уравнения горения этилового спирта, при горении образуются только вода (Н2О) и углекислый газ (СО2). Поскольку и то, и другое в больших количествах присутствует вокруг нас, использование спиртовок в лабораторных работах считается совершенно безвредным для окружающих.

Параметры горения топлива

Основными параметрами, характеризующими процесс горения топлива в спиртовках, являются температура горения, тепловая мощность спиртовки и расход топлива (спирта). Эти три параметра необходимо учитывать при использовании спиртовки.

Температура горения – это самая высокая температура, которая может быть достигнута при полном сгорании спирта. Для спиртовок эта температура не превышает 900°С.

Рассмотрим распределение температуры вдоль пламени фитиля. Температура внизу пламени спиртовки не превышает 350℃, а температура вверху пламени достигает максимум 900.

О пламени спиртовки

Когда горит спиртовка, спирт горит на границе пламени, создавая диффузное пламя, в котором воздух и топливо взаимно диффундируют.

При этом процессы горения и смешивания паров спирта и воздуха протекают параллельно. Процесс смешивания протекает значительно медленнее, чем процесс горения, поэтому скорость и полнота сгорания определяются скоростью и полнотой смешивания паров спирта и воздуха.

Смешивание топлива и воздуха происходит путем медленной молекулярной диффузии.

Рассмотрим упрощенную схему факела спиртовки, вызванную взаимной молекулярной диффузией паров спирта и воздуха. Внутри конической сердцевины находятся пары чистого спирта, которые испаряются с поверхности фитиля.

В другой зоне образуется смесь, состоящая из паров спирта и продуктов сгорания, а в следующей зоне - смесь продуктов сгорания и окружающего воздуха.

Граница между зонами представляет собой гладкий конический фронт пламени, в который диффундируют молекулы воздуха снаружи и молекулы спирта изнутри.

Продукты горения, образующиеся на фронте пламени, диффундируют в сторону паров спирта, интенсивно нагреваются в предпламенной зоне и частично выбрасываются в воздух, окружающий факел.

Достоинства диффузионного пламени спиртовок заключаются в относительной постоянстве температуры по высоте (длине пламени), компактности спиртовки и простоте изготовления.

Важной характеристикой спиртовок является их тепловая мощность. Количество тепла, выделяемого в единицу времени при сгорании жидкого топлива (этилового спирта). Тепловая мощность спиртовки измеряется в ваттах.

Тепловая мощность спиртовки прямо пропорциональна количеству потребляемого этилового спирта и теплоте сгорания и колеблется от 150 до 220 Вт в зависимости от конструкции спиртовки.

Для спиртовок важно и потребление этилового спирта, практический максимум обычно не превышает 30-35 мл/час.

О тепловой мощности спиртовки

Мощность спиртовки рассчитывается как произведение расхода спирта в час на теплоту сгорания.

Расчет производится по следующей формуле:

Nkw = (0,278) × Vn × Q

Здесь NkW – мощность спиртовки (кВт.;
Vн - номинальный массовый расход спирта (кг/ч;
Q — теплота сгорания этилового спирта, мДж/кг (эквивалент 27 мДж/кг).

Давайте рассмотрим пример. 27 мл (или с учетом плотности 21,3 г) этилового спирта сгорает в спиртовке за 1 час. Давайте изучим силу спиртовки.

Решение: НкВт = (0,278) х 21,3х10-3 х 27 = 0,160 кВт

Техника безопасности при работе со спиртовками

При работе со спиртовками необходимо соблюдать правила безопасности, перечисленные ниже.

• Не используйте спиртовки для целей, отличных от указанных в техническом паспорте.
• прежде чем зажечь спиртовку, осмотрите ее снаружи, чтобы убедиться, что выступающая часть фитиля составляет не менее 3 мм, что на элементах корпуса спиртовки нет следов спирта и что фитиль прикреплен к фитилю пожалуйста сжатая трубка.
• Категорически запрещается использовать фитиль спиртовки для зажигания другой спиртовки.
• Не заправляйте спиртовки вблизи приборов с открытым пламенем.
• Не заполняйте спиртовку более чем на половину емкости бака. Не перемещайте и не носите спиртовку с горящим фитилем.
• Заполните спиртовку преимущественно этиловым спиртом.
• Потушите пламя спиртовки с помощью колпачка, входящего в комплект спиртовки.
• Запрещаются спиртовые лампы без колпачков гашения
• Не размещайте легковоспламеняющиеся материалы или материалы, которые могут воспламениться при кратковременном воздействии источников воспламенения с низкой тепловой энергией (например, пламя спички, искры и т д.) на рабочих поверхностях, где используются спиртовые лампы.).
• Не наклоняйте спиртовку во время работы. Если возникает такая необходимость, рекомендуется использовать спиртовки, работающие в наклонном положении (фацетные спиртовки).
• Если спиртовка опрокинулась и горящий спирт пролился на стол, немедленно накройте спиртовку плотной тканью и при необходимости затушите пламя огнетушителем. Также можно залить горящий спирт водой.
• Синтетические волокна не рекомендуется использовать при тушении пожаров, так как они имеют низкую температуру горения и выделяют вредные вещества при воздействии пламени.
• Не оставляйте горящую спиртовку без присмотра!
• Помещения, где производятся работы с спиртовками, должны быть оборудованы первичными средствами пожаротушения, например порошковыми огнетушителями ОП-1 или ОП-2.

На видео ниже показано, как пользоваться спиртовкой.

Меры безопасности при работе с спиртовками

Условия эксплуатации

Спиртовые лампы следует использовать в хорошо вентилируемых, закрытых, отапливаемых помещениях с температурой от +10° до +35°С и относительной влажностью воздуха +25°С и до 80%. Помещение должно быть оборудовано первичными средствами тушения пожара.