Урок по теме: Горючие газы – заменители ацетилена

Министерство образования науки Пермского края

Государственное автономное

профессиональное образовательное учреждение

«КРАЕВОЙ политехнический колледж»

ПЛАН УЧЕБНОГО ЗАНЯТИЯ

по теме: «Горючие газы - заменители ацетилена»

Разработала преподаватель: Чернов А.П.

План учебного занятия

Учебный предмет: «Специальная технология»

Специальность: «Электрогазосварщик» 3 разряд

Тема программы: «Сварочные материалы для газовой сварки и резки»

Тема учебного занятия: « Горючие газы - заменители ацетилена»

Цели:

Обучающая: сформировать знания о назначении, свойствах, способах получения, хранении и транспортировке пропан-бутана, МАФа, водорода; Развивающая: способствовать развитию логического и технологического мышления при освоении темы;

Воспитательная: воспитание положительного интереса к изучаемому материалу;

Методическая: использование учебной презентации и опорного конспекта для активизации учебно-познавательной деятельности учащихся.

Материально-техническое оснащение: опорный конспект, мультимедийная установка, компьютер, карточки-задания, презентация.

Тип учебного занятия: комбинированный

Межпредметные связи: «Химия», «Охрана труда»

Структура учебного занятия

1. Организационный момент

2. Целевая установка мотивации предстоящей деятельности

3. Актуализация знаний

4. Формирование новых знаний по теме

5. Закрепление нового материала

6. Подведение итогов

7. Информация о домашнем задании

Ход учебного занятия

1. Организационный момент

1. Проверка наличия учащихся

2. Отметка отсутствующих

3. Проверка готовности к учебному занятию

2. Целевая установка мотивации предстоящей деятельности

Преподаватель: объявляет тему и цели учебного занятия, обращает внимание на актуальность и значимость изучаемого материала (приложение 5 слайды 1,2).

3. Актуализация знаний

Преподаватель: на прошлом занятии мы изучили тему: «Ацетилен», вы получили задание подготовить ответы на вопросы темы. Прежде чем приступить к изучению нового материала, проведём проверку домашнего задания, предлагаю вам выполнить письменную работу по карточкам-заданиям (приложение 7, карточки-задания 1 и 2 по теме «Ацетилен»). Для выполнения этой работы вам необходимо разделиться на две группы.

Раздаются карточки-задания.

4. Формирование новых знаний по теме

Преподаватель:

Тема нашего учебного занятия: «Горючие газы - заменители ацетилена» (приложение 5 слайд 2). На прошлом учебном занятии мы рассмотрели ацетилен, а он является основным горючим газом, используемым для получения газовой сварки и резки.

Сегодня на учебном занятии мы продолжим изучение горючих газов таких как: пропан-бутан, МАФ, водород.

На учебном занятии мы с вами рассмотрим следующие вопросы:

1. Свойства пропан-бутана, МАФа, водорода.

2. Способы получения пропан-бутана, МАФа, водорода.

3. Хранение и транспортировка пропан-бутана, МАФа, водорода.

4. Опасные факторы и меры безопасности при работе с пропан-бутаном, МАФом, водородом.

5. Применение пропан-бутана, МАФа, водорода.

Преподаватель раскрывает и объясняет поставленные вопросы.

1. Свойства пропан-бутана, МАФа, водорода (приложение 5

слайды 3, 4, 5).

Преподаватель:

Пропан-бутановая смесь в газообразном состоянии является бесцветной, не ядовитой, тяжелее воздуха, обладает резким запахом от одорантов - сильнопахнущих веществ, добавляемых в газ для обнаружения возможной утечки. При понижении температуры и повышении давления смесь переходит в жидкое состояние. Смесь с содержанием бутана от 5 до 30% (с преобладанием пропана) имеет повышенную теплотворную способность и может использоваться в условиях холодного климата с температурой окружающей среды примерно до -25°С.

Метилацетилен-алленовая фракция (МАФ) в сжиженном состоянии представляет собой смесь метилацетилена C₃H₄ (CH₃C≡CH) и аллена C₃H₄ (CH₂=C=CH₂), стабилизированную с целью безопасности пропиленом, пропаном, изобутиленом, изобутаном или другими углеводородами в различных сочетаниях.

Смесь тяжелее воздуха, малотоксична (по токсичности относится к четвертой группе), обладает резко выраженным запахом при концентрации от 1:100 мг/м³.

Водород - горючий газ без цвета, вкуса и запаха. В обычных условиях в 14,5 раза легче воздуха. При нормальных условиях плотность водорода составляет 0,09 г/л. Среди газов является самым легким и обладает наибольшей теплопроводностью. Растворим во многих металлах (железе, никеле, платине и др.), мало растворим в воде. В жидком состоянии существует в температурном диапазоне от −252,8°C до −259,2°C.

2. Способы получения пропан-бутана, МАФа, водорода (приложение 5 слайды 6, 7, 8).

Пропан-бутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Температура пламени при сгорании смеси в кислороде достигает 2100° С.

Горючий газ МАФ (метилацетилен-алленовая фракция) - это продукт нефтехимического производства. Основными горючими компонентами, определяющими свойства газа МАФ, являются метил-ацетилен (пропин, СНз-С=СН) и аллен (пропадиен, CH=C=CН2) в количестве 65-75%. а также пропан (Н3С-Н2С-СН3) и пропилен (Н3С-СН-СН2) в суммарном количестве от 30-35 до 20-25%, примесь углеводородов (бутан, бутилен, бутадиен) - 0,5-1,5%.

Водород получают химическими способами, самыми распространенными из которых являются:

• пропускание водяного пара над раскаленным коксом (t = ~1000ºC):
  H₂O + C ↔ H₂↑ + CO;

• взаимодействие водяного пара с метаном (t = ~1100ºC):
  12СН₄ + 5Н₂О(пар) + 5О₂ → 29Н₂↑ + 9СО + 3СО₂;

• электролиз дистиллированной воды, формальная реакция:
  2H₂O → 2H₂↑ + O₂↑;
  поскольку чистая вода почти не проводит электрический ток, в нее добавляют электролиты, например, KOH;

• электролиз водных растворов хлористых солей:
  2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + 2NaOH + Cl₂.

3. Хранение и танспортировка пропан-бутана, МАФа, водорода (приложение 5 слайды 9, 10, 11).

Пропан-бутан хранят и транспортируют в стальных сварных баллонах рис, 1, которые согласно ГОСТ 15860-84, ГОСТ 949-73 окрашивают в красный цвет, с надписью «Пропан» («Пропан-бутан») белого цвета. Давление газа в баллоне до 1,6 МПа. При испарении 1кг жидкого пропана образуется около 530 л газа, при испарении 1 кг жидкого бутана - около 460 л газа.

Рис.1. Баллон и вентиль для пропан-бутана

МАФ поставляется в пропановых баллонах красного цвета (рис.2) для сжиженных газов (ГОСТ 15860-84) , оснащенных прокаловым редуктором.

Рис. 2. Баллоны и редуктор для МАФа

Водород поставляется в стандартных стальных баллонах (рис. 3) вместимостью 40 и 50 л при давлении 14,7 МПа (ГОСТ 949), стальных бесшовных баллонах большого объема (до 1000 л) при давлении 39,2 МПа (ГОСТ 12247), по трубопроводам, а также в специальных крупногабаритных резервуарах для газа - газгольдерах, обычно под давлением не более 10 МПа. Баллон окрашен в темно-зеленый цвет, с надписью «Водород» красного цвета (ПБ 10-115-96, ГОСТ 949-73).

Рис 3. Хранение водорода

4. Опасные факторы и меры безопасности при работе с пропан-бутаном, МАФом, водородом (приложение 5 слайды 12,13,14,15,16,17).

а) Опасные факторы и меры безопасности при работе с пропан-бутаном (согласно ГОСТ 20448-90):

• сжиженные углеводородные газы взрыво- и пожароопасны; они образуют с воздухом взрывоопасные смеси при содержании паров пропана в диапазоне 2,1-9,5%, нормального бутана 1,5-8,5% (по объему) при давлении 1 атм и температуре от 15 до 20°С;

• температура самовоспламенения газов в воздухе при давлении 760 мм рт. ст.

  • пропана - 466°С;

  • нормального бутана - 405°С;

  • изобутана - 462°С;

• при попадании на тело человека сжиженные газы вызывают обморожение;

• сжиженные углеводородные газы оказывают на организм наркотическое воздействие;

• при небольших концентрациях газов в воздухе для защиты от кислородного голодания применяют фильтрующие противогазы, при высоких концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей чистого воздуха;

• производственные помещения должны оборудоваться приточно-вытяжной вентиляцией;

• при загорании используют такие средства пожаротушения как пенные и углекислотные огнетушители, сухой песок, тонкораспыленные струи воды, водяной пар и др.

б) Опасные факторы и меры безопасности при работе со смесью МАФ:

• в общем случае меры безопасности при работе с МАФ должны соответствовать мерам безопасности, используемым при работе с пропаном;

• сжиженные углеводородные газы взрыво- и пожароопасны; предел взрываемости МАФ в воздухе составляет 3,4-10,8%, в кислороде - 2,5-60%;

• следует избегать контакта МАФ со сплавами, содержащими свыше 65-67% меди, поскольку это может привести к образованию взрывоопасных ацетиленидов меди;

• при попадании на тело человека сжиженные газы могут вызвать обморожение кожи;

• при концентрациях в воздухе более 300 мг/м³ смесь МАФ может оказать анестезирующее действие;

• при невысоких концентрациях паров МАФ в воздухе используют фильтрующие противогазы, а при больших концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей чистого воздуха;

• производственные помещения необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией.

в) Опасные факторы и меры безопасности при работе с водородом:

• водород в смеси с кислородом и воздухом (гремучий газ) пожаро- и взрывоопасен; для водородно-воздушной смеси концентрационный предел распространения пламени составляет 4,12%-75% по объему, для смеси водорода с кислородом - 4,1%-96% по объему;

• температура самовоспламенения смеси водорода с воздухом - 510ºC, смеси водорода с кислородом - 450ºC;

• при дневном свете водородное пламя практически не видимо, поэтому для его обнаружения необходимо применять специальные датчики;

• сжиженный водород при попадании на кожу вызывает сильное обморожение; при испарении сжиженного водорода возможно образование взрыво- и пожароопасных смесей;

• при высоком давлении водород способен оказывать наркотическое действие;

• при высоких концентрациях водород вызывает кислородное голодание и удушье; при работе в его среде необходимо использовать изолирующие противогазы, а помещения оборудовать вентиляцией.

5. Применение пропан-бутана, МАФа, водорода (приложение 5 слайды 18,19,20).

а) Пропан-бутановые смеси широко используются в качестве горючего газа при кислородной резке. Они также распространены в качестве заменителей ацетилена при газовой сварке. Эффективная тепловая мощность пламени при сгорании пропан-бутана в кислороде даже выше, чем для ацетилена. Однако из-за значительно меньшей скорости распространения пламени для этих смесей длина конуса пламени резко увеличена и концентрация пламени ниже. Меньше и температура пламени при сгорании пропан-бутановых смесей по сравнению с ацетиленом.

б) В качестве заменителя ацетилена МАФ может использоваться при газовой сварке, разделительной и поверхностной резке, пайке, металлизации и других процессах газопламенной обработки металлов. При этом применяются немного модернизированные ацетиленовые горелки и резаки. Выходное отверстие мундштука рассверливается сверлом диаметром 3 мм на глубину 3,5 мм. За счет этого увеличивается тепловая мощность пламени и обеспечивается более устойчивый режим работы горелки без отрыва пламени.

Температура эффективной зоны пламени при сгорании МАФ (2927°С) близка к температуре пламени ацетилена (3087°С). МАФ сохраняет передачу большого количества теплоты на нагреваемый металл даже на расстоянии 12 мм от самой горячей точки пламени.

в) Водород получил ограниченное применение:

• при атомно-водородной сварке (как правило, сталей и алюминия толщиной до 5-10 мм);

• как горючий газ для газовой сварки (обычно сталей, алюминия толщиной до 5 мм) и резки;

• в качестве добавки к аргону, азоту при плазменной обработке.

В последние годы интерес к водороду для газопламенной обработки металлов возрастает благодаря появлению мобильных аппаратов, обеспечивающих получение водородно-кислородной смеси в результате гидролиза воды.

5. Закрепление нового материала

Преподаватель:

И так, мы сегодня с вами изучили тему: «Горючие газы-заменители ацетилена». Для закрепления изученного материала необходимо ответить на экспресс-опрос:

1. Перечислите свойства пропан-бутана (приложение 5 слайд 21)

Эталон ответа:

Пропан-бутановая смесь в газообразном состоянии является бесцветной, не ядовитой, тяжелее воздуха, обладает резким запахом. При понижении температуры и повышении давления смесь переходит в жидкое состояние. Смесь с содержанием бутана от 5 до 30% (с преобладанием пропана) имеет повышенную теплотворную способность и может использоваться в условиях холодного климата с температурой окружающей среды примерно до -25°С.

2. Перечислите свойства МАФа (приложение 5 слайд 22).

Эталон ответа:

Метилацетилен-алленовая фракция (МАФ) в сжиженном состоянии представляет собой смесь метилацетилена и аллена, тяжелее воздуха, малотоксична , обладает резко выраженным запахом при концентрации от 1:100 мг/м³.

3. Перечислите свойства водорода (приложение 5 слайд 23).

Эталон ответа:

Водород - горючий газ без цвета, вкуса и запаха. В обычных условиях в 14,5 раза легче воздуха. При нормальных условиях плотность водорода составляет 0,09 г/л. Среди газов является самым легким и обладает наибольшей теплопроводностью. Растворим во многих металлах (железе, никеле, платине и др.), мало растворим в воде.

4. Перечислите и охарактеризуйте основные способы получения пропан-бутана (приложение 5 слайд 24)

Эталон ответа:

Пропан-бутановую смесь получают при добыче и переработке естественных нефтяных газов и нефти. Температура пламени при сгорании смеси в кислороде достигает 2100° С.

5. Перечислите и охарактеризуйте основные способы получения МАФа (приложение 5 слайд 25)

Эталон ответа:

Горючий газ МАФ (метилацетилен-алленовая фракция) - это продукт нефтехимического производства. Основными горючими компонентами, являются метил-ацетилен и аллен , а также пропан и пропилен , примесь углеводородов (бутан, бутилен, бутадиен) .

6. Перечислите и охарактеризуйте основные способы получения водорода (приложение 5 слайд 26)

Эталон ответа:

Водород получают химическими способами, самыми распространенными из которых являются:

• пропускание водяного пара над раскаленным коксом;

• взаимодействие водяного пара с метаном;

• электролиз дистиллированной воды, формальная реакция;
  поскольку чистая вода почти не проводит электрический ток, в нее добавляют электролиты, например, KOH;

• электролиз водных растворов хлористых солей.

7. Поясните, как хранится и транспортируется пропан-бутан (приложение 5 слайд 27)?

Эталон ответа:

Пропан-бутан хранят и транспортируют в стальных сварных баллонах , которые окрашивают в красный цвет, с надписью «Пропан» («Пропан-бутан») белого цвета. Давление газа в баллоне должно быть до 1,6 МПа.

8. Поясните, как хранится и транспортируется МАФ (приложение 5 слайд 28)?

Эталон ответа:

МАФ поставляется в пропановых баллонах красного цвета (рис.2) для сжиженных газов (ГОСТ 15860-84) , оснащенных прокаловым редуктором.

9. Поясните, как хранится и транспортируется водород (приложение 5 слайд 29)?

Эталон ответа:

Водород поставляется в стандартных стальных баллонах вместимостью 40 и 50 л при давлении 14,7 МПа, стальных бесшовных баллонах большого объема (до 1000 л) при давлении 39,2 МПа, по трубопроводам, а также в специальных крупногабаритных резервуарах для газа - газгольдерах, обычно под давлением не более 10 МПа. Баллон окрашен в темно-зеленый цвет, с надписью «Водород» красного цвета.

10. Перечислите опасные факторы при работе с пропан-бутаном (приложение 5 слайд 30).

Эталон ответа:

Опасные факторы при работе с пропан-бутаном:

• сжиженные углеводородные газы взрыво- и пожароопасны; они образуют с воздухом взрывоопасные смеси при содержании паров пропана в диапазоне 2,1-9,5%, нормального бутана 1,5-8,5% (по объему) при давлении 1 атм и температуре от 15 до 20°С;

• температура самовоспламенения газов в воздухе при давлении 760 мм рт. ст.

  • пропана - 466°С;

  • нормального бутана - 405°С;

  • изобутана - 462°С;

• при попадании на тело человека сжиженные газы вызывают обморожение;

• сжиженные углеводородные газы оказывают на организм наркотическое воздействие.

11. Перечислите меры безопасности при работе с пропан-бутаном (приложение 5 слайд 31).

Эталон ответа:

Меры безопасности при работе с пропан-бутаном:

• при небольших концентрациях газов в воздухе для защиты от кислородного голодания применяют фильтрующие противогазы, при высоких концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей чистого воздуха;

• производственные помещения должны оборудоваться приточно-вытяжной вентиляцией;

• при загорании используют такие средства пожаротушения как пенные и углекислотные огнетушители, сухой песок, тонкораспыленные струи воды, водяной пар и др.

12. Перечислите опасные факторы при работе со смесью МАФ (приложение 5 слайд 32).

Эталон ответа:

Опасные факторы при работе со смесью МАФ:

• сжиженные углеводородные газы взрыво- и пожароопасны; предел взрываемости МАФ в воздухе составляет 3,4-10,8%, в кислороде - 2,5-60%;

• следует избегать контакта МАФ со сплавами, содержащими свыше 65-67% меди, поскольку это может привести к образованию взрывоопасных ацетиленидов меди;

• при попадании на тело человека сжиженные газы могут вызвать обморожение кожи;

• при концентрациях в воздухе более 300 мг/м³ смесь МАФ может оказать анестезирующее действие.

13. Перечислите меры безопасности при работе со смесью МАФ (приложение 5 слайд 33).

Эталон ответа:

Меры безопасности при работе со смесью МАФ:

• в общем случае меры безопасности при работе с МАФ должны соответствовать мерам безопасности, используемым при работе с пропаном;

• следует избегать контакта МАФ со сплавами, содержащими свыше 65-67% меди;

• при невысоких концентрациях паров МАФ в воздухе используют фильтрующие противогазы, а при больших концентрациях - изолирующие шланговые противогазы с принудительной подачей чистого воздуха;

• производственные помещения необходимо оборудовать приточно-вытяжной вентиляцией.

14. Перечислите опасные факторы при работе с водородом (приложение 5 слайд 34).

Эталон ответа:

Опасные факторы при работе с водородом:

• водород в смеси с кислородом и воздухом (гремучий газ) пожаро- и взрывоопасен; для водородно-воздушной смеси концентрационный предел распространения пламени составляет 4,12%-75% по объему, для смеси водорода с кислородом - 4,1%-96% по объему;

• температура самовоспламенения смеси водорода с воздухом - 510ºC, смеси водорода с кислородом - 450ºC;

• при дневном свете водородное пламя практически не видимо;

• сжиженный водород при попадании на кожу вызывает сильное обморожение;

• при испарении сжиженного водорода возможно образование взрыво- и пожароопасных смесей;

• при высоком давлении водород способен оказывать наркотическое действие;

• при высоких концентрациях водород вызывает кислородное голодание и удушье.

15. Перечислите меры безопасности при работе с водородом (приложение 5 слайд 35).

Эталон ответа:

Меры безопасности при работе с водородом:

• для обнаружения водородного пламени необходимо применять специальные датчики;

• при работе в его среде необходимо использовать изолирующие противогазы;

• помещения оборудовать вентиляцией.

16. Поясните применение пропан-бутана (приложение 5 слайд 36).

Эталон ответа:

Пропан-бутановые смеси широко используются в качестве горючего газа при кислородной резке. Они также распространены в качестве заменителей ацетилена при газовой сварке.

17. Поясните применение МАФа (приложение 5 слайд 37).

Эталон ответа:

В качестве заменителя ацетилена МАФ может использоваться при газовой сварке, разделительной и поверхностной резке, пайке, металлизации и других процессах газопламенной обработки металлов.

18. Поясните применение водорода (приложение 5 слайд 38).

Эталон ответа:

Водород получил ограниченное применение:

• при атомно-водородной сварке (как правило, сталей и алюминия толщиной до 5-10 мм);

• как горючий газ для газовой сварки (обычно сталей, алюминия толщиной до 5 мм) и резки;

• в качестве добавки к аргону, азоту при плазменной обработке.

6. Подведение итогов

Преподаватель подводит итог работы, анализируя ответы учащихся в экспресс-опросе. Организовывает проведение рефлексии по пройденному учебному занятию: учащиеся поднимают заготовленные листы с рожицами:

побольше таких учебных занятий, поучительно

понравилось, но не всё, интересно

не понравилось, скучно

7. Информация о домашнем задании

И.И.Соколов «Газовая сварка и резка металлов. -М.: Высшая школа, 1981, стр.28-32