Горение и взрыв продуктов разделения воздуха. Горение и взрыв газа. Некоторые понятия и определения

Государственное образовательное учреждение высшего

«Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»

ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ВЗРЫВОВ

Учебное пособие

Нижний Новгород – 2007

Теория горения и взрывов

Учебное пособие

Н. Новгород, 2007 г.

Пособие состоит из трех частей. В первой части рассматриваются особенности горения гомогенных и гетерогенных систем, основы теории цепных радикальных реакций и механизм горения некоторых видов топлива.

Во второй части рассматривается состав и свойства твердого, жидкого и газообразного топлива.

Третья часть посвящена экологическим проблемам, связанным со сжиганием топлива, и способам снижения вредных выбросов.

ã Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, 2007 г.

Глава 1. Теоретические основы процесса горения 3

1.1. Некоторые понятия и определения 3

Степень окисления

1.2. Вспышка и воспламенение гомогенных и гетерогенных систем 6

Воспламенение

1.3. Пламя 6

5.2. Важнейшие компоненты топлива 34

Кислород

5.3. Теплотворная способность топлива 36

5.4. Твердое топливо 36

Торф. Ископаемые угли

Бурые угли

Каменные угли

Антрацит

Горючие сланцы

Искусственное твердое топливо

5.5. Жидкое топливо 40

5.6. Мировые запасы нефти 42

Состав нефти

5.7. Переработка нефти 44

Риформинг

Дизельное топливо

Керосин, мазут

5.8. Газообразное топливо 47

Природный газ

Попутный нефтяной газ

Глава 6. Экологические проблемы 50

6.1. Токсическое воздействие загрязняющих веществ 50

Оксид углерода (II)

Углеводороды

Бенз(а)пирен

Твердые частицы

6.2. Предельно допустимые концентрации (ПДК) примесей 51

Твердые частицы

6.3. Кислотные дожди 53

6.4. Канцерогенные вещества 54

6.5. Образование оксидов азота при сжигании топлива 57

ЛИТЕРАТУРА 60

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ

1.1. Некоторые понятия и определения

Горение – сложный, быстро протекающий химический процесс, сопровождающийся выделением тепла и света. Обычно рассматривают химические реакции горючих веществ с кислородом воздуха. Например, горение каменного угля, состоящего в основном из углерода:

С(т) + О2(г) ® СО2(г); ∆rН = - 393.5 кДж/моль

где ∆rН < 0 – энтальпия химической реакции, указывающая, что при сгорании 12 г углерода (n = 1 моль) выделяетсякДж) энергия в форме теплоты.

Горение природного газа используется в кухонной газовой горелке, двигателе некоторых автомобилей, паровых турбинах электростанций или котельных горячего водоснабжения . В природном газе метан является основным компонентом (до 98 об.%). Его реакция с молекулярным кислородом воздуха сопровождается образованием оксида углерода (IV) и воды:

СН4(г) + 2О2(г) ® 2Н2О(ж) + СО2(г); ∆rН = - 890.3 кДж/моль

Тлением называют беспламенное горение твердых тел . Так горит кокс, применяемый в металлургии. (Кокс – каменный уголь, из которого предварительно выжгли летучие соединения). При тлении процессы имеют низкую интенсивность и свечение красного типа.

Взрыв также является разновидностью горения. Его отличие в том, что взрывчатые вещества уже содержат в своем составе и окислитель (-NO2), и восстановитель (-С-Н группы). Например, разложение молекул тринитротолуола в составе моноклинных ромбических кристаллов носит взрывной характер. Достаточно расплавить кристаллы (Т пл. = 88.85 0С) и нагреть жидкий тринитротолуол до 150 0С (физический процесс), чтобы произошел взрыв (химический процесс):

http://pandia.ru/text/78/142/images/image005_56.gif" alt="Подпись: " align="left" width="494 height=124" height="124">

; ∆r H < 0

[Дж. Кемпбел Современная общая химия. Т. 2. М.: «Мир». 1975]

Взрыв – окислительно-восстановительный процесс, сопровождающийся выделением большого количества энергии в ограниченном объеме за короткий промежуток времени.

Один и тот же вид горючего может гореть обычным путем и в виде взрыва. Например, при использовании в быту газовых горелок мы проводим обычный процесс горения. Но если заполнить природным газом все пространство кухни, то при возникновении искры или пламени произойдет взрыв.

Получить полный текст

Другой пример – горение пороха. Если поджечь кучку пороха на воздухе, то он спокойно сгорит. При стрельбе из стрелкового оружия в патроне происходит детонация порохового заряда с помощью капсюля-детонатора. В этом случае процесс носит взрывной характер.

Горение и взрыв в большинстве случаев представляют собой окислительно-восстановительные реакции . Под этим понимаются процессы изменения степени окисления (СО – степень окисления) элементов. Есть окислитель (например, кислород в обычном процессе горении топлива), который восстанавливается и снижает свою степень окисления. С ним взаимодействует восстановитель , который окисляется и увеличивает свою степень окисления.

Например, горение водорода:

Н2(г) + О2(г) = Н2О(ж) или

Н20 + О20 = Н2+1О-2.

Степень окисления водорода и кислорода в простых веществах принята равной нулю. После реакции степень окисления кислорода стала – 2, а водорода +1.

Степень окисления – это условный заряд атома в соединении, вычисленный исходя из предположения, что образуется ионное соединение.

Мы видели на примере реакции горения водорода, что образуется совсем не ионное соединение (Н2О), но использование степени окисления представляет собой прием, который позволяет установить реагент-окислитель и реагент-восстановитель.

Другой пример – горение оксида углерода:

2С+2 О-2 + О20 = 2С+4О2-2.

В этом процессе окисляется углерод и восстанавливается кислород. Таким образом, горением может называться любая реакция, в которой выделяется теплота и образуется пламя. Это может быть и реакция двух веществ между собой. Например, горение водорода в атмосфере хлора:

Н2(г) + Cl2(г) = 2НCl(г)

или реакция разложения (горения взрывчатых веществ).

1.2. Вспышка и воспламенение гомогенных и гетерогенных систем

Различают гомогенное и гетерогенное горение. При гомогенном горючее и окислитель находятся в одной фазе (обычно в газовой, например, смесь метана с воздухом). При гетерогенном они находятся в разных фазах, окислитель, как правило, газообразный (например, О2), а восстановитель твердый (уголь С, древесина, торф) или жидкий (бензин, мазут, дизельное топливо).

Отступление . Фаза – однородная часть системы, обладающая одинаковыми физическими и химическими свойствами и отделенная от других частей системы поверхностью раздела . Система – совокупность взаимосвязанных частей, выделенных из окружающей среды и выступающих по отношению к ней как целое .

Наиболее общим свойством горения гомогенных горючих газовых смесей является проявление в определенных условиях прогрессивного самоускорения процесса – воспламенения.

Воспламенение – начальная стадия горения, в течение которой энергия, подводимая к системе от внешнего источника энергии, приводит к резкому ускорению химической реакции из-за прогрессивного накопления энергии (тепловое воспламенение) или активных промежуточных частиц (цепное воспламенение).

Роль воспламенителя может выполнять пламя, искра, накаленное тело или механическое воздействие в результате резкого сжатия горючей смеси (так происходит воспламенение горючей смеси в дизельном двигателе) или, например, трение различных материалов друг о друга.

При воспламенении необходимо, чтобы концентрации горючего и окислителя находилась в определенном соотношении.

Классическим явлением воспламенения является процесс возникновения горения в небольшой части горючей смеси. Остальная часть прореагирует за счет распространения процесса на всю смесь. Источники воспламенения, вызывающие такой процесс, называются тепловыми. К ним относится искра, накаленное тело, пламя, а также электрические явления (электрические искры, дуги, разряды атмосферного электричества). К воспламенению могут привести также оптические явления, например, фокусировка лучей линзами. Все тепловые источники нагревают очень незначительную часть горючей смеси, оставляя холодной остальную ее часть.

В отличие от воспламенения вспышка представляет собой воспламенение смеси воздуха с парами над жидкостью или твердым телом без загорания жидкости или твердого тела. Вспышка возможна только в том случае, если состав паровоздушной смеси находится между верхним и нижним пределами воспламенения (см. раздел). Фактически вспышка – процесс неустойчивого, быстро прекращающегося горения.

1.3. Пламя

При воспламенении накаленными телами, чем меньше его размер, тем больше должна быть его температура. Тепловые источники очень маленьких размеров не могут воспламенить горючие смеси.

Не всякие искры одинаковы по своей способности воспламенять смеси. Искры, возникающие при точке металлических изделий на наждачном круге, не могут воспламенить смеси метана или бензина с воздухом. Искры, образующиеся при ударах металла о металл, металла о камень и при их трении, имеют разную воспламеняющую способность. Опытами установлено, что метано-воздушная смесь не воспламеняется от искр при сильных ударах стальных молотков о стальные образцы и от искр трения сталей о карборунд. Однако воспламенение метано-воздушных смесей может происходить от искр, возникающих при ударах между твердой породой и сталью, а также при трении твердой породы о породу. При трении о породу воспламенение происходит не от искр, образующихся при этом, а от теплового воздействия раскаленной зоны, которая может достигать 1200°С.

Получить полный текст

Опытным путем также установлено, что трение стали о сталь способно воспламенить смеси воздуха с водородом, ацетиленом, сероводородом, коксовым газом. Трение алюминиевых сплавов по стальным поверхностям, покрытым ржавчиной, вызывает воспламенение всех известных взрывоопасных газовых смесей. Причиной является экзотермическая реакция:

Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe; DН = - 853,5 кДж/моль

вызывающая нагрев места трения.

Эти знания позволяют подбирать правильные материалы для разработки инструментов и механизмов, работающих на взрывоопасных участках (шахты, газовые месторождения, перекачивающие и заправочные станции и т. п.).

Различная воспламеняющая способность различных физико-химических процессов связана с энергией, которая выделяется в форме теплоты и способна нагреть участок горючей смеси. Наглядным примером важности энергии искр является воспламенение электрическими искрами. Для каждой смеси есть минимальная мощность электрической искры, способной ее воспламенить. Минимальная мощность зависит от состава, температуры, давления смеси. Увеличение мощности искр ведет к расширению области воспламенения газовых смесей. Однако при достижении определенной мощности искр ее увеличение уже не вызывает расширения пределов воспламенения смеси. Искры такой мощности называют насыщенными . Их использование в приборах по определению концентрационных или температурных пределов воспламенения дает такие же результаты, как воспламенение накаленными телами или пламенем. Насыщенные искры можно считать разновидностью высокотемпературных источников воспламенения.

Пламя всегда является эффективным источником воспламенения .

Воспламенение гетерогенных горючих смесей имеет свои особенности, отличающие их от гомогенных горючих смесей. Из твердых горючих веществ наиболее подвержены воспламенению волокнистые и мелкораздробленные материалы (хлопок, войлок, ткань, сено, шерсть, мучная и каменноугольная пыль и др.). Все они обладают малой теплопроводностью и большой поверхностью, что способствует сохранению тепловой энергии искры в небольшом объеме горючего вещества и быстрому нагреву. Так как искрой нагревается небольшой объем твердых горючих веществ, то образующихся газообразных продуктов разложения и энергии искры недостаточно для образования горючей смеси. Поэтому воспламенение искрами сопровождается не горением волокнистых веществ, а тлением углеродистого остатка. Только более мощные источники воспламенения и более длительное их действие (пламя, большие по величине накаленные тела) могут вызвать воспламенение твердых веществ с образованием пламени.

Пламя всегда является эффективным источником воспламенения (рис.) не только гомогенных газовых смесей, но и гетерогенных.

http://pandia.ru/text/78/142/images/image007_43.gif" width="605" height="246 src=">

Рис. 1 . Распределение температур в пламени при горении газообразных, жидких и твердых материалов

Для загорания твердых видов топлива их составляющие должны быть переведены в газообразное состояние или превращены в легковоспламеняющийся уголь. Для этого требуется нагрев до высокой температуры. При этом образуются горючие смеси с воздухом, которые воспламеняются. Так происходит воспламенение древесины и природного угля. Первой стадией является разложение топлива с образованием летучих горючих веществ, или испарение летучих органических веществ топлива. Потом происходит воспламенение горючей газовой смеси с воздухом. На следующем этапе от пламени воспламеняется само твердое топливо.

Горение жидкого топлива всегда сопровождается испарением топлива и горением его паров. В жидком виде топливо, как правило, не окисляется кислородом. В результате сгорает только та его часть, которая успела испариться. Поэтому в двигателях внутреннего сгорания важнейшую роль играет процесс впрыска и испарения капелек топлива. Чем более эффективны эти процессы, тем выше к. п.д. и мощность двигателя, и ниже расход топлива.

Фронт пламени

Как сказано выше, характерной особенностью горения гомогенных смесей является самопроизвольное пространственное распространение пламени. В процессе распространения горения газовая смесь делится на две части: сгоревший газ и несгоревшая смесь, а их граница называется фронтом пламени. Она представляет собой тонкий газовый слой, в котором происходит процесс горения. На рис. 2 представлена модель горения газовой смеси в трубе. Подожжена смесь справа. Пламя двигается справа налево.

Рис. 1. Движение фронта пламени в газовой трубе

Распространение пламени встречается двух видов: детонационная волна и волна горения.

Детонационная волна – один из видов ударной волны, распространение которой сопровождается тепловыделением благодаря реакциям во фронте. Это волна поджигает следующую порцию газа. Главный признак детонационной волны - огромная разница давлений перед фронтом и позади его. Скорость детонационной волны выше скорости звука (в твердых взрывчатых смесях она может достигать 7-10 км/с) и процесс протекает как взрыв. Большое давление перед фронтом сильно сжимает газовую смесь и образует высоконагретые продукты, которые самовоспламеняются.

Волна горения распространяется посредством диффузии активных частиц в соседние зоны и теплопередачи к соседним слоям газа. Скорость перемещения фронта пламени значительно ниже скорости звука и при этом отсутствует большая разница давлений.

Получить полный текст

1.4. Кинетическая и диффузионная области горения

Для создания теоретических основ конкретного процесса горения важно понять, какой процесс – физический или химический – является лимитирующим , самым медленным, определяющим скорость всего процеcса в целом. Для ускорения всего процесса горения нужно ускорять прежде всего лимитирующий процесс.

Область горения, в которой время сгорания зависит только от скорости химической реакции между кислородом и горючим, называется кинетической . В кинетической области осуществляется, например, тление древесного угля или древесины. Так как тление происходит при низкой температуре, скорость реакции настолько мала, что скорость диффузии кислорода к поверхности обычно опережает скорость взаимодействия кислорода. В данном примере лимитирующей стадией является химическая реакция, так как она самая медленная.

Область горения, в которой скорость процесса зависит только от времени, необходимого для возникновения физического контакта кислорода и горючего, или от скорости другого физического процесса, называется диффузионной .

Горение жидкого топлива происходит обычно в диффузионной области. При горении жидкого топлива лимитирует скорость испарения (а горит, как сказано выше, только испарившиеся вещество). Если требуется ускорить весь процесс горения, то нужно создать условия для лучшего испарения.

Для гомогенных процессов лимитирующая стадия зависит от общего давления смеси. При высоком давлении частота столкновений реагирующих частиц очень большая, поэтому лимитировать может скорость химической реакции. В этом случае горение происходит в кинетической области.

В газовых смесях процесс может протекать также в диффузионной области, если общее давление низкое, так как самой медленной стадией будет взаимная диффузия и столкновение реагирующих частиц. Между этими крайними случаями есть область промежуточных давлений, при которых важны оба процесса – и химический, и физический.

В диффузионной области происходит также горение газа, выходящего из трубы. В этих случаях смесь паров и газов с воздухом образуется во время горения в результате диффузии кислорода к молекулам горючего.

При интенсивном высокотемпературном горении твердого топлива обычно лимитирует диффузия кислорода к поверхности топлива и отвод продуктов от поверхности. В таком процессе горения антрацита, кокса или древесного угля, когда температура на поверхности большая, скорость реакции очень большая. В этом случае скорость подхода кислорода к поверхности отстает от скорости химической реакции.

ГЛАВА 2

ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ГАЗОВ ЖИДКОСТЕЙ И ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ

2.1. Особенности горения газов

Особенностью горения гомогенных систем является наличие критических условий, т. е. определенных, характерных для данной конкретной горючей смеси, параметров, вне пределов которых реакция протекает стационарно, без самоускорения, а в их пределах она самоускоряется. К таким параметрам относится состав смеси (концентрация горючего вещества и окислителя), давление, начальная температура, наличие примесей, геометрия сосуда и материал его стенок и некоторые другие. Переход от медленного состояния к быстрому носит резкий характер. Достаточно изменить лишь ненамного размер сосуда, температуру, или концентрацию горючего, как течение реакции радикально меняется. В одних случаях при постоянном действии источника воспламенения (например, пламени) воспламенения не происходит. Взаимодействия горючего и окислителя идет, но только в зоне пламени, и оно не самораспространяется. Постепенно вся смесь прореагирует. Время полного израсходования горючего зависит от источника зажигания – его мощности, температуры, площади действия. Если же параметры смеси находятся в области воспламенения, то достаточно кратковременного воздействия источника зажигания, чтобы произошел взрыв или быстрое сгорание смеси.

Рассмотрим влияние концентрации на способность смеси к самовоспламенению. Известно, что для воспламенения газовой смеси концентрация горючего должна находиться в определенных пределах – между нижним и верхним пределами воспламенения. Эти пределы зависят от горючего, окислителя, устройства, в котором изучается процесс (геометрии сосуда, материала его стенок), от наличия посторонних примесей в газовой смеси. В табл. 1 приведены значения пределов воспламенения некоторых веществ.

Т а б л и ц а 1.

Пределы воспламенения некоторых газовых смесей

Вещество в газообразном состоянии	Пределы воспламенения, % объемные
Аммиак NH3
Ацетилен С2Н2
Ацетон (СН3)2СО
Метан СН4
Пропан С3Н8
Этанол С2Н5ОН
Диэтиловый эфир (С2Н5)2О
Бензол С6Н6

При замене воздуха на кислород оба предела возрастают, причем нижний немного, а верхний более сильно. Например, для водорода в смеси с кислородом нижний предел равен 4,7%, а верхний 93,9%. Для метана нижний предел равен 5,4%, а верхний 59,2%.

Объяснение наличия пределов воспламенения лежит в области химической кинетики. Как известно, скорость химических реакций пропорционально произведению концентрации реагирующих веществ. В данном случае это горючее и окислитель. Нижний предел характеризуется низкой концентрацией горючего, поэтому скорость мала и процесс затухает, происходит без самоускорения.

Получить полный текст

Верхний предел связан с малой концентрацией окислителя, с его нехваткой для развития процесса горения. Наиболее оптимальной для процесса горения является стехиометрическое соотношение горючего и окислителя, то есть соответствующее коэффициентам в уравнении реакции между ними.

Сильное отличие верхнего предела смесей с кислородом и воздухом связано с тем, что в воздухе всего 21% кислорода. При замене воздуха на кислород концентрация кислорода в горючей смеси возрастает почти в пять раз, поэтому его нехватка наступает при гораздо более высоких концентрациях горючего.

Из-за наличия нижнего предела воспламенения практически редко происходит полное сгорание топлива. Особенно это проявляется в устройствах, где существует короткое время пребывания топлива в факелах (например, в двигателях внутреннего сгорания). В них всегда происходит выброс в атмосферу непрореагировавшего топлива (газ, бензин, дизельное топливо и т. д.). На крупных ТЭЦ горение происходит в длинных факелах, и доля несгоревшего топлива существенно ниже.

2.2. Особенности горения жидкостей

Горение жидкостей имеет свои специфические особенности. Этот процесс очень важен, так как осуществляется везде, где используется жидкое или твердое топливо.

Существует два способа горения гетерогенных систем – вспышка и воспламенение . Протекание процесса зависит от соотношении скорости испарения топлива (W исп) и скорости его горения (W гор).

Если соблюдается условие W исп < W гор, то процесс протекает как вспышка. Вспышка – процесс неустойчивого, быстро прекращающегося горения.

При наличии постоянно действующего источника воспламенения (например, накаленного тела) периодически происходит воспламенение испарившейся части топлива и прекращение процесса. Вспышка возобновляется тогда, когда концентрация топлива в газовой фазе снова достигнет нижнего предела воспламенения. Лимитирующей стадией этого процесса является испарения жидкости. Процесс проходит в диффузионной области. Обычно вспышкой сопровождается горение жидкостей при низких температурах, при которых скорость испарения мала.

При увеличении температуры частота вспышек возрастает, и при достижении некоторой температуры (температуры воспламенения ) процесс горения становится постоянным. Такой процесс горения жидких гетерогенных систем называется воспламенением. Для воспламенения необходимо соблюдение условий W исп ≥ W гор.

Для горения жидкостей также существуют пределы воспламенения, но они выражаются температурой.

Температурные пределы воспламенения жидкостей

Температура жидкости, при которой над поверхностью создается концентрация насыщенного пара, равная нижнему пределу воспламенения, называется нижним температурным пределом воспламенения (НТПВ).

Температура жидкости, при которой над поверхностью создается концентрация насыщенного пара, равная верхнему пределу воспламенения, называется верхним температурным пределом воспламенения (ВТПВ).

Температурные пределы определяются в условиях, при которых достигается равновесие жидкость-пар, поэтому являются термодинамическими параметрами.

Температурные пределы воспламенения используют для оценки пожарной опасности жидкостей и технологических процессов, связанных с их применением, при расчете безопасных режимов работы технологических аппаратов и пожароопасности складских емкостей с жидкостями и летучими твердыми веществами.

Температура вспышки – самая низкая температура, при которой над поверхностью жидкости образуются пары, способные вспыхивать на воздухе от источника зажигания, но скорость образования пара недостаточна для постоянного устойчивого горения. В отличие от НТПВ температура вспышки является кинетическим параметром, так как характеризует скорость испарения.

Жидкости, способные гореть, делятся на легко воспламеняющиеся (ЛВЖ) и горючие (ГЖ). ЛВЖ – это жидкости, имеющие температуру вспышки не выше 61°С в закрытом тигле или 66°С в открытом тигле.

ГЖ – это жидкости, имеющие температуру вспышки выше этих значений.

1 разряд. Особо опасные ЛВЖ. К ним относятся жидкости с температурой вспышки от 18°С и ниже в закрытом тигле и от 13°С и ниже в открытом тигле;

2 разряд. Постоянно опасные ЛВЖ. К ним относятся жидкости с температурой вспышки от 18°С до 23°С в закрытом тигле или от 13°С до 27°С и ниже в открытом тигле;

3 разряд. ЛВЖ, опасные при повышенной температуре воздуха. К ним относятся жидкости с температурой вспышки от 23°С до 61°С в закрытом тигле или от 27°С до 66°С в открытом тигле.

В зависимости от температуры вспышки устанавливают безопасные способы хранения, транспортирования и применения жидкостей для различных целей.

Для соединений одного гомологического ряда температура вспышки закономерно возрастает с увеличением молярной массы (табл. 2).

Т а б л и ц а 2

Температура вспышки спиртов в зависимости от молярной массы химического соединения

	Молярная масса, г/моль	Температура, °С
Метиловый СН3ОН
Этиловый С2Н5ОН
н-Пропиловый С3Н7ОН
н-Бутиловый С4Н9ОН
н-Амиловый С5Н11ОН

Температура воспламенения жидкостей для ЛВЖ отличается от температуры вспышки на 1-3°С, для ГЖ – на 30-35°С.

Горение - сложный химический процесс, основой которого является окислительная реакция, протекающая в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с накоплением в системе тепла.

Отличительные признаки горения - выделение тепла, саморазогрев и свечение веществ при их химическом превращении.

Физическое состояние веществ и физические процессы оказывают большое влияние на скорость и последовательность протекания реакции при окислении веществ, а также на состав продуктов сгорания.

Например: при недостаточном подводе кислорода в зону горения процесс будет протекать медленно, а состав продуктов горения будет отличаться большим содержанием продуктов неполного сгорания, т.е. таких продуктов, которые способны к дальнейшему горению.

При неполном сгорании углеродосодержащих веществ в воздухе образуются двуокись углерода и окись углерода, кроме того в продуктах горения содержатся несгоревшие мелкие частицы углерода, образующие дым.

Газообразный окислитель поступает в зону горения в результате конвекции и диффузии. Исключение составляют случаи, когда окислитель содержится в горючей смеси в количестве, необходимом для реализации процесса горения.

При воздействии внешнего импульса или источника зажигания вещества, содержащие окислитель, практически мгновенно разлагаются и окислитель вступает в реакцию с горючим веществом, которая с большой скоростью распространяется по всему его объему. Реакция сопровождается с выделением большого количества тепла. Горение приобретает форму взрыва.

Окислителем могут служить другие вещества. Например: сера, галогены, сложные кислородосодержащие вещества - перекиси, нитросоединения, азотная кислота, перхлораты.

Однако наиболее часто горение протекает с участием кислорода воздуха (21% О 2 в воздухе) О 2 входит в состав воды и многих минералов. Например, горение твердых веществ в виде аэрозоля может при горении взрываться, а в виде аэрогеля (сплошного массива) может гореть спокойно или тлеть.

Горение различают: тепловое и автокаталитическое.

Тепловое связано с экзотермической реакцией, когда скорость выделения тепла превышает скорость теплопотерь и создаются условия для прогрессивного самоускорения реакции саморазогрева системы и пространственного распространения горения.

Автокаталитический (или цепное) горение происходит при сравнительно низких температурах, например: белый фосфор (горит на воздухе при < 50 С), выделяемая энергия при таком горении расходуется на образование новых реакционно способных промежуточных частиц в еще большем количестве, что способствует ускорению и пространственному распространению реакции.

Наиболее распространено тепловое горение.

Таким образом, чтобы горение возникло, необходима система: горючее вещество, окислитель, источник зажигания или импульс ускоряющий реакцию окисления.

Горючее вещество может быть в газообразном, жидком, твердом состоянии.

Горение газов и паров в воздухе протекает полностью в газовой фазе и носит объемный характер. Горение сопровождается пламенем или взрывом.

Пламя это светящееся пространство, в котором сгорают газы и пары.

Горение в виде взрыва - это горение за короткий промежуток времени.

Горение жидкости - это пламенное горение ее паров и продуктов разложения.

Горение твердых веществ отличается большим разнообразием происходящих процессов. - Это связано с разнообразием химических и физических свойств и состояний (дисперсностью, пористостью, влажностью, однородностью) и состоянием окружающей среды.

Взрыв пыли (торфа, древесины, муки, сахара).

Горение может возникнуть в двух различных формах:

1. Возгорание (воспламенение)

2. Самовозгорание (самовоспламенение)

Возгорание веществ возможно при воздействии теплового импульса от источника зажигания. Величина его должна быть достаточной, чтобы разогреть вещество до температуры, при которой происходит дальнейший саморазогрев и возникает устойчивое горение после удаления источника зажигания.

Температура при возгорании многих органических твердых веществ является температурой воспламенения паро и газообразных продуктов их термического разложения (например у древесины).

Самовозгорание (самовоспламенение) - процесс возникновения горения при отсутствии источника зажигания. Оно наблюдается при резком увеличении скорости экзотермической реакции в объеме вещества, когда скорость выделения тепла больше скорости рассеивания.

Виды самовозгорания:

1). Тепловое (масла, жиры). Масла машин, трансформаторов. Окисление происходит при температуре на воздухе и самовозгореться не способны.

Отработанные минеральные масла подвергавшие нагреву до температур склонных к самовозгоранию (т.к. предельные углеводороды переходят в непредельные).

Склонны к самовозгоранию растительные масла.

2). Микробиологическое:

самовозгорание торфа из-за жизнедеятельности микроорганизмов.

Сено, клевер, листва - сульфиды железа.

3). Химическое: щелочные металлы натрий, калий, при определенных условиях хлор, фтор, бром, йод.

Источники зажигания.

Источники зажигания могут быть для различных веществ разные:

открытый огонь;

тепловое проявление (химическое, микробиологическое происхождение, силы трения);

механические (искры от ударов искрообразующих металлов);

электрические (большие переходные сопротивления, короткое замыкание, электросварка);

природные (молния, грозовые разряды);

носить химическую природу (химические свойства веществ).

Производственные источники зажигания характеризуются воспламеняющей способностью.

В условиях производства существует значительное количество различных источников зажигания, как постоянно действующие (они предусмотрены технологическим регламентом) и потенциально возможные при нарушении технологического процесса.

Условиями необходимыми для предотвращения пожара являются:

1. Исключение окислителя в горючем веществе.

2. Исключение источника зажигания.

3. Исключение горючего вещества.

Вам могут быть интересны следующие материалы

Счетчики газа

Система отопления

Водоснабжение

Система вентиляции

Радиаторы

Водопровод

© 2024 Про уют в доме. Счетчики газа. Система отопления. Водоснабжение. Система вентиляции