Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Тема 3. САМОВОСПЛАМЕНЕНИЕ ГОРЮЧИХ ВЕЩЕСТВ



И МАТЕРИАЛОВ

 

Приступая к изучению этой темы, необходимо вспомнить, что в основе воспламенения и горения лежит окислительно-восстановительная реакция, протекающая между горючим и окислителем, если горючее находится в другой окислительной среде, например, хлоре, озоне и т.д. Эта реакция носит радикальный цепной характер. Энергия активации радикальных реакций составляет 0-63 кДж/моль, что ниже, чем у молекулярных реакций, поэтому в процессах воспламенения и горения реакции протекают именно по радикальному механизму. Его правомерность доказывается и экспериментальными исследованиями, например, методом парамагнитного резонанса обнаружено наличие радикалов при воспламенении горючих систем и материалов. Такие реакции могут протекать с разветвлением цепей, тогда говорят о разветвленных цепных реакциях. Особенностью таких реакций является отсутствие повышения температуры реагирующей системы в течение определенного времени, хотя реакция окисления носит экзотермический характер. Этот факт объясняется расходованием тепла на образование новых цепей. Такие реакции не подчиняются законам классической кинетики, в частности уравнению Аррениуса. В соответствии с вышеизложенным, процесс самовоспламенения некоторых горючих материалов находит объяснение с помощью цепной теории самовоспламенения. В отличие от него в большинстве горючих систем на стадии воспламенения наблюдается постепенное повышение среды, что вызвано экзотермичностью процесса, который носит на молекулярном уровне неразветвленный цепной характер. Скорость этого процесса оказывается подчиненной закону Аррениуса, увеличивается с температурой. Воспламенение по такому механизму называется тепловым самовоспламенением и хорошо объясняется тепловой теорией. Основы обеих теорий и их количественные закономерности были разработаны советской школой ученых, а академику Н.Н. Семенову за разработку цепной теории была присуждена Нобелевская премия в 1956 г.

Важность представлений о механизме процесса самовоспламенения объясняется необходимостью проведения профилактических мер по предотвращению возгорания, самовозгорания, самовоспламенения горючих веществ и материалов и выработкой ГОСТ и ОСТ на хранение, эксплуатацию и транспортировку горючих веществ и материалов, что, безусловно, способствует снижению материального и экономического ущерба, наносимого пожарами.

Практический интерес представляет вывод этой теории о существовании предельных условий самовоспламенения, определяемых равенством скоростей тепловыделения и теплоотвода и равенством изменения этих скоростей при некоторой определенной температуре, называемой температурой самовоспламенения. Превышение скорости тепловыделения за счет реакции окисления в горючей системе при некоторой температуре над скоростью теплоотвода приводит к воспламенению и горению. Температура самовоспламенения принята в качестве показателя пожарной опасности веществ и материалов. Поскольку она не является физической константой, а зависит от ряда факторов, например давления, поверхности теплоотвода, начальной температуры, концентрации горючего, ее стандартизируют и за показатель пожарной опасности принимают самую низкую температуру самовоспламенения горючей смеси, т.е. смеси стехиометрического состава. Все остальные условия определения Tсв оговорены в специальных методиках. Поэтому необходимо познакомиться с экспериментальными методами определения Tсв.

К параметрам процесса самовоспламенения относится период индукции, характеризующий время от начала реакции окисления до воспламенения. Этот период зависит от начальной температуры, давления, химической природы горючего материала и т.д.

Стандартную температуру самовоспламенения как показатель пожарной опасности определяют и расчетными методами. Зная закон изменения температуры самовоспламенения от средней длины углеродной цепи, ее можно определить расчетным путем, вводя соответствующие коэффициенты. Этот способ расчета Tсв применим для гомологического ряда предельных углеводородов, спиртов, ароматических углеводородов. При этом получается хорошая сходимость расчетных данных с экспериментальными. Необходимо уметь оценивать погрешность метода при сравнении расчетных и экспериментальных данных.

При изучении самовоспламенения рассматривается частный случай самовоспламенения – самовозгорание веществ и материалов. Обратите внимание, что между самовоспламенением и самовозгоранием нет принципиальной разницы, критические условия воспламенения одни и те же.

Условно, если температура начала процесса лежит в пределах 290-320 К, то говорят о самовозгорании, а если она выше, то процесс возникновения пламени называют самовоспламенением. Причиной самовозгорания могут быть микробиологические процессы, адсорбция паров и газов, сопровождающиеся повышением температуры и, как следствие, - началом реакции окисления, большая реакционная способность некоторых веществ, например, щелочных металлов и т.д. Обратите внимание, что самовозгоранию способствует развитая поверхность материалов, термическая неустойчивость и ряд других факторов, т.е. для самовозгорания и самовоспламенения наблюдаются одни и те же зависимости.

Поскольку процесс самовоспламенения как ранняя стадия реакции горения определяется физическими и химическими факторами, целесообразно рассмотреть отдельно влияние химического строения горючих веществ на температуру самовоспламенения в гомологических рядах, роль дефектности кристаллической решетки межмолекулярных связей и т.д. Наибольшее значение понимание этих вопросов приобретает при исследовании пожарной опасности аэрозолей и аэрогелей, определении Tсв, КПВ и т.д.

Пожары, вызванные самовоспламенением пыли, чаще всего происходят в сушильном производстве, при складировании и транспортировке пылевидных материалов. В соответствии с тепловой теорией самовоспламенения Tсв аэрозоля зависит от формы и размеров частиц, природы пыли и т.д. Самовоспламенение (самовозгорание) бывают трех видов: тепловое, химическое, микробиологическое. Но во всех случаях причиной возгорания остается экзотермический процесс, приводящий к нарушению теплового равновесия.

 

Вопросы для самоподготовки

 

1. Что называют температурой самовоспламенения?

2. Каковы условия, необходимые и достаточные для того, чтобы произошло самовоспламенение горючей смеси?

3. В чем суть механизма теплового самовоспламенения?

4. Какие реакции называют цепными, в чем суть цепной теории самовоспламенения?

5. Перечислите факторы, влияющие на температуру самовоспламенения.

6. Как меняются условия тепловыделения и теплоотвода при увеличении объема реакционного сосуда и изменение его формы?

7. Дайте определение периода индукции, от каких факторов он зависит?

8. Какие методы определения Tсв существуют?

9. Какие горючие вещества самовозгораются при контакте с жидкими, твердыми и газообразными окислителями?

10. Существует ли принципиальное отличие в механизме самовоспламенения и самовозгорания? В чем различие этих процессов?

11. Как зависит температура самовоспламенения от концентрации горючего? Почему она наименьшая при стехиометрическом составе смеси?

12. Какое значение для специалиста пожарной охраны имеет температура самовоспламенения, где ею пользуются?

 

РЕШЕНИЕ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.