Самовоспламенение веществ и материалов. В чем суть тепловой теории самовоспламенения Н.Н. Семенова. Температура самовоспламенения.

В теории горении различают два характерных вида возникновения процессов горения: самовоспламенение и вынужденное (принудительное) зажигание (которое иногда называют просто воспламенением или зажиганием).

В основе процесса самовоспламенения горючих смесей лежит особенность кинетики химических реакций окисления, которая состоит в неравномерности изменения скорости протекания этих реакций в зависимости от изменения параметров, при которых они реализуются.

Тепловое самовоспламенение

Реакция окисления горючих веществ, при определенных условиях, может самопроизвольно ускоряться и переходить в реакцию горения. Такой процесс возникновения горения называется самовоспламенением. Самовоспламенение может быть тепловым и цепным. При тепловом самовоспламенении причиной ускорения реакции окисления и возникновения горения является превышение скорости выделения тепла над скоростью теплоотвода, а при цепном - превышение вероятности разветвления цепей над вероятностью их обрыва. В 1928 г. академик Н.Н. Семенов разработал детальную количественную теорию теплового самовоспламенения.

Сущность тепловой теории самовоспламенения заключается в следующем. При низкой температуре (например, при 20 °С) реакция окисления горючего вещества не протекает. Это объясняется отсутствием активных молекул в горючей смеси. Для того, чтобы появились активные молекулы и началась реакция окисления, смесь нужно нагреть. При этом в смеси начинается медленная реакция окисления, сопровождаемая выделением тепла, и смесь начинает нагреваться. Но вместе с выделением тепла происходит теплоотдача от реагирующей смеси в окружающую среду. Если смесь нагреть извне до более высокой температуры, то вместе с увеличением скорости реакции увеличивается количество тепла, выделяемого в единицу времени. При достижении определенной температуры тепловыделение начинает превышать теплоотдачу и реакция приобретает условия для интенсивного ускорения. В этот момент происходит самовоспламенение вещества.

Рассмотрим процесс развития экзотермической химической реакции горючего с окислителем в закрытом сосуде, смеси которого имеют начальную температуру Т_о.

а) Т_о ñ Т_н.о. ñ Т_о; Т_н.о. - температура начала окисления; молекулы приобретают энергию больше, чем энергия активации взаимодействия горючего с окислителем с выделением тепла.

б) Возрастет скорость окисления и скорость выделения тепла. Количество тепла, выделяемого в результате окисления, можно выразить уравнением следующего вида:

q₁(кью) = Q х Vх w

где Q - теплота реакции горения смеси, кДж/моль;

V - объем сосуда, м³;

w - скорость химической реакции, моль/(м³×с).

С повышением температуры скорость тепловыделения будет расти, и поэтому наступит момент, когда q₁ ñ q₂ и система перейдет в новое состояние

в) Т_см ñ Т_о ; q₁ ñ q_2.

Проанализируем состояние системы и ее поведение при различных соотношениях значений.

При незначительном увеличении температуры система переходит в состояние, в котором теплоотвод преобладает над тепловыделением (q₁ á q₂).

При незначительном уменьшении температуры система переходит в состояние, в котором q₁ ñ q₂ и поэтому она возвращается в исходное состояние.

Таким образом, система находится в состоянии устойчивого теплового равновесия, но теплового взрыва не произойдет. Окисление проходит все-таки очень медленно.

Если уменьшим температуру системы, то интенсивность теплоотвода q₂ окажется выше интенсивности тепловыделения q₁ и система самопроизвольно охладится.

Если же систему разогреть, то она самопроизвольно выйдет из состояния теплового равновесия, так как интенсивность тепловыделения q₁ станет выше интенсивности теплоотвода q₂, система быстро разогреется, скорость химических реакций резко возрастет и температура системы повысится до температуры горения Т_гор. Возникнет пламенное горение. Этот случай не будет носить характера теплового взрыва или самовоспламенения, так как процесс горения начался в результате подвода к системе большого количества тепла +Q и принудительного разогрева ее до высокой температуры.

Самовоспламенение - это процесс самоускорения химической реакции окисления, сопровождающийся прогрессивным самонагреванием смеси и приводящий к возникновению горения. Источником зажигания является тепло химической реакции.

Температура самовоспламенения

Температура самовоспламенения является показателем пожарной опасности веществ и материалов.

Температура самовоспламенения - самая низкая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Значение температуры самовоспламенения применяют при оценке параметров взрывоопасности веществ, при определении группы взрывоопасной смеси для выбора типа взрывозащищенного электрооборудования, при разработке мероприятий по обеспечению пожаровзрывобезопасности технологических процессов.

Сущность метода определения температуры самовоспламенения заключается во введении в нагретый сосуд определенной массы исследуемого вещества и визуальной оценки результатов испытания. Изменением температуры сосуда находят минимальную температуру, при которой происходит самовоспламенение вещества.

Для газов, жидкостей и твердых плавящихся веществ температуру самовоспламенения определяют в соответствующем приборе (ОТС), состоящем из конической стеклянной колбы типа Кн-250 ТС (если t_св превышает температуру размягчения стекла колбы, допускается применять колбы из кварца или из термостойкой нержавеющей стали).

Температура самовоспламенения не является константой.

Основными факторами, влияющими на t_св являются:

- концентрация горючего в смеси;

- давление;

- объем смеси;

- присутствие катализаторов.

Поиск по сайту: