Тепловое воспламенение. Влияние температуры и давления на условия самовоспламенения.

Тепловая теория воспламенения — теория протекания экзотермической реакции в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением выделяющегося в ходе реакции тепла. Экзотермическая реакция в зависимости от условий осуществляется двояким образом. Она может протекать с малой скоростью и с небольшим разогревом (до нескольких десятков градусов). В этом режиме наблюдается тепловое равновесие между реагирующей системой и окружающей средой. Такой режим называется стационарным, так как теплоприток от реакции компенсируется теплоотводом в окружающую среду. Однако при изменении условий возможен переход к другому режиму — нестационарному, когда теплоприток от реакции превышает теплоотвод в окружающую среду. Скорость реакции в этом случае возрастает по экспоненциальному закону, температура системы также возрастает, и при определенных условиях происходит тепловое воспламенение (тепловой взрыв). Резкий переход от одного режима к другому может происходить при малом изменении внешних условий. Условия, при которых происходит переход к режиму воспламенения при незначительном изменении внешних воздействий, называются критическими.

При исследовании процессов теплового воспламенения различают реакции нулевого, первого и второго порядка. Для реакций нулевого порядка считают, что их скорость не зависит от степени превращения вещества (от числа прореагировавших молекул), а зависит только от температуры. Математическая постановка задачи в этом случае включает уравнение теплопроводности с нелинейным источником теплоты. В случае реакций первого и второго порядка, когда учитывается изменение скорости реакции от степени превращения вещества, к уравнению теплопроводности добавляется еще уравнение химической кинетики. Математическая постановка задачи в этом случае значительно усложняется, так как интегрированию подлежит система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных.

Знание процессов теплового воспламенения твёрдых топлив, порохов и взрывчатых веществ имеет важное значение для безопасного изготовления, хранения и применения изделий, содержащих указанные вещества. В процессе снаряжения изделий могут возникать неоднородности сплошной структуры, приводящие в некоторых случаях к преждевременному тепловому воспламенению (тепловому взрыву).

Характерные признаки самовоспламенения:

1. t_i>>t_х.р.
   ( t_x.p. - время химической реакции; это время, соответствующее увеличению скорости химической реакции ве раз, или время от начала заметного хода химической реакции до момента, когда скорость химической реакции достигает максимального значения.)
2. время t_i составляет порядка 85% от общего времени процесса воспламенения, при этом (t_i) = 0,05 _мах.
3. t_i ~Е.

При измерении температуры T_B обязательно дается t_i.
T_S наиболее близка к T_B при t_i стремящейся к бесконечности .
Практически t_i ~ 10 с.

Температура самовоспламенения зависит от многих факторов:

• от химического состава;
• от его физических свойств (теплоемкость, теплопроводность);
• от времени индукции t_i;
• от давления в сосудеР;
• от материала стенок сосуда;
• от начальной температуры стенокT_S;
• от метода определения температуры самовоспламенения.

Существует целый ряд экспериментальных методов определения температуры самовоспламенения газовых смесей. Основными из них являются:

• метод впуска заранее заготовленной холодной смеси в эвакуированный нагретый сосуд;
• метод нагревания компонентов смеси раздельно и затем смешивание в потоке нагретого сосуда (метод концентрических трубок).
• метод адиабатического сжатия заранее заготовленной смеси.

Особенности самовоспламенения:

1. Наличие периода индукции.
2. Наличие критических условий - границы самовоспламенения.

Критические температура и давление связаны следующим образом:

В предположении T_S -температура стенки ~ T_B

Поиск по сайту: