Температура самозаймання газів і рідин

Температура самозаймання сильно залежить від тиску. Це пов'язано з тим, що Т є функція швидкості реакції окислення, яка залежить від тиску. Особливо сильно вплив тиску на Т проявляється для газоподібних і рідких речовин. Чим вище тиск горючої суміші, тим нижче Т і навпаки. Для підтвердження цього наведемо таблицю залежності Т від тиску р для деяких вуглеводнів.

Таблиця 2.2

Залежність температури самозаймання (Т *, 0С) від тиску
для деяких вуглеводнів

Самозаймання газо- і пароповітряних сумішей в компресорах і апаратах з підвищеним тиском завжди відбувається при більш низьких температурах, ніж при атмосферному тиску. У табл.2.3 приведена залежність температури Т метано-повітряної суміші від тиску.

Таблиця 2.3

Залежність температури самозаймання
метано-повітряної суміші від тиску

Газо- або пароповітрянна суміш може мати різний склад, в залежності від якого змінюється і його температура самозаймання. Це пов'язано з тим, що швидкість хімічної реакції при постійній температурі залежить від концентрації реагуючих речовин.

Найбільш бідна горюча суміш (з нестачею пального) повинна мати більш високу температуру самозаймання, так як швидкість реакції в такій суміші мала і, отже, мале тепловиділення. Концентрація окислювача (кисню) в такій суміші значно більше необхідної для повного згоряння пального. Тому велика кількість теплоти витрачається на нагрів газів, які не беруть участь у реакції. Це веде до того, що перевищення тепловиділення над тепловіддачею може наступити в такій суміші тільки при більш високій температурі.

При збільшенні пального в суміші, швидкість реакції збільшується і температура самозаймання знижується. Така залежність температури самозаймання від концентрації горючої речовини дотримується тільки до певного складу суміші, близької до стехіометричної. При подальшому збільшенні пального в суміші, температура самозаймання буде підвищуватися, тому що збільшення концентрації пального тепер веде до зменшення частки окислювача і, отже, до зменшення швидкості реакції (табл. 2.4).

Таблиця 2.4

Залежність температури самозаймання
метано-повітряної суміші від концентрації метану

Якщо в якості окислювача використовувати не повітря, а кисень, то величина температури самозаймання різко знижується. У табл. 2.5 приведені температури самозаймання для сумішей деяких вуглеводнів з повітрям і з киснем. З наведених даних випливає, що в середовищі кисню температура самозаймання майже в два рази нижче ніж в середовищі повітря.

Таблиця 2.5

Значення температури самозаймання (Т , 0С) для сумішей нафтопродуктів з повітрям і киснем

Великий вплив на температуру самозаймання Т надають каталізатори. Каталізаторами можуть бути як стінки судини, так і спеціальні присадки, що вводяться безпосередньо в пальне. Каталізатори можуть як зменшувати, так і збільшувати температуру самозаймання. Зокрема, сильним каталізатором, що прискорює швидкість реакції, є платина. Введення платинового каталізатора значно знижує температуру самозаймання Т вуглеводнів.

Для виключення явища детонації в двигунах внутрішнього згоряння в моторне паливо (бензин) вводяться каталізатори - антидетонатори, що підвищують температуру самозаймання бензино-повітряної суміші. До таких каталізаторів відносяться, зокрема: тетраетилсвинець Pb(C₂H₅)₄ – 0.5 г/л ; пентакарбоніл заліза Fe(CO)₅ – 3 г/л; тетраетилолово Sn(C₂H₅)₄ – 2г/л. Ці каталізатори підвищують температуру самозаймання на (80-170) 0С. Позитивний ефект, який отримуємо при введенні тетраетилсвинцю та інших каталізаторів, супроводжується підвищенням токсичності продуктів згоряння. Величина Т залежить також і від обсягу горючої суміші. Чим менше об'єм посудини, тим вище Т (табл. 2.6)

Таблиця 2.6

Температура самозаймання
метано-повітряної суміші (6% CH₄)

При зменшенні об’єму судини відбувається збільшення поверхні тепловіддачі, що припадає на одиницю об'єму суміші. Якщо взяти посудину у вигляді куба з ребром 1см, то обсяг судини складе V = 1 см³ , А поверхня тепловіддачі S = 6 см^2.. Якщо збільшити ребро куба до 2 см, то його обсяг буде V = 8 см³, а поверхня тепловіддачі S = 24 см².

В першому випадку на 1 см³ суміші припадає 6 см² поверхні тепловіддачі, а в другому – тільки 3 см². Згідно теплової теорії самозаймання, збільшення поверхні тепловіддачі веде до підвищення Т за рахунок збільшення теплових втрат. При дуже малому обсязі посудини, горючі суміші взагалі не зможуть самозайматися, так як швидкість тепловіддачі набагато перевищить швидкість тепловиділення за рахунок реакції горіння.

Відзначимо, зокрема, що цей принцип покладено в основу вогнезупинювачів. При цьому полум'я розбивається спеціальними сітками на дрібні осередки, які приводять до великих тепловтрат (наприклад, протипожежна лампа Деві, яка використовується в шахтах і на рудниках в XIX столітті). Аналіз літературних даних показує, що Т для газів і рідин з класу вуглеводнів, спиртів і альдегідів лежить в межах від 400 до 700⁰С.

Поиск по сайту: