Физико-химические основы горения состоят в следующем.
Процесс горения – это сложный процесс, поэтому однозначного определения горения нет, и разные авторы предлагают собственные определения. Горение – это сложный физико-химический процесс взаимодействия горючего вещества и окислителя. Он характеризуется ускоряющимся превращением материи и сопровождается выделением большого количества тепла и света.
В определенных условиях может возникать холодное пламя, где химическая реакция протекает с умеренной скоростью и сопровождается свечением без заметного разогрева.
Для горения характерны три признака: химическое преобразование, выделение тепла, излучение света.
Доминирующим процессом при горении является химическая реакция окисления. Именно она влечет появление различных физических процессов: переноса тепла, переноса реагирующих веществ, излучения и др. Эти физические процессы развиваются по своим законам. Химические процессы окисления разнятся по скорости их протекания, но реальная скорость окисления при горении ниже, т.к. лимитируется скоростями физических процессов. Реакции окисления в общем виде можно представить уравнением:
(1.1)
где: гор – горючее вещество, ок – окислитель, ПГ – продукты горения.a, b, ni– соответствующие стехиометрические коэффициенты.
При решении пожарно-технических задач при описании процессовгорения обычно принимают a = 1, тогда b может быть дробной величиной. В таком случае химические процессы при горении можно представить как
|
|
|
(1.2)
Это уравнение является лишь суммарным отражением, происходящих превращений. На самом деле химические реакции при горении являются многостадийными.
Для возникновения горения необходимо наличие:
· горючего вещества;
· окислителя;
· источника зажигания (энергетический импульс).
Эту триаду называют «пожарным» треугольником.
Если исключить из неё одну составляющую, то горения не получится. Это свойство триады используется на практике для предотвращения и тушения пожаров.
Классификация горючих веществ и материалов
Основные классификационные признаки: химическая природа, происхождение, агрегатное состояние, дисперсность.
По химической природе горючие вещества и материалы подразделяются на два основных класса: органические и неорганические.
Такое подразделение условно: многие органические вещества содержат как в химически связанном, так и в виде примесей неорганические компоненты, нелетучая часть которых остается в виде золы, шлаков и.т.п.
Органические горючие вещества – это все вещества на основе углерода, представляющие собой материалы растительного и животного происхождения, или же ископаемые вещества, т.е. добываемые из недр земли. Все они применяются как в натуральном виде, так и после соответствующей обработки.
|
|
|
Неорганические горючие веществапредставляют собойвсе простые и сложные вещества неорганической природы, способные к реакциям горения.
По современной химической классификации это металлы и неметаллы, а также их различные производные.
К горючим металлам и их производным относятся все щелочные и щелочноземельные металлы, а также металлы других групп периодической системы Д.И. Менделеева и их производные – карбиды, сульфиды и т.п.
К горючим неметаллам и их производным относятся бор, кремний, фосфор, мышьяк, сера, селен, теллур, их карбиды, гидриды, сульфиды и т.д.
По агрегатному состоянию горючие вещества и материалы подразделяются на газообразные, жидкие и твердые.
Горючие вещества характеризует коэффициент горючести К.
Этот безразмерный показатель может быть использован для приближенного вычисления температуры вспышки вещества и величины нижнего концентрационного коэффициента распространения пламени.Коэффициент горючести рассчитывается по следующей формуле:
|
|
|
К = 4n(C) + 4n(S) + n(H) + n(N) – 2n(O) – 2n(Cl) – 3n(F) – 5n(Br)… (1.3)
где: n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества. Если коэффициент горючести Кбольше единицы (К >1), то вещество является горючим; при значении Кменьше единицы (К < 1) – вещество негорючее.
Окислители
Основными химическими процессами при горении являются межмолеулярные окислительно-восстановительные реакции между горючими веществами и окислителями, например:
С + О2 = СО2; Н2 + Cl2 = 2НСl.
Во втором уравнении окислителем является хлор. Но чаще всего в процессах горения и на реальных пожарах окислителем бывает кислород воздуха.
Окислители – это вещества, атомы которых в химических превращениях принимают электроны.
Среди простых веществ к ним относятся все галогены и кислород.Наиболее распространенным в природе окислителем является кислород воздуха. Именно ему человечество обязано широким распространением пожаров на Земле. Воздух содержит 21 % по объему кислорода и 79 % азота. На один объем (моль) кислорода в воздухе приходится 79/21 = 3,76 объема (моля) азота, который не вступает в реакции горения. Однако его приходится учитывать при составлении уравнения материального и теплового баланса процессов горения, поскольку часть теплоты расходуется на его нагревание. Горение в воздухе– это основной процесс на пожаре, однако во многих технологических процессах используется воздух, обогащенный кислородом, и даже чистый кислород (например, металлургические производства, газовая сварка, резка и т.д.).
|
|
|
С атмосферой, обогащенной кислородом, можно встретиться в подводных и космических аппаратах, доменных процессах и т.д. Такие горючие системы имеют повышенную пожарную опасность. Это необходимо учитывать при разработке систем пожаротушения, пожарно-профилак-тических мероприятий и при пожарно-технической экспертизе пожаров.
Помимо кислорода воздуха и галогенов окислителями в реакциях горения могут выступать и сложные вещества, например, соли кислородсодержащих кислот – нитраты, хлораты и т.п., применяемые в производстве порохов, боевых и промышленных взрывчатых веществ и различных пиротехнических составов.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 713; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!