Domaći i strani naučnici i inženjeri bili su uključeni u procese sagorijevanja. Osnivač modernog modela toplinskog sagorijevanja je V.A. Michelson. Autor teorije razgranatih lančanih reakcija, koja je osnova za odredbe o mehanizmu sagorijevanja - N.N. Semenov. Kinetiku (brzinu) hemijskih reakcija sagorijevanja istraživao je V.N. Kondratyev, N.M. Emanuel, Zeldovich, Frank-Kamenetsky, Predvoditelev, Belyaev, Andreev, Leipunsky.

Razmislite pojmovi, pojmovi i definicije u teoriji sagorijevanja i eksplozije, uslovi za nastanak i razvoj procesa sagorijevanja, osnove termičkih i lančanih mehanizama paljenja i sagorijevanja.

Sagorijevanje se shvaća kao brzi fizičko-kemijski redoks proces s oslobađanjem topline, sposoban za samoproširenje i često praćen luminiscencijom i stvaranjem plamena. Klasični primjeri sagorijevanja su reakcije oksidacije organskih tvari ili ugljika s atmosferskim kisikom: izgaranje ugljena, nafte, ogrjevnog drveta itd.

Proces sagorijevanja je složen i sastoji se od mnogih međusobno povezanih zasebnih procesa, fizičkih i hemijskih.

Fizika sagorijevanja svodi se na procese prijenosa topline i mase i prijenosa u reakcijskoj zoni.

Kemija sagorijevanja sastoji se u nastanku reakcija oko -in koje se sastoje od niza elementarnih radnji i povezane su s prijelazom elektrona iz nekih atoma u tvari u druge - iz redukcijskog sredstva u oksidaciono sredstvo.

Redox reakcije sagorevanja može biti intermolekularne i intramolekularne :

- intermolekularni reakcije se odvijaju s promjenom oksidacijskog stanja atoma u različitim molekulama;

– intramolekularno reakcije sagorijevanja događaju se s promjenom oksidacijskog stanja atoma u istoj molekuli (obično je to reakcija toplinskog razlaganja tvari).

Sagorijevanje - relativno brz proces, pa nisu svi reakcijski otoci povezani sa sagorijevanjem. Spore reakcije (oksidacija na niskim temperaturama, biokemijska) i prebrze (eksplozivna transformacija) nisu uključene u koncept sagorijevanja.

Sagorijevanje uzrokuju reakcije čije se trajanje obično mjeri u sekundama ili djelićima sekunde.

Sagorijevanje je praćeno oslobađanjem topline, pa egzotermne reakcije dovode do sagorijevanja. Sagorijevanje je samoodrživ proces zbog energije, stoga je sagorijevanje uzrokovano onim egzotermnim reakcijama, čija je ukupna toplina dovoljna za samoproširenje. U praksi se koriste reakcije sagorijevanja čija je toplina dovoljna za postizanje korisnog učinka. Reakcije koje nastaju pri trošenju topline izvana ne odnose se na sagorijevanje.

Koncept sagorijevanja uključuje širok spektar kemijskih reakcija između elemenata i njihovih spojeva te reakcije razgradnje spojeva.

Do sagorijevanja dolazi ne samo zbog stvaranja oksida, već i fluorida, klorida, nitrida; osim toga - boridi, karbidi, silicidi brojnih metala. Do oslobađanja topline i sagorijevanja može doći pri stvaranju sulfida i fosfida određenih elemenata.

Energija, oslobađaju se tokom sagorijevanja kao rezultat hemijskih reakcija, potrošeno na održavanje procesa sagorijevanja , i dio toga rasipa se u okolni prostor . Stacionarno (stabilno) sagorijevanje nastaje kada jednakost unosa topline i potrošnje topline za pripremu za sagorijevanje sljedećih dijelova tvari.

IN proces sagorevanja potrebno 2 faze :

- stvaranje molekularnog kontakta između reagensa i

- sama interakcija molekula s stvaranjem produkata reakcije. Stopa pretvaranja početnih proizvoda u konačne proizvode ovisi o tome o brzini miješanja reagensa i o brzini hemijske reakcije.

IN granični slučaj karakteristike sagorijevanja mogu se odrediti samo brzinom hemijske interakcije - kinetičke konstante i faktori ( kinetičko sagorevanje ), ili samo brzinu miješanja-difuzije ( difuzijsko sagorijevanje ).

Supstance koje učestvuju u sagorijevanju mogu biti u gasovitom, tečnom i čvrstom stanju, međusobno pomiješane ili ne.

Ako nema interfejsa između reaktanata u sistemu, tada se takav sistem naziva homogen , ako postoje sučelja - heterogeni.

Sagorijevanje je često popraćeno sjajem produkata sagorijevanja i stvaranjem plamena. Plamen je plinoviti medij, uključujući dispergirane kondenzirane proizvode, u kojem se odvijaju fizičko -kemijske transformacije reagensa.

Za plinske sisteme, cijeli proces sagorijevanja odvija se u plamenu. Tijekom sagorijevanja kondenziranih sistema, dio fizičko -kemijskih transformacija (zagrijavanje, taljenje, isparavanje, početno razlaganje i interakcija reagensa može se dogoditi izvan plamena. Sagorijevanje bez plamena je poznato kada se proces odvija samo u kondenziranom sistemu, praktično bez stvaranja plina i disperzija (sagorijevanje mješavine metala sa nemetalima).

Plamen karakterizira vidljivo zračenje, ali su poznati i prozirni plamenovi. Deo plamena sa najvišom temperaturom naziva se glavna reakciona zona, front plamena.

Nakon početka procesa sagorijevanja, širi se po cijeloj zapremini. Za razliku od eksplozije, proces sagorijevanja širi se brzinom koja ne prelazi brzinu zvuka.

Ako se reagensi nisu miješali prije početka sagorijevanja, tada se naziva sagorijevanje i plamen difuzija od miješanje goriva s oksidacionim sredstvom postiže se difuzijom. Jednostavan primjer je plamen svijeće, ovdje su oksidant (kisik) i gorivo organske tvari fitilja (lan, pamuk).

Ako su reagensi prethodno pomiješani (homogena smjesa), naziva se proces sagorijevanja homogeno sagorevanje . Heterogeno sagorijevanje se javlja na interfejsu. Jedan od reaktanata je u kondenzovanoj fazi, drugi (kiseonik) drugi je u gasnoj fazi. Primjeri heterogenog sagorijevanja su sagorijevanje uglja, nehlapnih metala.

U tehnologiji, tokom sagorijevanja, uvjet potpunog prethodnog miješanja reagensa nije uvijek ispunjen i mogući su prijelazni načini sagorijevanja.

Ovisno o prirodi strujanja toka plina koji tvori plamen, razlikuju se laminarni i turbulentni plamen. U laminarnom plamenu tok je laminaran i slojevit. Procesi prijenosa mase i prijenosa odvijaju se molekularnom difuzijom i konvekcijom.

Sagorijevanje- složen fizičko -kemijski proces koji se brzo odvija, koji je popraćen oslobađanjem značajne količine topline i sjajnim sjajem.

Do sagorijevanja dolazi kao rezultat oksidacije tvari sposobne za gorenje (gorivo), oksidacionog sredstva (kisik u zraku, klor).

Vrste paljenja: blic, paljenje, spontano sagorevanje, spontano sagorevanje.

Sagorijevanje je kompleks međusobno povezanih hemijskih i fizičkih procesa.

Svojstvo sagorijevanja je sposobnost nastalog plamena da se kreće kroz zapaljivu smjesu prenošenjem topline iz zone sagorijevanja u svježu smjesu.

Izvori paljenja su iskre, plamen, užareni predmeti, trenje, udarci.

Pojava procesa sagorijevanja karakterizira prisutnost kritičnih uvjeta (u smislu sastava smjese, pritiska, temperature, geometrijskih dimenzija sistema) za pojavu i širenje plamena.

Sagorijevanje karakteriziraju tri tipične faze: pokretanje, širenje i gašenje plamena.

Ovisno o stanju goriva i oksidanta, razlikuju se tri vrste sagorijevanja:

Homogeno sagorijevanje plinova u plinovitom okolišu;

Heterogeno sagorijevanje tekućih krutih b zapaljivih tvari u plinovitom oksidatoru;

Sagorevanje eksploziva.

Oksidant je atmosferski kisik. Oksidanti mogu biti fluor, brom, sumpor, koji se pri zagrijavanju raspadaju i oslobađaju kisik.

Flash- brzo sagorijevanje mješavine plinova sa zrakom, koje može nastati dodirom smjese sa plamenom, iskrom, bez prelaska na sagorijevanje. Sagorevanje prestaje na trenutak, jer samo pare imaju vremena da izgore.

Paljenje To je proces u kojem se tvar zagrijava do točke ključanja i sagorijeva dok se oslobađaju hlapljivi ugljikovodici.

Samozapaljenje- proces kada se tvar zagrijava iz vanjskog izvora topline, neprestano se pretvarajući u samozagrijavanje.

Spontano sagorijevanje- proces samozagrijavanja i naknadno paljenje tvari bez utjecaja otvorenog izvora paljenja. Što je niža temperatura na kojoj se odvija proces spontanog sagorijevanja, tvar je opasnija. Proces spontanog sagorijevanja može započeti već na temperaturi od 10-20 ° C.

Samozapaljive tvari podijeljene su u tri grupe: samozapaljive od izlaganja zraku (biljna ulja), izazivaju sagorijevanje pri izlaganju vodi (kalcijev karbid), samozapaljive u interakciji s drugim tvarima (kada tvari dođu u kontakt).

Opasnost od požara i eksplozije plinova karakteriziraju sljedeći pokazatelji: granice koncentracije širenja plamena, minimalna energija paljenja, temperatura sagorijevanja i brzina širenja plamena.

Postoje dvije vrste sagorijevanja: potpuno i nepotpuno.

Potpuno sagorevanje nastaje s viškom količine kisika i popraćeno je stvaranjem vodene pare i ugljičnog dioksida.

Nepotpuno sagorijevanje vrlo opasno, jer se javlja s nedostatkom kisika i stvara se otrovni ugljikov monoksid.

Dva načina sagorevanja: prvi način, u kojem zapaljiva tvar formira homogenu smjesu sa zrakom prije sagorijevanja, drugi način, u kojem se zapaljiva tvar i oksidans u početku odvajaju, a sagorijevanje se odvija u području njihovog miješanja (difuzijsko sagorijevanje) .

Toplinski tok koji teče iz zone sagorijevanja u kruto gorivo zavisi od energije koja se oslobađa tokom sagorijevanja i od uslova razmjene topline između zone sagorijevanja i površine čvrstog goriva. Pod ovim uvjetima, način i brzina sagorijevanja mogu ovisiti o fizičkom stanju zapaljive tvari, njenoj raspodjeli u prostoru i karakteristikama okoliša.

Ovisno o brzini širenja plamena, sagorijevanje može imati oblik sagorijevanja, eksplozije i detonacije.

Eksplozija- proces brzog oslobađanja velike količine energije. Kao rezultat eksplozije, eksplozivna smjesa se pretvara u visoko zagrijani plin s visokim tlakom, koji velikom silom utječe na okoliš i uzrokuje stvaranje eksplozivnog vala.

Uništavanje uzrokovano eksplozijom uzrokovano je djelovanjem eksplozivnog vala. Kako se udaljenost od mjesta eksplozije povećava, mehanički učinak eksplozivnog vala slabi.

Brzina širenja plamena tokom eksplozije doseže stotine metara u sekundi. S ubrzanjem širenja plamena, kompresija nesagorjelog plina raste, on se širi kroz nesagorjeli plin u obliku uzastopnih udarnih valova, koji se spajaju u jedan snažni udarni val visokokomprimiranog i zagrijanog plina. Kao rezultat toga, nastaje stabilan režim širenja reakcije. Zove se vrsta sagorijevanja koja se širi brzinom većom od brzine zvuka detonacija... Karakteriše ga oštar skok pritiska na mestu eksplozije, koji ima veliki destruktivni efekat.

Tekućine i čvrste tvari tvore zapaljive smjese kada se podignu na temperaturu na kojoj dovoljno isparavanja dovodi do stvaranja plinovite tvari. Mješavine prašine i zraka su eksplozivne. Prašina koja pluta u zraku može se suspendirati i taložiti na zidovima i opremi.

Sagorijevanjem se stvaraju otrovni plinovi: cijanovodična kiselina, fosgen i drugi, a sadržaj kisika u zraku opada. Zato je ne samo pa čak i ne toliko požar opasan, već dim i isparenja iz njega. Potrebno je uzeti u obzir moguće reakcije ljudskog tijela s povećanjem koncentracije produkata sagorijevanja:

ugljen monoksid: 0,01% - blage glavobolje; 0,05% - vrtoglavica; 0,1% - nesvestica; 0,2% - koma, brza smrt; 0,5% - trenutna smrt;

ugljen-dioksid: do 0,5% - bez efekta; od 0,5 do 7% - povećan broj otkucaja srca, početak paralize respiratornih centara; preko 10% - paraliza respiratornih centara i smrt.

ZAHTJEVI ZA SIGURAN RAD KOMPANIJSKIH PLINSKIH UREĐAJA (I PLINSKIH PEĆI POSEBNO)

Standardi za opremanje prostorija ručnim aparatima za gašenje požara

sto1

	2	Klasa vatre	Aparati za gašenje pjenom i vodom kapaciteta 10 litara	Aparati za gašenje požara u prahu, kapacitet, l / masa sredstva za gašenje, kg			Freonski aparati za gašenje požara zapremine 2 (3) l	Aparati za gašenje požara ugljikovim dioksidom, l / masa sredstva za gašenje, kg
									5 (8)/3(5)
A, B, C (zapaljivi gasovi i tečnosti)
Javne zgrade

Napomene (uredi):

1. Za gašenje požara različitih klasa, aparati za gašenje suvim prahom moraju imati odgovarajuće naboje: za klasu A - prah ABC (E); za klase B, C i E - BC (E) ili ABC (E), za klase D - D.

2. Za aparate za gašenje požara suhim prahom i aparate za gašenje ugljikovim dioksidom postoji dvostruka oznaka: stara oznaka prema kapacitetu tijela, l / nova oznaka prema masi sredstva za gašenje, kg. Prilikom opremanja prostorija aparatima za gašenje požara u prahu i ugljen -dioksidom dopuštena je upotreba aparata za gašenje požara sa starim i novim oznakama.

3. Znak "++" označava aparate za gašenje požara koji se preporučuju za opremanje objekata, znak "+" - aparate za gašenje požara čija je upotreba dozvoljena u nedostatku preporučenih i uz odgovarajuće opravdanje; znak " -" - aparati za gašenje požara, kojima nije dopušteno opremanje ovih objekata.

4. U zatvorenim prostorijama zapremine ne veće od 50 m 3, samoradni aparati za gašenje požara mogu se koristiti umjesto prijenosnih aparata za gašenje požara ili kao dodatak za gašenje požara.

Standardi za opremanje prostora mobilnim aparatima za gašenje požara

tabela 2

	Maksimalno zaštićeno područje, m 2	Klasa vatre	Aparati za gašenje požara sa vazdušnom pjenom, kapaciteta 100 litara	Kombinovani aparati za gašenje požara zapremine (pena, prah) 100 l	Aparati za gašenje požara u prahu kapaciteta 100 litara	Aparati za gašenje požara ugljikovim dioksidom, l
A, B, C (zapaljivi gasovi i tečnosti)
B (osim zapaljivih plinova i tekućina), G

Napomene:

1. Za gašenje požara različitih klasa, praškasti i kombinirani aparati za gašenje požara moraju imati odgovarajuće naboje: za klasu A - prah ABC (E); za klase B, C i E - BC (E) ili ABC (E); za klase D - D.

2. Značenje znakova "++", "+" i "-" dato je u napomeni 2 uz Tabelu 1.

Pojednostavljeno rečeno, sagorijevanje se shvaća kao egzotermni proces brzog oksidacije tvari atmosferskim kisikom uz oslobađanje značajne količine topline i emisiju svjetlosti.

Sagorijevanje je složen fizičko-kemijski proces interakcije zapaljive tvari i oksidanta, kao i razgradnje nekih tvari, koju karakterizira samo ubrzavajuća transformacija s oslobađanjem velike količine topline i emisijom svjetlosti. Obično zračni kisik s koncentracijom 21 oko. %... Za nastanak i razvoj procesa sagorijevanja potrebne su zapaljive tvari, oksidansi i izvor paljenja koji pokreću određenu brzinu kemijske reakcije između goriva i oksidanta.

Sagorijevanje se u pravilu događa u plinskoj fazi, stoga se zapaljive tvari u kondenziranom stanju (tekućine i krute tvari) moraju podvrgnuti rasplinjavanju (isparavanje, raspadanje) radi pojave i održavanja sagorijevanja. Sagorijevanje se odlikuje različitim vrstama i karakteristikama uzrokovanim procesima prijenosa topline i mase, plinsko-dinamičkim faktorima, kinetikom kemijskih reakcija i drugim faktorima, kao i povratnom spregom između vanjskih uvjeta i prirode razvoja procesa.

2.4.2.1. Klasifikacija procesa sagorijevanja.

Gorenje može biti homogen i heterogeni ovisno o agregatnom stanju zapaljivih tvari i oksidanta.

Do homogenog sagorijevanja dolazi kada komponente reagiranja zapaljive smjese imaju isto agregatno stanje. Može doći do homogenog sagorijevanja kinetički i difuzija ovisno o uvjetima stvaranja smjese zapaljivih komponenti i omjeru brzina kemijskih reakcija i stvaranja smjese. Jedan ili drugi način sagorijevanja ostvaruje se, na primjer, u požaru, ovisno o tome koja je od faza procesa sagorijevanja ograničavajuća: brzina stvaranja smjese ili brzina kemijskih reakcija.

Kinetičko sagorijevanje miješanog plina ili smjese para-zrak (granična faza procesa je brzina kemijskih reakcija), koje je često eksplozivno (ako se smjesa formira u zatvorenom prostoru), jer oslobođena energija u ovom slučaju nema vremena za preusmjeravanje izvan ovog prostora. Kinetičko sagorijevanje također može biti tiho ako se zapaljiva smjesa prethodno stvori na malom, otvorenom prostoru sa kontinuiranim dovodom goriva u zonu sagorijevanja.

Difuzijski način sagorijevanja ostvaruje se kada se zapaljiva smjesa stvara direktno u zoni sagorijevanja, kada oksidans ulazi u nju zbog procesa difuzije, na primjer, kada heterogeni gori.

Heterogeno sagorijevanje odvija se u različitim agregatnim stanjima zapaljive tvari i oksidanta. Kod heterogenog sagorijevanja važnu ulogu igra intenzitet protoka para nastalih iz kondenziranih zapaljivih tvari (tekućine, krute tvari) u reakcijsku zonu.

Sa plinsko-dinamičke tačke gledišta, sagorijevanje može biti laminarno i turbulentno.

Laminarni režim procesa sagorijevanja nastaje kada komponente zapaljive smjese uđu u zonu reakcije pri niskim vrijednostima Reynoldsovog kriterija (0< R e < 200), т.е. в основном за счёт молекулярной диффузии. Процесс характеризуется малыми скоростями газовыхtokovi goriva i oksidansa i prostiranje sloja po sloj reakcijske zone (fronta plamena) u prostoru. Brzina gorenja u ovom slučaju ovisi o brzini stvaranja zapaljive smjese.

Turbulentni način procesa ostvaruje se kada komponente zapaljive smjese uđu u reakcijsku zonu pri visokim vrijednostima Reynoldsovog kriterija (230< R e< 10000). Sagorijevanje u ovom načinu rada dolazi s povećanjem brzine plina potoci kada je laminarnost njihovog kretanja narušena. U turbulentnom načinu sagorijevanja, vrtlog mlazova plina poboljšava miješanje komponenti koje reagiraju, dok se povećava površina kroz koju dolazi do molekularne difuzije, što rezultira povećanjem brzine širenja plamena u prostoru.

Prema brzini širenja plamena u svemiru, sagorijevanje se dijeli na:

– deflagracija(brzina širenja plamena je donekle gospođa);

– eksplozivna(brzina širenja plamena desetine i stotine gospođa, ali ne više od brzine širenja zvuka u zraku (344 gospođa));

– detonacija(brzina širenja plamena veća je od brzine zvuka u zraku).

Ovisno o dubini pojave kemijskih reakcija, može doći do sagorijevanja kompletan i nepotpuno.

Potpunim izgaranjem reakcija nastavlja do kraja, tj. prije stvaranja tvari koje ne mogu dalje međusobno djelovati, s gorivom i oksidantom (početni omjer zapaljive tvari i oksidanta naziva se stehiometrijski). Kao primjer, razmotrite potpuno sagorijevanje metana koje se odvija prema reakciji

CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O+ P

Gde P - toplina oslobođena kao rezultat egzotermne reakcije, J.

U slučaju potpunog sagorijevanja ugljikovodika, produkti reakcije su ugljični dioksid i voda, tj. Netoksične i nezapaljive tvari. Potpuno sagorijevanje može se ostvariti i sa stehiometrijskim omjerom goriva i oksidanta, i s viškom oksidanta u odnosu na njegov stehiometrijski sadržaj u zapaljivoj smjesi.

Nepotpuno sagorijevanje karakterizira nepotpuna hemijska reakcija, tj. produkti reakcije u prisutnosti oksidanta mogu dalje stupiti u interakciju s njim. Do nepotpunog sagorijevanja dolazi s nedovoljnim (u usporedbi sa stehiometrijskim) sadržajem oksidanta u zapaljivoj smjesi. Kao rezultat nepotpunog sagorijevanja, na primjer, ugljikovodici, otrovne i zapaljive komponente kao što su CO, H 2, benzpiren, WITH(čađ), organske smole itd., ukupno oko 300 kemijskih spojeva i elemenata.

Ako su ostale stvari jednake, potpuno sagorijevanje razvija više temperature od nepotpunog sagorijevanja.

2.4.2.2. Glavni mehanizmi procesa sagorijevanja.

Sagorijevanje je praćeno oslobađanjem topline i emisijom svjetlosti i događa se u uvjetima progresivnog samo-ubrzanja procesa povezanog s akumulacijom topline u sistemu ( termičko sagorevanje) ili kataliziranje aktivnih međuprodukata reakcije ( sagorevanje lanca).

Toplinsko sagorijevanje moguće je egzotermnom reakcijom, čija se brzina brzo povećava pod utjecajem topline koja se akumulira u sistemu, što dovodi do povećanja temperature. Kada se postigne temperatura pri kojoj toplinska energija iz reakcije premašuje gubitak topline u okoliš, dolazi do samozagrijavanja sistema, koje završava samozapaljenjem zapaljive smjese. U tim uvjetima primjećuje se spontani razvoj reakcije, praćen zagrijavanjem rezultirajućih proizvoda na takvu temperaturu na kojoj počinju emitirati svjetlost (više od 900 ° C). Toplinsko sagorijevanje uključuje procese sa i bez atmosferskog kisika (razgradnja eksploziva, ozona, acetilena, peroksida (na primjer, H 2 O 2), interakcija nekih metala s halogenima, sumporom itd.).

Sagorijevanje u lancu moguće je samo u reakcijama za koje je osnova paljenja ili eksplozije lančani proces. Ovo posljednje prati stvaranje nestabilnih međuprodukata reakcije koji regeneriraju aktivne centre (atome i molekule sa slobodnim kemijskim vezama), koji ubrzavaju proces. Akumulacija dovoljnog broja aktivnih centara pospješuje prijelaz lančanog procesa u toplinski i povećanje temperature smjese do tačke njenog samozapaljenja. Takvi aktivni centri pojavljuju se kao posljedica povećanja brzine toplinskog vibracijskog kretanja molekula, a množe se zbog grananja lanaca. U početnim fazama reakcija koje se odvijaju lančanim mehanizmom, kemijska energija tvari koja reagira prenosi se uglavnom u stvaranje novih aktivnih centara. Proces promjene koncentracije aktivnih centara opisan je jednadžbom:

gdje n - broj aktivnih centara u zoni reakcije;

τ - vrijeme;

w 0 je brzina nukleacije aktivnih centara;

φ Je konstanta koja karakterizira razliku u brzinama grananja i prekidanja lanaca.

Sa stanovišta molekularno -kinetičke teorije (MKT) strukture tvari, reakcije kemijskog sagorijevanja nastaju kao rezultat interakcije molekula goriva i oksidanta. Sile molekularne interakcije između dvije komponente zapaljive smjese očituju se na vrlo maloj udaljenosti, a s povećanjem potonje naglo se smanjuju. Stoga je interakcija između molekula goriva i oksidanta moguća samo kada se približe, što se može smatrati sudarima. Slijedom toga, kemijskoj reakciji između goriva i oksidansa mora prethoditi miješanje komponenti i fizički čin elastičnog sudara molekula.

Broj sudara molekula gasa po jedinici zapremine lako je izračunati. Tako, na primjer, za stehiometrijsku mješavinu vodika i kisika (2 H 2 + O 2) na temperaturi od 288 TO i atmosferski pritisak (~ 101325 Pa) broj sudara u 1 sa u 1 cm 3 doseže 8,3 · 10 28. Ako bi svi ti sudari doveli do kemijske reakcije, tada bi cijela smjesa reagirala vrlo brzo. Praksa pokazuje da se u tim uvjetima reakcija sagorijevanja uopće ne odvija, jer svi ti sudari ne dovode do kemijske interakcije.

Da bi došlo do kemijske reakcije, molekuli koji reagiraju moraju biti u pobuđenom stanju. Takva pobuda može biti kemijska, kada atomi molekula imaju jednu ili dvije slobodne valencije (takve se molekule nazivaju radikali i označavaju se, na primjer, CH 3 , HE , CH 2, itd.) I fizičke kada, uslijed sporog zagrijavanja, molekuli dobiju kinetičku energiju iznad kritične vrijednosti.

Molekule koje imaju potrebnu količinu energije za prekidanje ili slabljenje postojećih veza nazivaju se aktivni centri kemijske reakcije.

Razlika između prosječnih nivoa energije molekula u aktivnom stanju i onih u normalnom stanju, tj. u neaktivnom, neuzbuđenom stanju naziva se energija aktivacije ( E ali). Što je veća brojčana vrijednost aktivacijske energije, to je teže natjerati određeni par reagensa da uđe u kemijsku reakciju i obrnuto. Stoga je energija aktivacije, kao, indirektni pokazatelj stepena opasnosti od požara zapaljivih tvari.

Vrijednost aktivacijske energije može se procijeniti formulom:

gdje E ali- energija aktivacije, J;

k- Boltzmannova konstanta jednaka 1,38 · 10 -23 J / C;

T- apsolutna temperatura, TO.

Priroda glavnog procesa sagorijevanja kemikalija ovisi o nizu fizičkih procesa:

- kretanje reaktanata i produkata reakcije (procesi difuzije);

- oslobađanje i distribucija topline (procesi prijenosa topline);

- aerodinamički i hidrodinamički uslovi koji osiguravaju prijenos topline i tvari (konvekcijski procesi).

Potreba da se ovi faktori uzmu u obzir značajno komplicira proučavanje i teorijski opis procesa sagorijevanja.

Sagorijevanje krutih tvari koje pri zagrijavanju ne tvore plinsku (parnu) fazu heterogeno je i odvija se na granici; stoga, zajedno s gore navedenim faktorima koji utječu na prirodu procesa, dimenzije i prirodu površine površine čvrste faze izuzetno važnu ulogu (ovo je posebno važno za aerosole).

2.4.2.3. Impulsi paljenja.

Da bi došlo do sagorijevanja, osim zapaljive tvari i oksidanta, potreban je početni impuls energije (najčešće s oslobađanjem topline), što uzrokuje paljenje male količine zapaljive smjese, nakon čega se sagorijevanje širi po cijelom tijelu prostor u kojem se distribuira.

Impuls paljenja može se pojaviti tijekom fizičkih, kemijskih i mikrobioloških procesa koji doprinose stvaranju topline. Ovisno o prirodi ovih procesa, impulsi se dijele na fizički, hemijski, i mikrobiološki.

Budući da se pri primjeni fizičkog impulsa na sistem oslobađa toplina, koja nije rezultat kemijskog procesa, taj se impuls smatra toplinskim. Djelovanje impulsa topline koji uzrokuje zagrijavanje sistema može biti:

– kontakt- prijenos topline se vrši zbog kontakta zapaljive smjese s izvorom;

– zračenje- prijenos topline zapaljive smjese odvija se elektromagnetskim zračenjem iz izvora grijanja;

– konvekcija- do prijenosa topline u zapaljivi sistem dolazi tvar (zrak ili drugi plin u pokretu);

– hidraulični(dinamičko) - stvaranje topline zbog brzog smanjenja volumena plinske smjese, popraćeno povećanjem pritiska potonje.

Glavni izvori toplotnih impulsa su:

- otvoreni plamen (temperatura ~ 1500 ° C);

- grijane površine (temperatura> 900 ° C);

- mehaničke iskre (temperatura ~ 1200 ° C)

- električne iskre (temperatura do 6000 ° C).

Uz kemijske i mikrobiološke impulse, do akumulacije topline u sistemu dolazi zbog kemijske reakcije, fizikalno -kemijskog procesa (na primjer, adsorpcije) i vitalne aktivnosti mikroorganizama za koje je zapaljiva tvar hrana.

2.4.2.4. Brzina reakcije sagorijevanja.

Brzina procesa sagorijevanja općenito je određena jednadžbom:

gdje ali ,b - koncentracija reaktivnih komponenti;

τ - vreme,

gdje m, n - koncentracija produkata sagorijevanja.

Povećanje brzine sagorijevanja prati povećanje količine topline koja ulazi u sistem po jedinici vremena i, kao posljedica toga, povećanje temperature sagorijevanja.

2.4.2.5. Temperatura sagorevanja.

Tijekom sagorijevanja ne troši se sva oslobođena toplina na povećanje temperature reakcijske smjese, jer se dio troši u obliku gubitaka za:

- hemijsko i fizičko sagorijevanje, uzeto u obzir prema faktoru sagorijevanja ( β );

- elektromagnetsko zračenje plamena, ovisno o temperaturi tijela koje emitira, agregatnom stanju i kemijskoj prirodi. Ova ovisnost je određena emisivnošću tijela koje emitira ( ε ) i talasnu dužinu elektromagnetnog zračenja;

- konduktivno-konvektivni gubici.

Na osnovu toga postoje 3 glavne vrste temperatura u procesima sagorijevanja:

- kalorimetrijski;

- teoretski (izračunati);

- aktuelno.

Kalorimetrijska temperatura se postiže kada se sva toplina oslobođena tokom procesa sagorijevanja troši na zagrijavanje produkata sagorijevanja, na primjer, prilikom sagorijevanja benzena - 2533 TO, benzin - 2315 TO, vodik - 2503 TO, prirodni gas - 2293 TO.

Teorijska (proračunska) temperatura određuje se uzimajući u obzir gubitak topline za disocijaciju produkata sagorijevanja. Značajna disocijacija produkata sagorijevanja ugljikovodičnih zapaljivih tvari počinje pri temperaturama> 2000 TO... Tako visoke temperature tijekom požara u industrijskim uvjetima praktički se ne pojavljuju, pa se gubici topline pri disocijaciji u tim slučajevima u pravilu ne uzimaju u obzir.

Stvarna temperatura sagorijevanja određuje se uzimajući u obzir gubitke topline u okolišu i za gotovo sve zapaljive tvari iznosi ~ 1300 - 1700 TO.

Sagorijevanje- složen hemijski proces

Sagorijevanje - To su intenzivne hemijske oksidativne reakcije koje su praćene oslobađanjem topline i luminiscencijom. Sagorijevanje se događa u prisutnosti zapaljive tvari, oksidanta i izvora paljenja. Kisik, dušična kiselina, natrij peroksid, Bertholletova sol, perklorati, nitro spojevi itd. Mogu djelovati kao oksidanti u procesu sagorijevanja. Mnogi organski spojevi, sumpor, sumporovodik, pirit, većina metala u slobodnom obliku, ugljikov monoksid, vodik itd. itd. itd.

Sagorijevanje - složen fizičko -hemijski proces pretvaranja početnih supstanci u produkte sagorijevanja tokompraćeno intenzivnim oslobađanjem... Hemijska energija uskladištena u komponentama početne smjese se također može osloboditi u oblikui svetlost. Užareno područje naziva se plameni front ili jednostavno .

igrao ključnu ulogu u razvoju ljudske civilizacije.ljudima je otvorila mogućnost kuhanja i zagrijavanja njihovih domova, a potom i razvoji stvaranje novih, boljih alata i tehnologija.

Sagorijevanje je i dalje glavni izvor energije u svijetu i ostat će u bliskoj doglednoj budućnosti. 2010. godine približno 90% sve energije koju je čovječanstvo proizvelo na Zemlji dobiveno je sagorijevanjemili , i, prema prognozama , ovaj udio neće pasti ispod 80% do 2040. godine, dok će potrošnja energije porasti za 56% između 2010. i 2040. godine ... S tim su povezanimoderna civilizacija kao iscrpljivanje, okruženje i.

Značajke sagorijevanja koje ga razlikuju od drugih vrsta, - ovo je velikoi veliki što dovodi do snažne ovisnosti brzine reakcije o temperaturi. Reakcije sagorijevanja u pravilu slijede mehanizam razgranatog lanca s progresivnim samo-ubrzanjem zbog topline koja se oslobađa u reakciji. Zbog toga se zapaljiva smjesa koja se može neograničeno skladištiti na sobnoj temperaturi može zapaliti ilinakon dostizanja kritične temperature paljenja ( ) ili kada ih pokreće vanjski izvor energije (prisilno paljenje ili paljenje).

Ako proizvodi nastali tijekom sagorijevanja početne smjese u malom volumenu u kratkom vremenskom periodu obavljaju značajne mehaničke radove i dovode do udarnih i toplinskih učinaka na okolne objekte, tada se ta pojava naziva eksplozijom. Procesi sagorijevanja i eksplozije predstavljaju osnovu za stvaranje, , i razne vrste konvencionalnog oružja.

Više od 90% sve energije koju danas koristi čovječanstvo dolazi iz sagorijevanja. Naučno istraživanje teorije sagorevanja pokrenuo je ruski naučnik V.A.

Sagorijevanje- složen fizičko -kemijski proces pretvaranja početnih zapaljivih tvari i materijala u produkte izgaranja, praćen intenzivnom toplinom, dimom i svjetlosnom emisijom iz plamenika.

Za pojavu takve fizičko -kemijske reakcije koja je u osnovi svakog požara potrebno je prisustvo tri bitne komponente: zapaljivog medija, izvora paljenja i oksidanta.

Zapaljivo okruženje- medij koji može samostalno gorjeti nakon uklanjanja izvora paljenja.

Izvor paljenja Je izvor topline s dovoljnom temperaturom, energijom i trajanjem djelovanja za paljenje.

Razlikujte kinetičko i difuzijsko sagorijevanje.

Kinetičko sagorijevanje je sagorijevanje prethodno miješanih zapaljivih plinova i oksidanta.

Difuzijsko sagorijevanje- Ovo je sagorijevanje, pri čemu oksidans ulazi izvana u zonu sagorijevanja. Difuzijsko sagorijevanje je, s druge strane, laminarno (mirno) i turbulentno (neravnomjerno) u vremenu i prostoru.

Ovisno o agregatnom stanju početne zapaljive tvari, pravi se razlika između homogen, heterogeno sagorevanje i sagorevanje kondenzovanih sistema.

At homogeno sagorevanje oksidans i gorivo su u istom agregatnom stanju. Ova vrsta uključuje sagorijevanje plinskih smjesa (prirodni plin, vodik, propan itd.) S oksidacionim sredstvom - obično kisikom u zraku).

At heterogeno sagorevanje početne tvari (na primjer, kruto ili tekuće gorivo i oksidator plina) su u različitim agregatnim stanjima. Krute tvari pretvorene u prašinu (ugalj, tekstil, povrće, metal), kada se pomiješaju sa zrakom, tvore vatreno-eksplozivne smjese prašina-zrak.

Sagorijevanje kondenzovani sistemi povezan s prijelazom tvari iz kondenziranog stanja u plin.

Ovisno o brzini širenja plamena, može doći do sagorijevanja deflagracija- brzinom od nekoliko m / s, eksplozivna- brzina reda desetina i stotina m / s i detonacija- stotine i hiljade m / s.

Za deflagracija ili normalno širenje sagorijevanja karakterizira prijenos topline iz sloja u sloj. Kao rezultat toga, prednji dio plamena se pomiče prema zapaljivoj smjesi.

Eksplozivno sagorijevanje je proces sagorijevanja sa brzim oslobađanjem energije i stvaranjem viška pritiska (više od 5 kPa).

At detonacijaširenje plamena sagorijevanjem (detonacijom) događa se brzinom blizu brzine zvuka ili većom.

Detonacija je proces kemijske transformacije sistema oksidansa - redukcijskog sredstva, koji je kombinacija udarnog vala koji se širi konstantnom brzinom i prati front zone kemijskih transformacija početnih tvari. Hemijska energija oslobođena u detonacijskom valu napaja udarni val, sprječavajući njegovo prigušenje.

Brzina detonacijskog vala karakteristika je svakog pojedinog sistema. Heterogene sisteme karakteriše detonacija male brzine zbog specifičnosti reakcije gas-čvrsta materija. Kod detonacije mješavina plina, brzina širenja plamena je (1-3) ∙ 10 3 m / s ili veća, a tlak u frontu udarnog vala je (1-5) MPa ili veći.

Sagorijevanje karakteriziraju opasni faktori, koji se nazivaju opasnih faktora požara.

Under vatrom znači nekontrolirano sagorijevanje koje uzrokuje materijalnu štetu, nanosi štetu životu i zdravlju građana, interesima društva i države.

TO opasnih faktora požara(prema GOST 12.1.004-91) uključuju:

Plamen i iskre;

Povećana temperatura okoline;

Smanjena koncentracija kisika;

Otrovni produkti sagorijevanja

Termičko razlaganje.

Plamen- ovo je vidljivi dio prostora (zona plamena), unutar kojeg se odvijaju procesi oksidacije, stvaranja dima i oslobađanja topline, te stvaraju otrovni plinoviti produkti i apsorbira se kisik iz okolnog prostora.

Plamen u kvantitativnom smislu uglavnom karakteriziraju sljedeće vrijednosti:

Područje sagorijevanja ( F 0 , m 2), - brzina sagorijevanja ( Ψ , kg / s), - snaga oslobađanja topline ( P planine, W) - optička količina dima ( ΨD, Neper ∙ m 2 ∙ kg -1).

Osobine gorenja na vatri, za razliku od drugih vrsta sagorijevanja, su: sklonost spontanom širenju vatre; relativno nizak stepen potpunosti sagorevanja i intenzivna emisija dima koji sadrže produkte potpune i nepotpune oksidacije.

Na požarima se formiraju tri zone:

- Zona gorenja Ja sam dio prostora u kojem se tvari pripremaju za sagorijevanje (zagrijavanje, isparavanje, razlaganje) i samo sagorijevanje.

- Zona zahvaćena toplinom- dio prostora uz zonu sagorijevanja, u kojem toplinski učinak dovodi do zamjetne promjene stanja materijala i konstrukcija, i gdje je nemoguće da ljudi ostanu bez posebne toplinske zaštite.

- Zona dima- dio prostora koji se nalazi uz zonu sagorijevanja i nalazi se u zoni toplinske energije i izvan nje i ispunjen dimnim plinovima u koncentracijama koje ugrožavaju život i zdravlje ljudi.

Sagorijevanje se može izvesti na dva načina: samozapaljenje i širenje prednji plamen.

Širenje plamena- proces širenja sagorijevanja po površini tvari i materijala zbog toplinske vodljivosti, toplinskog zračenja (zračenja) i konvekcije.

Evaluacija dinamika požara postoji nekoliko njegovih glavnih faza:

- 1. faza(do 10 minuta)-početna faza, koja uključuje prijelaz paljenja u vatru za oko 1-3 minute i rast zone sagorijevanja u roku od 5-6 minuta. U ovom slučaju dolazi do pretežno linearnog širenja požara duž zapaljivih tvari i materijala, što je popraćeno obilnom emisijom dima.

- Faza 2- fazu volumetrijskog razvoja požara, koja traje 30-40 minuta, karakterizira nasilni proces sagorijevanja s prijelazom na volumetrijsko sagorijevanje. Proces širenja plamena odvija se na daljinu prenosom energije sagorijevanja na druge materijale. Maksimalne vrijednosti postižu se temperaturom (do 800-900 o C) i brzinom izgaranja.

Stabilizacija požara na najvećim vrijednostima događa se 20-25 minuta i nastavlja se još 20-30 minuta, dok većina zapaljivih materijala izgori.

- 3 faza- faze gašenja požara, tj. naknadno sagorijevanje u obliku sporog raspadanja. Tada vatra prestaje.

Prema ISO 3941-77 požari su podijeljeni u sljedeće klase:

- klasa A- požari čvrstih materija, uglavnom organskog porijekla, čije sagorijevanje prati taljenje (drvo, tekstil, papir);

- klasa B- požari zapaljivih tečnosti ili čvrstih materija koje se tope;

- klasa C- požari na gas;

- klasa D- požari metala i njihovih legura;

- klasa E- požari povezani sa sagorijevanjem električnih instalacija.

Karakteristike zapaljiva smjesa prema pokazateljima požara i eksplozije su:

Grupe zapaljivosti,

Granice koncentracije širenja plamena (paljenje),

Tačka paljenja, - temperatura paljenja i samozapaljenja.

Grupa zapaljivosti- pokazatelj koji se može primijeniti na sljedeća agregatna stanja tvari:

- gasovi- tvari čiji je apsolutni tlak pare pri temperaturi od 50 ° C jednak ili veći od 300 kPa ili čija je kritična temperatura manja od 50 ° C;

- tečnosti- tvari sa talištem topljenja (tačka ispadanja) manjim od 50 o C;

- čvrste materije i materijale sa talištem topljenja (tačka ispadanja) većim od 50 ° C;

- prašina- raspršene tvari i materijali s veličinom čestica manjom od 850 mikrona.

Zapaljivost- sposobnost tvari ili materijala da gori. Prema zapaljivosti podijeljeni su u tri grupe.

Nezapaljivo (nezapaljivo) - tvari i materijali koji ne mogu gorjeti u zraku. Nezapaljive tvari mogu biti zapaljive (na primjer, oksidanti, kao i tvari koje emitiraju zapaljive proizvode u interakciji s vodom, atmosferskim kisikom ili međusobno).

Retardant (jedva zapaljivo) - tvari i materijali koji se mogu zapaliti u zraku iz izvora paljenja, ali nisu u stanju samostalno izgorjeti nakon uklanjanja.

Zapaljivo(zapaljiv) - tvari i materijali koji se mogu spontano zapaliti, kao i zapaliti u zraku iz izvora paljenja i neovisno izgorjeti nakon njegovog uklanjanja.

Ova grupa se izdvaja zapaljive tvari i materijali-mogu se zapaliti pri kratkotrajnom (do 30 s) izlaganju izvoru paljenja niske energije (plamen šibice, iskra, užarena cigareta itd.).

Granice zapaljivih koncentracija- minimalnu i maksimalnu koncentraciju (maseni ili zapreminski udio goriva u smjesi s oksidacionim medijem), izraženu u%, g / m 3 ili l / m 3, ispod (iznad) smjese koja ne može širiti plamen.

Razlikovati donju i gornju granicu koncentracije širenja plamena (respektivno) NKPRP i VKPRP).

NKPRP (VKPRP)- minimalni (maksimalni) sadržaj goriva u smjesi (zapaljiva tvar - oksidirajuća sredina), pri kojem se plamen može širiti kroz smjesu na bilo kojoj udaljenosti od izvora paljenja. Na primjer, za mješavinu prirodnog plina, koja se sastoji uglavnom od metana, granica koncentracije paljenja (detonacijsko sagorijevanje) je 5-16%, a eksplozija propana je moguća kada 1 m 3 zraka sadrži 21 litru plina, a paljenje - na 95 litara.

Tačka paljenja (t vp) Je li minimalna temperatura zapaljive tvari pri kojoj se na njezinoj površini stvaraju plinovi i pare koje mogu bljeskati u zraku iz izvora paljenja, ali brzina njihovog stvaranja još uvijek nije dovoljna za stabilno sagorijevanje.

Ovisno o brojčanoj vrijednosti t vp tečnosti se nazivaju zapaljiv (zapaljiv) i zapaljivo (GZh). Zauzvrat Zapaljivo Podijeljene su u tri kategorije prema GOST 12.1.017-80.

Vrlo opasne zapaljive tečnosti Da li su zapaljive tečnosti sa t vp od -18 o C i niže u zatvorenom ili od -13 o C na otvorenom prostoru. To uključuje aceton, dietil eter, izopentan itd.

Stalno opasne zapaljive tečnosti Da li su zapaljive tečnosti sa t vp od -18 o C do +23 o C u zatvorenom prostoru ili od -13 o C do 27 o C u otvorenom prostoru. To uključuje benzen, toluen, etil alkohol, etil acetat itd.

Opasno pri povišenim temperaturama zapaljivih tečnosti Da li su zapaljive tečnosti sa t vp od 23 o C do 61 o C u zatvorenom ili iznad 27 o C do 66 o C u otvorenom prostoru. To uključuje terpentin, bijeli špirit, klorobenzen itd.

Tačka paljenja koristi se za određivanje kategorija objekata u zgradama i vanjskim instalacijama od opasnosti od eksplozije i požara u skladu s NPB 105-03, kao i za razvoj mjera za osiguranje požarne i eksplozivne sigurnosti procesa

Temperatura samozapaljenja- najniža temperatura tvari pri kojoj dolazi do naglog povećanja brzine energije.

Koncept " eksplozija»Koristi se u svim procesima koji mogu uzrokovati značajno povećanje pritiska u okolišu.

Na osnovu GOST R 22.08-96 eksplozija Je li proces oslobađanja energije u kratkom vremenskom razdoblju povezan s trenutnom fizičkom i kemijskom promjenom stanja tvari, što dovodi do skoka tlaka ili udarnog vala, praćeno stvaranjem komprimiranih plinova ili para sposobnih za obavljanje posla .

Na eksplozivnim objektima moguće su sljedeće vrste eksplozija:

- eksplozivni procesi- nekontrolisano naglo oslobađanje energije u zatvorenom prostoru;

- volumetrijska eksplozija-stvaranje oblaka goriva-zrak ili drugih plinovitih smjesa, prašina-zrak i njihove brze eksplozivne transformacije;

- fizičke eksplozije- eksplozije cjevovoda, posuda pod visokim pritiskom ili pregrijane tekućine.

Hitna eksplozija- hitan slučaj koji se dogodi u potencijalno opasnom objektu u bilo koje vrijeme u zatvorenom prostoru spontano, slučajno ili kao rezultat pogrešnih radnji osoblja koje radi na njemu

Eksplozije su uglavnom uzrokovane:

Kršenje tehnoloških propisa;

Vanjsko mehaničko naprezanje;

Starenje opreme i instalacija;

Greške u dizajnu;

Promjena stanja zatvorene okoline;

Greške osoblja za održavanje;

Kvar instrumenata, regulacionih i sigurnosnih uređaja.