5266 (643581), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Розміри та форма полум’я рідин суттєво залежать від діаметра резервуара, в якому відбувається горіння. Зі збільшенням діаметра резервуара висота полум’я збільшується. Полум’я рідин у пальниках малого діаметра буде ламінарним, у резервуарах – турбулентним.

Стійкість полум’я над поверхнею рідини, що горить, забезпечується надходженням до нього з певною швидкістю горючих парів та кисню. Швидкість надходження пального, в свою чергу, залежить від тиску його парів над поверхнею рідини і отже, від її температури.

Кінетика процесу вигоряння рідин характеризується швидкістю вигоряння, яка не є фізико-хімічною константою, оскільки залежить від властивостей горючої рідини, діаметра резервуара та умов тепло- та масообміну в зоні горіння.

Горіння газів

ГАЗИ – речовини, тиск насичених парів яких при температурі 25 °С та тиску 101,3 кПа перевищує 101,3 кПа.

Будь-яка суміш горючого газу з повітрям спалахує при контакті з розжареним тілом, та полум’я, що виникає, поширюється, якщо концентрація газу знаходиться в інтервалі між нижньою та верхньою концентраційними межами поширення полум’я. Швидкість поширення вогню залежить від природи горючого газу, температури навколишнього середовища і тиску та змінюється від 1 до 2000 м·с^-1. Саме цей фактор визначає швидкість розширення нагрітих газів, а отже, й збитки, які здатні спричинити пожежа або вибух. Запалювання горючих газових сумішей може виникати при їх контакті з розжареними поверхнями з появою в середині суміші іскор різного походження або полум’я. Ініціювання горіння газової суміші в одній точці призводить до нагрівання ближче розташованих шарів, де починаються хімічні перетворення. Згоряння таких шарів викликає за собою горіння наступних – і так до повного вигоряння горючої суміші, яка таким чином згоряє пошарово. Зона горіння переміщується по суміші, забезпечуючи поширення полум’я. Межа зони горіння в газовій фазі, де здійснюється хімічне перетворення та проходить інтенсивний розігрів газу, є фронтом полум’я. Попереду фронту полум’я, що поширюється, знаходиться свіжа суміш, а позаду –продукти горіння. Якщо свіжа суміш рухається назустріч фронту полум’я зі швидкістю, яка дорівнює швидкості поширення полум’я, полум’я буде нерухомим (наприклад, у газовому пальнику). У процесі поширення полум’я тепло, що виділяється під час реакції, витрачається на нагрівання свіжої суміші та частково витрачається в навколишнє середовище. Якщо втрати тепла перевищать певне критичне значення, то виникне прогресивне зниження температури полум’я, а потім його загасання. Коли гази згоряють у вільному об’ємі, продукти реакції безперешкодно розширяються й тиск залишається практично постійним. Згоряння в замкненому об’ємі супроводжується підвищенням тиску.

Горіння пилу

ПИЛ – дисперговані тверді речовини та матеріали з розміром частинок менше 850 мкм (0,85 мм). Пил з горючих речовин, зважених у повітрі (газозавись), поводить себе значною мірою як газоповітряна суміш і теж здатний вибухати. Процес горіння газозависі хімічних органічних речовин значною мірою визначається механізмом теплопередачі по фронту полум’я. В органічних системах теплопередача здійснюється, головним чином, шляхом кондуктивно-конвективного теплообміну. Домінуючим механізмом теплопередачі є теплопровідність по газу. На горіння газозависей впливає й гравітація, що проявляється в осіданні частинок під дією сил тяжіння. У загальному вигляді модель фронту полум’я має такий вигляд: із високотемпературної зони пилової хмари, що горить, під впливом теплового потоку частинки встигають випаровуватися до спалахування; поширення фронту полум’я проходить по однорідній газоподібній суміші парів пального з повітрям; реакція взаємодії пального з окисником, що описується відомими з теплової теорії закономірностями, відбувається в кінетичній області.

Як результат руху фронту полум’я має місце часткове розсіювання свіжої суміші поблизу провідних точок полум’я. При цьому окисник (газова фаза) розсіюється в більшій мірі, ніж пальне (конденсована фаза), внаслідок чого фази отримують відносну швидкість й відповідно змінюється співвідношення пального з окисником у фронті полум’я. Підвищення концентрації пального супроводжується зростанням швидкості полум’я в даних зонах. Горіння газозависей природних палив має свої особливості, оскільки тверді природні палива відрізняються від більшості інших хімічних речовин наявністю трьох компонентів: леткої частини, коксу та золи. Процеси займання й поширення полум’я для кожної з цих складових мають певні відмінності. Летка частина складається з газоподібних компонентів, що виділяються під час нагрівання з палива без участі окисника. Кокс близький за складом до вуглецю, до того ж швидкість його горіння значно менша швидкості горіння леткої частки. Тому участь коксу в пилових вибухах природних палив незначна. Зола, що є мінеральною частиною палива, вміщує в собі ряд компонентів, здатних брати участь у горінні (пірити, колчедани, лужні метали), однак зола, в цілому, поводить себе як інертний матеріал.

Вибухи газозависей твердих палив належать до типових теплових вибухів. Фронт полум’я поширюється по зависі як результат передачі тепла від продуктів горіння в свіжу суміш. Процеси в газозависях природних палив, на відміну від горіння газових сумішей, ускладнюються через тривалість прогрівання частинок й можливість перебігу реакції окиснення як в кінетичній, так і в дифузійній області.

Характерною особливістю горіння пилоповітряних сумішей в реальних умовах є те, що первісно об’єм газозависі, що утворився, може викликати переведення до стану зависі (взмучування) відкладеного пилу та їх наступне вигоряння. Цим пояснюється, що такі вибухи, як правило, розвивають великий тиск й супроводжуються сильними руйнуваннями.

Самозаймання

Цілий ряд матеріалів, особливо волокнистих, мають здатність довільно загорятися за відсутності зовнішнього джерела запалювання, тобто можуть самозайматися.

САМОЗАЙМАННЯ – це початок горіння у результаті само-ініційованих екзотермічних процесів.

Горіння здатне виникнути в купі твердого мінерального палива або органічного матеріалу, якщо має місце циркуляція повітря, достатня для сприяння окиснюванню, але недостатня для відводу тепла, що виділяється.

Залежно від первісної причини самозаймання розрізняють три його види: теплове, хімічне та мікробіологічне. ТЕПЛОВЕ САМОЗАЙМАННЯ виникає в масі матеріалів при їх помірному нагріванні ззовні. При цьому початок самонагрівання матеріалу пов’язаний зі збільшенням швидкості екзотермічного окиснення повітрям, що вміщується в його порах. Найбільш інтенсивне самонагрівання виникає в місці, де досягаються найкращі умови акумуляції тепла. Таким умовам відповідають глибинні шари матеріалів, найбільш віддалені від зовнішньої поверхні. Для кращого розуміння процесу теплового самозаймання уявимо, що зразок твердого матеріалу поміщається в повітряний термостат, який встановлюється на різні задані температури. Температури, що досягаються під час цих випробувань за часом, наведені на рис. 2.9.

У разі помірного нагрівання матеріал без змін стану буде досягати температури середовища в термостаті, а після відключення термостата матеріал повернеться в початковий стан (крива 1). При досягненні певної температури Т_сн (температура самонагрівання) в матеріалі починаються екзотермічні фізико-хімічні перетворення (розклад, окиснення тощо), і він починає самонагріватися. Залежно від умов акумуляції тепла самонагрівання може призвести або до досягнення рівноваги між тепловиділенням та теплом, що відводиться (і тоді після вичерпання здатних окиснюватися складових частин матеріалу, його температура зрівняється з температурою навколишнього середовища (крива 2)), або до досягнення певної температури Т_сз (температура самозаймання, починаючи з якої здійсниться спонтанне зростання швидкості реакції та обов’язково виникне горіння (крива 3)). Зона температур між Т_сн та Т_сз є потенційно небезпечною.

Р ис. 2.9. Залежність температури горючого матеріалу від часу при різних початкових температурах. Схема теплового самозаймання

До типових прикладів теплового самозаймання належать випадки самозаймання теплової ізоляції опалювальних комунікацій та теплообмінних апаратів, яка виконана з мінераловатних плит, тирси тощо.

До ХІМІЧНОГО САМОЗАЙМАННЯ належать випадки, зумовлені екзотермічною взаємодією речовин. Наприклад, самозаймання може виникнути у разі розливання концентрованої азотної кислоти на деревні стружки або тирсу. Широко відомі випадки самозаймання промащених матеріалів. Більшість мастил, в особливості рослинних, легко окиснюються. Кількість вивільнюваного тепла визначається площею поверхні, відкритої для доступу повітря. Вона відносно невелика у просто розлитого мастила. Якщо це мастило убирається обтиральним ганчір’ям або тирсою, площа поверхні значно збільшується, а тепловиділення при цьому зростає, оскільки матеріали, убрані мастилом, є поганими провідниками тепла. Тепло акумулюється, й нерідко за відносно короткий строк призводить до самозаймання. До того ж класу самозаймистих хімічним способом речовин належать й так звані ШРОФОРНІ РЕЧОВИНИ, що загоряються в контакті з повітрям, наприклад: тонкоподрібнений алюміній, тетрагідрид кремнію, сульфід заліза, деякі металоорганічні з’єднання тощо.

До МІКРОБІОЛОГІЧНОГО САМОЗАЙМАННЯ належать випадки самозаймання матеріалів, які є живильним середовищем для так званих термофільних мікроорганізмів, що виділяють теплову енергію в процесі своєї життєдіяльності. За таким механізмом проходить самозаймання сіна, торфу та інших органічних матеріалів. Природні органічні матеріали, в основному, є багатокомпонентними системами. Наприклад, сухе молоко містить більше ста компонентів. Не менше число компонентів міститься в сухих рослинах та багатьох інших природних матеріалах. У процесі самозаймання відбувається велика кількість паралельних та послідовних хімічних реакцій. Дослідженнями встановлено, що в самозайманні деревних матеріалів, залежно від температурних режимів, основну роль відіграють екстраговані компоненти й клітковина. При самозайманні сухих зелених рослин, міхів, листя та хвої процес самозаймання визначається окисненням білків, що розчинюються, жирних кислот та цукрів. У вологому стані такі білки реагують з цукрами, що сприяє окисненню системи білок–цукор й знижує схильність до наступного самозаймання. Тому саме влежування скошеної трави протягом не менше «трьох рос» визначається необхідною умовою запобігання сіна від самозаймання. Рослинні та деревні матеріали піддані процесу метаморфізму, що супроводжується змінами їх схильності до самозаймання, результатом якого є вуглефікація. Перша стадія метаморфізму утворює торф. Усі види торфу, незалежно від походження й умов утворення, здатні самозайматися. Найбільш схильним до самозаймання є низинний торф. У контакті з киснем торф окиснюється і його схильність до наступного самозаймання знижується. Підвищену, порівняно з торфом, схильність до самозаймання має буре вугілля, в якому цей процес виникає частіше, ніж в інших видах копалин твердого палива. Свіжоутворена поверхня будь-якого вугілля має високу реакційну здатність, внаслідок чого подрібнене вугілля, а тим більше вугільний пил, дуже схильні до самозаймання. Під час зберігання на повітрі відбувається окиснювання вуглецевої поверхні та знижується ймовірність подальшого самозаймання вугілля. Проте в результаті зволоження схильність окисненого вугілля до самозаймання повертається практично до вихідного стану.

У порівнянні з копалинами вугілля всі види технічного вуглецю (вуглецеві сажі) менш схильні до самозаймання. У той же час, маючи виключно високу дисперсність (питома геометрична поверхня ≈ 100 м²∙г^-1) та за наявності на поверхні частинок певної кількості активних центрів, сажі в умовах виробництва, транспортування та зберігання можуть самозайматися. Відповідальні за самозаймання активні центри мають різну природу. На поверхні пічних частинок сажі найбільш ймовірними активними центрами є вуглецеві атоми з ненасиченими й перенапруженими валентними зв’язками. Крім того, на поверхні частинок сажі, отриманої пічним способом, особливо антраценових канальних саж, можуть знаходитися вуглеводні, що не зреагували та мають такі ненасичені валентні зв’язки.

Суттєвий вплив на процес самозаймання органічних матеріалів має їх зволоження. Волога стимулює дію термофільних мікроорганізмів. Під дією ферментів активно окиснюються білки та цукри, розщепляються стійкі до окиснення крохмаль та клітковина. Мікроорганізми також продукують білки. Таким чином, під час життєдіяльності мікроорганізмів здійснюється не тільки ферментативний процес окиснення, але й виділяються продукти з нахилом до хімічного окиснення.

Як результат дії вологи різко активізується процес попереднього окиснення вугілля. Це викликано тим, що внаслідок окиснення енергія активації зростає, а під дією води – знижується. У присутності вологи стійкі до термічного розкладу лактонні групування трансформуються в карбоксили, які, в свою чергу, легко декарбоксилизуються з виділенням СО₂ та утворенням на вуглецевій поверхні ненасичених валентних зв’язків.

Характеристики

Список файлов реферата