1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
Скачать 1.45 Mb.
|
| ^ Важной характеристикой процесса горения различных веществ является расход воздуха, обеспечивающий горение. Минимальное количество воздуха, необходимое для полного сгорания единицы массы (кг) или объема (м3) горючего вещества, называется теоретически необходимым и обозначается  . Величину находят по уравнению реакции горения.Пусть на m кмоль горючего вещества приходится n кмоль кослорода и  кмоль азота. Обозначив массу (в кг) горючего вещества, численно равную молекулярной массе через М, составляют пропорцию:  -    - где 22,4 – объём 1 кмоль газов (при  и 101,3кПа)Теоретически необходимый объём воздуха для сгорания 1 кг вещества равен (из пропорции)  (2.14)Если объем воздуха необходимо привести к иным условиям, пользуются соотношением  , (2.15)где Т – заданная температура, К; Р – заданное давление, кПа. Теоретически необходимый объем воздуха для сгорания 1 м3 горючих газов находится по соотношению  (2.16)Пример. Определить расход воздуха при сгорании 1кг клетчатки,  , являющейся основой древесины, при температуре воздуха  и давлении 100кПа.Решение. 1. Составляем уравнение реакции горения клетчатки, принимая в (1.34) значения индексов а=6, b=10, с=5, d=0  На горение 1 кмоль клетчатки требуется  кмоль воздуха.2 Необходимый объем воздуха для сгорания 1 кг клетчатки при нормальных условиях определяется по соотношению (2.14)  3. Расход воздуха при заданных условиях горения определяется по соотношению (2.15)  .В практике пожарного дела элементный состав горючего вещества часто задают в весовых (массовых) процентах. Пусть в состав горючего вещества входят C, H, O, S, зола (А), влага (W). Расход воздуха при горении такого вещества можно определить следующим образом. Составляют уравнения реакций горения углерода, водорода и серы и находят массовые соотношения реагирующих веществ [6]:      Если для сгорания 12 кг углерода требуется 32 кг кислорода, то для сгорания 0,01 кг углерода, то есть 1% (от массы 1 кг углерода) потребуется кислорода  кг, для водорода соответственно потребуется  кг и для серы  кг кислорода.Для сгорания 1 кг горючего вещества потребуется кислорода  , кг,где  ,  ,  ,  - содержание углерода, водорода, серы и кислорода в горючем веществе, % (масс.).Массу воздуха  , кг, необходимую для сжигания 1 кг вещества, можно найти по соотношению (2.17)Расход воздуха  , где  , находится по соотношению (2.18)Пример. Определить расход воздуха при сгорании 1 кг торфа, в состав которого входят углерод (40%), водород (4%), кислород (13%), азот (20%), влага (13%), зола (10%). Решение. 1. Азот, зола и влага горючего при определении расхода воздуха не учитываются, так как они не принимают участия в реакции горения. 2. Расход воздуха при сгорании 1 кг торфа вычисляем по соотношению (2.18)  .Расход воздуха для полного сгорания некоторых широко известных веществ приведён в табл. 9. Таблица 9 ^
^ Возгоранием горючего вещества называется возникновение горения под воздействием внешнего источника зажигания. Под источником зажигания понимается горящий предмет или объект, а также электрический разряд с запасом энергии и температурой, достаточными для возникновения горения других веществ. Если возгорание сопровождается появлением пламени, то такой процесс возникновения горения называется воспламенением. Воспламенение хотя и является частным случаем возгорания, однако в реальной действительности имеет наибольшее распространение. Самовозгорание – процесс возникновения горения при отсутствии источника зажигания. Самовозгорание наблюдается, при резком увеличении скорости экзотермических реакций в объеме вещества, когда скорость выделения тепла превышает скорость его рассеивания. Самовозгорание вещества первоначально происходит в зоне максимальных температур или “горячей” точке, затем горение распространяется по всему объему. Резкое первоначальное увеличение скорости экзотермических реакций в веществе связано в основном с ростом температуры в зоне реакций под воздействием теплового импульса (при этом температура импульса ниже температуры самовозгорания вещества), микробиологического или химического импульсов. Если самовозгорание сопровождается пламенным горением, то оно называется самовоспламенением. Процессы воспламенения и самовоспламенения горючего вещества характеризуются соответствующими температурами. ^ - наименьшая температура горючего вещества и материала, при которой от постороннего источника зажигания возникает устойчивое пламенное горение. ^ – наименьшая температура горючего вещества и материала, при которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающееся самопроизвольным возникновением пламенного горения. Следует также отметить температуру вспышки – наименьшую температуру вещества и материала, при которой над его поверхностью образуются пары (газы), способные вспыхивать в воздухе от внешнего источника зажигания; при этом после сгорания части или всего объема парогазовоздушной смеси горение прекращается. Знание указанных температур важно при оценке в реальных условиях степени пожарной опасности теплового режима обработки различных материалов, условий хранения, эксплуатации. При этом более подробно необходимо остановиться на процессах самовоспламенения, так как они могут привести к неожиданному возгоранию горючих материалов и, как следствие, к возникновению пожара. В качестве примера рассмотрим самовоспламенение химически однородной горючей системы (смеси горючих газов, паров или пылей с воздухом), находящейся в ёмкости объёмом V. При низкой температуре смеси Тн реакция между горючим веществом и кислородом смеси практически не протекает. Чтобы она началась, нужно смесь подогреть до более высокой температуры То. При определенном значении То начнётся химическая реакция окисления с выделением тепла. Количество выделяемого тепла в единицу времени (называемое скоростью выделения тепла) q1 оценивается по соотношению  (2.1)В этом соотношении: Qсг – теплота сгорания горючего вещества, V- объём горючей смеси, k - константа скорости реакции, v - порядок реакции, c - концентрация горючего в смеси, E- энергия активизации, R – газовая постоянная, Т – температура смеси. При необходимости величина Qсг может быть определена согласно рекомендациям § 1.6,величины V, R считаются известными, величина E – может быть определена, например, согласно рекомендациям [6], величины k, v будут пояснены несколько позже. Выделившаяся теплота передаётся горючей смеси, и она нагревается. Как только температура смеси превысит температуру внешней среды, начнётся теплоотвод через стенки в окружающую среду. Количество отводимого тепла q2 приближенно принимается пропорциональным разности температур смеси и окружающей среды  , (2.21)где - коэффициент теплоотдачи от газа стенкам емкости, S – площадь поверхности стенок емкости, Т и Т0 – температура смеси и стенок емкости соответственно. Качественно соотношение значений q1=q1(T) и q2=q2(T) представлено на рис.6. Система кривых q1', q1'', q1''' соответствует различным скоростям химической реакции в зависимости от различных начальных концентраций горючего вещества смеси. При протекании реакции по кривой q1''' вначале вследствие превышения тепловыделения над теплоотводом смесь, начиная с температуры T0 ,будет разогреваться до температуры TА. Дальнейшее повышение температуры смеси, вызванное самонагреванием, прекратится, так как в точке “А” q1'''= q2, а выше точки “А” q1'''< q2, то есть скорость тепловыделения меньше скорости отвода тепла. Рассматриваемый случай соответствует процессу медленного окисления. В этой области дальнейший разогрев смеси возможен только при внесении тепла извне.  Рис.6 . Изменение скорости тепловыделения и теплоотвода при различных концентрациях горючей смеси Если смесь окажется разогретой до температуры T > TА, то при естественном процессе смесь вернется в стационарное состояние, характерное для точки “А”. Таким образом, точка “А” характеризует устойчивое стационарное состояние. Если при внесении тепла извне температура смеси превысит ТС , то возможно возгорание смеси. Принято считать, что точка “ С” отражает неустойчивое состояние: при T<Тс самовозгорание (самовоспламенение) смеси не произойдет, при T> Тс – произойдет. Если реакция протекает по кривой q1' , то тепловыделение с самого начала превышает теплоотвод. В этом случае смесь будет непрерывно саморазогреваться, скорость реакции быстро примет высокие значения и в результате в системе произойдёт самовоспламенение, при этом горение смеси возможно в форме взрывного горения. Граница между областями неограниченного и ограниченного разогрева реагирующей смеси соответствует протеканию реакции по кривой q1''. При этом смесь в начале может саморазогреваться до температуры, при которой наступает тепловое равновесие (точка “В”). Однако в отличие от состояния, характерного для точки “А”, это равновесие неустойчивое. Даже незначительное повышение температуры Т вызовет прогрес-сирующий разогрев смеси, приводящий к самовоспламенению. Условия перехода рассматриваемой системы к самовоспламенению является касание линии теплоотвода кривой тепловыделения, когда q1''= q2. Температура ТВ этого теплового равновесия является температурой самовоспламенения. Как отмечалось ранее, система кривых q1' , q1''., q1''' на рис.6 соответствует различным скоростям химической реакции в зависимости от различных начальных концентраций горючего вещества в смеси. Для получения представления о роли этого фактора рассмотрим случай, когда молекулы двух реагирующих веществ взаимодействуют друг с другом в соотношении 1:1. Количественно зависимость скорости химической реакции от концентрации реагирующих веществ определяется открытым в 1867 году законом действия масс [6]. Согласно этому закону скорость химической реакции в рассматриваемом случае определяется по соотношению v= k [A] [B], (2.3) где [A]и[B]- концентрации веществ А и В; k – коэффициент пропорциональности, константа скорости реакции. В более общем случае скорость реакции m A+ n B = l AB выражается соотношением v  (2.4)Сумма показателей (m+n) и называется порядком реакции. |
Похожие:
 | Удельная теплоёмкость. Теплота нагревания и охлаждения Удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания топлива | | Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей внутреннего сгорания, дизелей, паровых... |
| Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется... | | Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего... |
| Основные законодательные документы и нормативно-правовые акты в области пожарной безопасности 7 | | Этот катализатор, встречающийся только в mpg-boost™, ускоряет реальную скорость, при которой топливо смешивается с воздухом в камере... |
| Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения) | | Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей |
| Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества,... | | Садки к топливу являются обычными детергентами, то есть простыми очистителями камеры сгорания. Катализатор mpg также мягко очищает... |