1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания




Название1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания
страница5/13
Дата публикации26.08.2013
Размер1.45 Mb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Математика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Пример. Определить, как изменится скорость реакции 2Н22=2Н2О, протекающей в закрытой емкости, если давление увеличить в 2 раза?

Решение. 1. Обозначим концентрацию Н2 при начальном давлении через С1, а концентрацию О2 через С2; тогда скорость реакции согласно соотношению (2.4) можно представить в виде

v 1 = k С12 С2

2.Находим концентрацию реагирующих веществ, при увеличении давления в 2 раза. Согласно закону Бойля-Мариотта получаем

;

3.Вычисляем скорость реакции в новых условиях

v

Скорость реакции возрастает в 8 раз.
Таким образом, кривая qI1 на рис.6 отвечает более высокой начальной концентрации горючей примеси в смеси, чем кривая q1II, и тем более чем кривая q1III.

Различают самовозгорание (самовоспламенение) тепловое, микробиологическое и химическое в зависимости от причины выделения тепла в начальной фазе самонагревания веществ и материалов.

Тепловым называется самовозгорание (самовоспламенение), вызванное тепловым самонагреванием, возникшим под воздействием внешнего нагрева вещества.

При исследовании этого процесса выделяют температуру самонагревания, под которой подразумевают самую низкую температуру вещества (смеси), при которой возникает его самонагревание вследствие реакций окисления, разложения и др. Температуру самонагревания обычно определяют экспериментально. Например, температуру самонагревания твёрдых веществ определяют в термостате, в котором образец материала можно выдерживать при заданной температуре длительное время. За температуру самонагревания принимают минимальную температуру термостата, при которой наблюдается резкое повышение температуры опытного образца, заканчивающееся его возгоранием (воспламенением).

При температуре ниже температуры самонагревания хранение и обработка веществ и материалов не связаны с опасностью их теплового самовозгорания. При температуре выше температуры самонагревания возможность самовозгорания зависит от температуры среды, времени нагрева и массы материала.

Температура самонагревания и время нагрева твердого вещества до самовозгорания (самовоспламенения) определяются по соотношениям:

lg t = A + B*lg S

lg t = CD*lg 

где t - температура окружающей среды; A, B, C, D - экспериментальные константы; S - удельная поверхность образца; - время нагревания образца.

Величина S = F/V, где F - поверхность образца, V - его объем. Например, для шара F = R, V = (4/3)*R, где R - радиус шара; для куба F = 6a2, V=a3, a - ребро куба.

Значение величин А, В, С, Д для некоторых горючих материалов приведены в табл. 6 [6].

Таблица 6

^ Значения констант температуры самонагревания


Материал

А

В

С

Д

Опилки сосновые

1,855

0,219

2,296

0,096

Плита торфяная

1,760

0,248

2,271

0,117

Сено

2,103

0,109

2,311

0,058

Солома пшеничная

2,185

0,067

2,301

0,035

Хлопок

2,018

0,140

2,332

0,057


Среди горючих веществ и материалов, склонных к тепловому самовозгоранию, выделяют группу веществ, имеющих температуру самонагревания ниже 500С. Такие вещества называют пироформными. Они представляют большую пожарную опасность. Например, алюминиевая пудра при соприкосновении с воздухом способна окисляться и при этом самонагреваться до возникновения горения при температуре окружающего воздуха t100С. Способен к самовозгоранию скипидар, распределенный тонким слоем по поверхности волокнистых материалов. К пирофорным (в особом состоянии) можно отнести отработанные минеральные масла (машинное, соляровое, трансформаторное), растительные масла (льняное, подсолнечное, конопляное, хлопковое и др.), в отдельных случаях и жиры, каменные угли и некоторые химические вещества.

Следует отметить, что минеральные масла окисляются в воздухе только при высоких температурах. Отработанные же минеральные масла способны к самовозгоранию.

Самовозгорание масел (в отдельных случаях и жиров) часто является причиной пожаров. Они могут самовозгораться при определенных условиях: при большой поверхности окисления; если маслом или жиром пропитаны какие-либо горючие материалы; при определенной уплотненности промасленного материала.

Масла, олифы и жиры, хранящиеся в емкостях, самовозгораться не могут, так как поверхность соприкосновения их с воздухом мала. Поверхность окисления увеличивается при смачивании маслом, олифой или жиром волокнистых и пористых веществ – ваты, обтирочных концов, тряпок, пакли, стружек, опилок. Необходимо также, чтобы поверхность окисления значительно превышала поверхность теплоотдачи. Такие условия создаются в случае, когда промасленные материалы сложены, например, в кучи. Соотношение материалов при самовозгорании определяется как свойствами пропитанного материала, так и свойствами масла, жира. Так самовозгорание хлопковой ваты, пропитанной олифой, наиболее вероятно при соотношении по массе 1:2. Наиболее низкая температура, при которой отмечалось самовозгорание промасленных материалов, составляла 10 –150С.

К самовозгоранию способны также каменный и бурый угли, сложенные и хранящиеся в кучах и штабелях. Основными причинами самовозгорания являются способность углей окисляться и адсорбировать пары и газы при низких температурах. Несмотря на то, что процесс окисления идет медленно и тепла выделяется мало, в больших скоплениях угля, где теплоотдача в окружающую среду затруднена, самовозгорание все же со временем происходит. Для предотвращения самовозгорания углей рекомендуется ограничение высоты штабелей и уплотнение углей в штабелях.

Микробиологическим называется самовозгорание в результате самонагревания, возникшего в результате жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества. Способностью к самовозгоранию обладают фрезерный торф, растительные материалы – сено, листья, хлопок и др. Особенно подвержены самовозгоранию недосушенные материалы. Влага и тепло способствуют размножению микроорганизмов. Отмечались также случаи самовозгорания древесных опилок в больших кучах.

Химическим называется самовозгорание, возникающее в результате химического взаимодействия веществ. Например, целая группа веществ самовозгорается при контакте с водой. К этой группе относят калий, натрий, рубидий, цезий, карбид кальция и карбиды щелочных металлов, негашеная известь, гидросульфид натрия и др.

Взаимодействие щелочных металлов калия, натрия, рубидия, цезия с водой сопровождается выделением водорода и большого количества тепла

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

2K + 2H2O = 2KOH + H2

Выделяющийся водород самовоспламеняется и горит совместно с металлом. Данный процесс иногда сопровождается взрывом с разбрызгиванием расплавленного металла. Так же ведут себя гибриды щелочных и щелочноземельных металлов KH, NaH, CaH2 при взаимодействии с небольшим количеством воды; например, при взаимодействии NaH с водой имеет место реакция вида

NaH + H2O = NaOH + H2.

При взаимодействии карбида кальция с небольшим количеством воды выделяется столько тепла, что образующийся ацетилен самовозгорается. Карбиды щелочных металлов Na2C2, K2C2 при соприкосновении с водой взрываются, причем металлы сгорают, а углерод выделяется в виде сажи. Оксид кальция (негашеная известь), реагируя с небольшим количеством воды, разогревается до свечения и может поджечь соприкасающиеся горючие материалы.

Целый ряд веществ, в основном органических, способен самовозгораться при смешении или соприкосновении с окислителями. К окислителям, вызывающим самовозгорание таких веществ, относятся сжатый кислород, галогены, азотная кислота, перекись натрия и бария, селитры, хлориты, перхлораты, хлорная известь и другие.

Следует отметить, что сжатый кислород вызывает самовозгорание веществ (минеральных масел), которые не самовозгораются в кислороде воздуха при нормальном давлении.

Хлор, бром, фтор и йод активно соединяются с некоторыми горючими веществами; при этом выделяется большое количество тепла, и вещества самовозгораются. Так, ацетилен, водород, метан, этилен в смеси с хлором самовозгораются на свету (или от света горящего магния). Нельзя хранить галогены вместе с легко воспламеняющимися жидкостями. Скипидар, смачивающий какое-либо пористое вещество (бумагу, ткань, вату), самовозгорается в хлоре.

Азотная кислота, разлагаясь, выделяет кислород, поэтому является сильным окислителем, способным вызвать самовозгорание ряда веществ

4HNO3 = 4NO2 + O2 + 2H2O

При соприкосновении с азотной кислотой самовозгораются скипидар и этиловый спирт. Растительные материалы (солома, лен, хлопок, древесные опилки и стружки) самовозгораются, если на них попадет концентрированная азотная кислота.

Смеси селитр, хлоратов, перхлоратов способны самовозгораться при действии на них серной, а иногда и азотной кислот. Знание условий и температур самовозгорания и возгорания горючих веществ и материалов дает возможность устанавливать и поддерживать безопасные в пожарном отношении режимы хранения и эксплуатации.
^ Пример. Определить температуру самонагревания и время самовозгорания кипы хлопка размером 0,8 х 0,6 х 0,6м.

Решение. 1. Находим удельную поверхность кипы хлопка

S = F/V = 2*(0,8*0,6 + 0,8*0,6 + 0,6*0,6)/(0,8*0,6*0,6) = 9,17 м-1

2. Температуру самонагревания вычисляем по первому соотношению (2.5), принимая согласно данным табл.6 значения констант А=2,018, В=0,140.

lg t = 2,018 + 0,140*lg 9,17 = 2,153; t = 1420C

3. Время от начала нагрева до момента самовозгорания находим по второму соотношению (2.5), принимая согласно данным табл.6 значения констант С = 2,332, Д = 0,057

lg 142 = 2,332 – 0,057*lg ; = 1380 час

Значения температур вспышки tвсп., самовоспламенения tсамовоспл., и воспламенения tвоспл. некоторых веществ и материалов приведены в табл. 7 [6,9].

Таблица 7

^ Значения температур tcамовоспл, tвоспл, tвс


Вещество или материал

tвоспл0С

tcамовоспл0С

tвсп0С

Ацетон

Бензин автомобильный А-74

авиационный

Керосин осветительный

тракторный 809

тракторный 819

Смазочное масло машинное

веретенное

соляровое
Мазут топливный 40

топливный 80

флотский 20

Нефть Карадагская

Балаханская

Биби-Эйбатская(легк)

Спирт этиловый

метиловый

Каменный уголь

Бумага газетная

Древесина сосновая

Плиты ДВП, ДСП

Линолеум ПХВ

Толь, рубероид

Хлопок

(-20) – (+6)

(-36) – (-7)

(-37)-(-17)

45 – 86

4 – 35

26 – 65

146 –191

125 – 175

116 - 147
138 – 145

143 – 170

124 – 145

(-21)-(+19)

23 – 50

2 –26

11 – 41

7 – 39

350

238

255

222

300

262

210

465

300

440

265

290

260

380

280

360
380

420

385

320

310

260

404

464

500

360

399

345

450 – 600

460

407

-18

- 36

-37

48

4

28

200

164

142
140

145

128

-21

23

5

13

8



В таблице два значения температуры воспламенения tвоспл. горючих жидкостей отвечают НКП и ВКП – нижнему и верхнему концентрационным пределам воспламенения соответственно. Понятие и определение НКП и ВКП даются в §2.3.

Данные о температуре самонагревания применяют при выборе безопасных условий нагрева вещества и обеспечения пожаробезопасности технологических процессов в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-85. Безопасная температура длительного нагрева - температура, не превышающая 90% температуры самонагревания.

Данные об условиях теплового самовозгорания используются при выборе безопасных условий хранения и переработки самовозгорающихся веществ также в соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.004-85.

Данные о температурах вспышки, сомовоспламенения, воспламенения используют как в различных технологических процессах, так и при экспертизах причин пожаров.

5. Распространение тепла из зоны горения. Законы Стефана-Больцмана, Смещения Вина и Бугера-Ламберта-Бера.

Ответ:

Тепло, выделяемое в зоне горения, путём теплового излучения, конвекции и теплопроводности воздуха передаётся в окружающую среду, при этом основным механизмом теплообмена является тепловое излучение.

Тепловое излучение является частью спектра электромагнитных волн, рис.8. На этом рисунке обозначено: λ – длина волны, м; область 1 – радиоволны, 2 – микроволны, 3 – радар, 4 – инфракрасное излучение, 5 – видимый свет, 6 – ультрафиолетовое излучение, 7 – рентгеновское излучение, 8 – гамма-излучение.

Известно, что интенсивность теплового излучения, то есть количество энергии, излучаемой с 1см2 поверхности абсолютно чёрного тела за 1 секунду (энергетическая светимость), пропорциональна четвёртой степени его температуры. Этот закон, носящий название закона Стефана-Больцмана, выражается в виде:

, (3.1)

где - интенсивность излучения, ;

град4 - постоянная закона;

- абсолютная температура в градусах .

Из формулы (3.1) следует, что при повышении температуры тела, например, в 2 раза интенсивность теплового излучения увеличивается в 16 раз, при увеличении в 3 раза интенсивность возрастает в 81 раз и т.д. Спектральная интенсивность излучения , то есть количество энергии, излучаемой за 1 секунду в интервале длин волн от λ до λ+1, определяется по формуле Планка

, (3.2)

где - спектральная интенсивность излучения, ;

- длина волны, мкм ;

; ;

Кривые спектральной плотности, вычисляемые по формуле (3.2) , приведены на рис.9.

Видно, чем выше температура тела, тем больше общая энергия излучения. Характерно, что при увеличении температуры ^ Т максимум спектральной плотности смещается в сторону более коротких волн (закон Вина). Согласно этому закону длина волны λм, мкм, соответствующая максимуму значения , определяется из соотношения

(3.3)

Зная температуру ^ Т, возникающую при горении, нетрудно найти значение λм и далее по рис.9 определить положение максимума спектральной плотности теплового излучения.



Рис.8. Спектр электромагнитного излучения

1
-радиоволны, 2-микроволны, 3-радар, 4-инфракрасное излучение, 5-видимый свет, 6-ультрафиолет, 7-рентгеновское излучение, 8-гамма-излучение

Рис.9. Спектр излучений в зависимости от температуры тела

1-инфракрасное излучение, 2-видимый свет, 3-ультрафиолет

Нагретые тела излучают энергию при температуре . При низких температурах излучаются в основном инфракрасные лучи, соответствующие длинным волнам. При увеличении температуры максимум энергии перемещается в сторону более коротких волн. При Т=5000С (Т=773 К) первые видимые лучи (красные) становятся настолько интенсивными, что начинают действовать на глаз человека. При появляется весь видимый спектр, затем с ростом Т наступает белое каление, а далее обнаруживаются и ультрафиолетовые лучи. Следует отметить, что наибольшее видимое световое излучение приходится на температуру ~ 6700К (температура Солнца ~60000С).

Лучистый теплообмен зоны горения (факела пламени) с окружающей внешней средой при условии стационарности процесса, одинаковости поглощающей и отражающей способностей взаимодействующих сред и соотношении поверхностей факела и среды определяется соотношением [14]
, (3.4)
где - количество тепла, передаваемое факелом в окружающую
среду в единицу времени, ;

- приведенный коэффициент, ;

- коэффициент, учитывающий степень черноты пламени (к1=0,85 при горении нефтепродуктов, к1=0,8 – при горении строительных конструкций);

- площадь поверхности факела, м2;

- температура факела пламени, К;

- температура окружающей среды, К.
Интенсивность излучения факела составляет . При значениях температуры Тс=0 и коэффициента к1=1, величина Jф соответствует Jo в соотношении (3.1).

Следует отметить, что при теплообмене между излучающим и облучаемым телами имеют место тепловые потери вследствие поглощения тепла окружающей средой. Определённое представление о роли этого фактора можно получить на основе закона Бугера-Ламберта-Бера, согласно которому изменение интенсивности монохроматических волн (света) при распространении в среде определяется по зависимости

, (3.5)

где ^ R – толщина слоя среды;

β – коэффициент поглощения.

Численное значение коэффициента зависит от физических свойств среды, её температуры, длины волны излучения. Например, при прохождении излучения по воздуху при температуре t=100, влажности 60% значение = 0,1м -1 [14].
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   13

Похожие:

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОт чего зависит температура тела?
Удельная теплоёмкость. Теплота нагревания и охлаждения Удельная теплота сгорания топлива. Теплота сгорания топлива

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconОгонь играет громадную роль в жизни человека. Применение огня для...
Даже в наши дни значение огня и горения огромно. Работа многочисленных современных двигателей внутреннего сгорания, дизелей, паровых...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания icon1 Химические реакции при сгорании топлива
Для полного сгорания массовой или объемной единицы топлива необходимо вполне определенное количество воздуха, которое называется...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЕтся комплекс мероприятий, направлен ных на ликвидацию возникшего...
Поскольку для возникновения и развития процесса горения, обусловливающего явления пожара, необходимо одновременное сочетание горючего...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconЗадачи пожарной профилактики 4 2 Сущность процесса горения и развития...
Основные законодательные документы и нормативно-правовые акты в области пожарной безопасности 7

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconПродукция
Этот катализатор, встречающийся только в mpg-boost™, ускоряет реальную скорость, при которой топливо смешивается с воздухом в камере...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБилеты органическая химия
Химические свойства альдегидов(реакции восстановления, окисления, присоединения)

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconХимические свойства алифатических альдегидов
Реакции альдегидов и кетонов, приводящих к образованию новых углерод–углеродных связей

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconБензины предназначены для применения в поршневых двигателях внутреннего...
Несмотря на различия в условиях применения автомобильные и авиационные бензины характеризуются в основном общими показателями качества,...

1. Основные химические реакции процесса горения. Теплота сгорания iconТехнологии работы биокатализатора mpg отличаются от химической присадки....
Садки к топливу являются обычными детергентами, то есть простыми очистителями камеры сгорания. Катализатор mpg также мягко очищает...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов