Без чего невозможен процесс горения

Без чего невозможен процесс горения

I. Горение и медленное окисление

Горение – это первая химическая реакция, с которой познакомился человек. Огонь… Можно ли представить наше существование без огня? Он вошел в нашу жизнь, стал неотделим от нее. Без огня человек не сварит пищу, сталь, без него невозможно движение транспорта. Огонь стал нашим другом и союзником, символом славных дел, добрых свершений, памятью о минувшем.

Горение — реакция окисления, протекающая с достаточно большой скоростью,сопровождающаяся выделением тепла и света.

Схематически этот процесс окисления можно выразить следующим образом:

Для возникновения горения необходимы:

Температура воспламенения у каждого вещества различна.

В то время как эфир может воспламениться от горячей проволоки, для того чтобы поджечь дрова, нужно нагреть их до нескольких сот градусов. Температура воспламенения веществ различна. Сера и дерево воспламеняются при температуре около 270 °С, уголь – около 350 °С, а белый фосфор – около 40 °С.

Однако не всякое окисление непременно должно сопровождаться появлением света.

Существует значительное число случаев окисления, которые мы не можем назвать процессами горения, ибо они протекают столь медленно, что остаются незаметными для наших органов чувств. Лишь по прошествии определенного, часто весьма продолжительного времени мы можем уловить продукты окисления. Так, например, обстоит дело при весьма медленном окислении (ржавлении) металлов или при процессах гниения.

Разумеется, при медленном окислении выделяется теплота, но это выделение вследствие продолжительности процесса протекает медленно. Однако сгорит ли кусок дерева быстро или подвергнется медленному окислению на воздухе в течение многих лет, все равно – в обоих случаях при этом выделится одинаковое количество теплоты.

Медленное окисление – это процесс медленного взаимодействия веществ с кислородом с медленным выделением теплоты (энергии).

Примеры взаимодействия веществ с кислородом без выделения света: гниение навоза, листьев, прогоркание масла, окисление металлов (железные форсунки при длительном употреблении становятся тоньше и меньше), дыхание аэробных существ, т. е. дышащих кислородом, сопровождается выделением теплоты, образованием углекислого газа и воды.

Познакомимся с характеристикой процессов горения и медленного окисления приведённой в таблице.

Характеристика процессов горения и медленного окисления

Источник

Пожар и его развитие. Прекращение горения

Общие понятия о процессе горения

Горение – экзотермическая реакция окисления горящего вещества, сопровождающаяся хотя бы одним из 3-х факторов:

Треугольник горения

Необходимы 3 условия для горения:

В зависимости от среды горения различают 2 вида горения:

Самовозгорание присуще многим горючим веществам и материалам. Эта отличительная особенность данной группы материалов.

Самовозгорание может быть:

Тепловое самовозгорание выражается в аккумуляции материалом тепла, в процессе которого происходит самонагревание материалов. Температура самонагревания вещества или материала является показателем его пожароопасности. Для большинства ГВ этот показатель лежит в пределах 80 0 – 1500 С.

Общие понятия о пожаре

Пожар представляет собой сложный физико-химический процесс, включающий, помимо горения, явления массо- и теплообмена, развивающиеся во времени и пространстве.

Распределение пожаров на группы и виды по сходствам или различиям называется классификацией.

Классификация – искусственная, если она объединяет пожары по внешним (случайным) признакам, и естественная, если она группирует пожары на основе их объективной внутренней связи и общих признаков развития. Естественная классификация пожаров считается научной, она позволяет предопределить закономерность тактики тушения различных видов пожара.

Пожары классифицируются по виду горючего материала и подразделяются на следующие классы:

1) пожары твердых горючих веществ и материалов (А);

2) пожары горючих жидкостей или плавящихся твердых веществ и материалов (В);

4) пожары металлов (D);

5) пожары горючих веществ и материалов электроустановок, находящихся под напряжением (Е);

6) пожары ядерных материалов, радиоактивных отходов и радиоактивных веществ (F).

Под распространяющимися пожарами понимают такие пожары, у которых происходит увеличение геометрических размеров (длины, высоты, ширины, радиуса) во времени.

Под нераспространяющимися пожарами понимают такие пожары, у которых геометрические размеры остаются неизменными во времени.

Подземными пожарами называются пожары, расположенные ниже уровня земли, на любой глубине.

Под средневысотными пожарами понимают пожары, расположенные выше уровня поверхности земли, то есть до высоты, которая достигается при использовании пожарных автолестниц и подъемников.

Высотными пожарами называются пожары, расположенные выше 30 метров от уровня поверхности земли.

На водных пространствах ( акваториях ) : пожары морских, речных судов, а также нефтегазодобывающих платформ и др.

Пространство, в котором развивается пожар, можно условно разделить на три зоны:

Зона горения характеризуется геометрическими и физическими параметрами: площадью, объемом, высотой, горючей загрузкой, скоростью выгорания веществ (линейная, массовая, объемная) и др.

Зона теплового воздействия – часть, примыкающая к зоне горения. В этой части происходит процесс теплообмена между поверхностью пламени и окружающими строительными конструкциями, материалами. Передача тепла осуществляется конвекцией, излучением, теплопроводностью. Границы зоны проходят там, где тепловое воздействие приводит к заметному изменению состояния материалов, конструкций и создает невозможные условия для пребывания людей без средств тепловой защиты.

Зона задымления – пространство, которое заполняется продуктами сгорания (дымовыми газами) в концентрациях, создающих угрозу для жизни и здоровья людей, затрудняющих действия пожарных подразделений при работе на пожарах.

Опасные факторы пожара

ОПАСНЫЙ ФАКТОР ПОЖАРА – фактор пожара, воздействие которого на людей и (или) материальные ценности может привести к ущербу.

Опасными факторами, воздействующими на людей и материальные ценности, являются:

К вторичным проявлениям опасных факторов пожара, воздействующим на людей и материальные ценности, относятся:

Читайте в отдельной статье больше информации:

Условия и механизм прекращения горения

Для прекращения горения необходимо либо снизить тепловыделение в зоне горения фронта пламени, либо увеличить теплоотвод из зоны горения.

Это может быть достигнуто различными путями:

Охлаждением поверхности горючего вещества или материала;

Изоляцией зоны горения от источника горючих газов, паров и окислителя (например, герметизацией либо горящего вещества, либо объема, в котором протекает процесс горения);

Разбавлением горючих газов, паров и окислителя, поступающих в зону горения инертными газами;

Ингибированием процессов горения (т.е. введением в исходную горючую смесь или в зону горения ингибиторов цепных реакций окисления).

Огнетушащее вещество (ОТВ) – это вещество, обладающее физико-химическими свойствами, позволяющими создать условия для прекращения горения.

Применяемые огнетушащие вещества и способы тушения

Основные характеристики огнетушащих веществ

Огнетушащая эффективность – это минимальное количество ОТВ, израсходованное на тушение модельного очага пожара данного класса. Для объемного способа тушения огнетушащая эффективность различных ОТВ зависит от многих факторов: природы горючего вещества, условий горения, свойств ОТВ, способов его применения и т.д.

Интенсивность подачи огнетушащего вещества (I) – это расход ОТВ во времени на единицу защищаемой поверхности или объема. Размерность при поверхностном способе тушения – [Is, кг/(с · м2) или л/(с · м2)], для объемного способа – [I v, кг/(с · м3) или л/(с · м3)], для линейного способа [I л, л/(с · м)]. I = Qотв / (П · τт · 60);

Удельный расход ОТВ (qуд) – это количество огнетушащего вещества (кг, л), которое требуется на единицу расчетного параметра пожара (м3, м2, м) для его успешного тушения:

Краткая характеристика, область применения огнетушащих веществ.

Вода – основное огнетушащие вещества охлаждения, наиболее доступные и универсальное.

Вода отнимает от горящих материалов и продуктов горения большое количество теплоты. При этом она частично испаряется и превращается в пар.

(из 1л воды образуется 1700 л пара). Благодаря чему происходит разбавление реагирующих веществ, что само по себе способствует прекращению горения, а также вытеснению воздуха из зоны очага пожара.

Углекислота – тяжелея воздуха в 1,5 раза, без запаха.

ВМП – воздушно механическая пена.. – образуется из раствора воды с пенообразователем ПО-1.

Обладает: стойкостью, дисперстностью, кратностью, вязкостью, охлаждающими и изолирующими свойствами.

Тонко распыленная вода (диаметр капель меньше 100 мк) – для получения ее применяют насосы, создающие давление свыше 2-3 МПа (20-30 атм) и специальные стволы распылители.

Диоксид углерода применяется для тушения пожаров электрооборудования и электроустановок, в библиотеках, книгохранилищах и архивах и т.п. Однако им, как и твердый углекислотой, категорически запрещено тушение щелочных и щелочно-земельных материалов.

Азот главным образом применяется в стационарных установках пожаротушения для тушения натрия, калия, бериллия и кальция. Для тушения магния. Лития, алюминия, циркония применяют аргон, а не азот. Диоксид углерода и азот хорошо тушат вещества, горящие пламенем (жидкости и газы), плохо тушат вещества и материалы, способные тлеть (древесина, бумага). К недостаткам диоксида углерода и азота как огнетушащих веществ следует отнести их высокие огнетушащие концентрации и отсутствие охлаждающего эффекта при тушении.

Источник

Горение

Что такое горение

Горение – это совокупность одновременно протекающих физических процессов (плавление, испарение, ионизация) и химических реакций окисления горючего вещества и материала, сопровождающееся, как правило, световым и тепловым излучением и выделением дыма. В основе горения лежит взаимодействие горючего вещества с окислителем, преимущественно с кислородом воздуха.

Однако горения может осуществляться без доступа воздуха (кислорода), если в состав горючей массы (среды) входит окислитель в виде примеси или составной части молекулы. В производственных условиях или ракетной технике горения может осуществляться в атмосфере таких окисляющих газов, как фтор, хлор, окислы азота и другие.

Некоторые вещества (порошкообразные титан и цирконий) способны гореть в атмосфере азота, двуокиси углерода, не относящимся к традиционным окислителям.

Виды горения

В зависимости от способа подвода окислителя различают:

При пожаре отмечается смешанный тип горения. В зависимости от скорости горение может быть медленным (тление), нормальным (дефлаграция) и взрывообразным (взрыв), переходящим в детонационное (детонация).

По внешнему проявлению горение может быть пламенным или беспламенным.

Беспламенное горение может возникнуть в результате дефицита окислителя (тление) или при низком давлении насыщенных паров горючего вещества (горение тугоплавких металлов и кокса).

По механизму развития горение может быть тепловым, при котором причиной самоускорения реакций окисления является повышение температуры, и автокаталитическим (цепным), когда ускорение процесса достигается накоплением промежуточных катализирующих продуктов (активных центров). Автокаталитическое горение осуществляется при сравнительно низких температурах. При достижении определенных концентраций промежуточных каталитических продуктов автокаталитическое горение может переходить в тепловое. При этом температура горения резко возрастает.

Горение может возникать и развиваться спонтанно, стихийно (пожар), но может быть специально организованным, целесообразным: энергетическое горение (в целях получения тепловой или электрической энергии) и технологическое горение (доменный процесс, металлотермия, синтез тугоплавких неорганических соединений и т.д.).

Характеристики горения

Горение характеризуется такими величинами, как: температура, скорость, полнота, состав продуктов. Располагая данными о механизме горения и его характерных особенностях, можно увеличивать скорость и температуру горения (промотирование горения) или снижать их вплоть до прекращения горения (ингибирование горения).

Источники: Основные характеристики горения. Мальцев В.М., Мальцев М.И., Кашпоров Л.Я. —М., 1977; Процессы горения в химической технологии и металлургии. Мержанов А.Г. —Черноголовка, 1975; Физика горения и взрыва. Хитрин Л.Н. —М., 1957.

Источник

Процессы горения

ВВЕДЕНИЕ

Пожарная безопасность – это такое состояние объекта, при котором исключалось бы возникновение пожара, а в случае его возникновения предотвращалось бы воздействие на людей опасных факторов пожара и обеспечивалась защита материальных ценностей.

Пожарная безопасность обеспечивается системами предотвращения пожара и пожарной защиты, включающими комплекс организационных мероприятий и технических средств.

На машиностроительных предприятиях имеются, вновь разрабатываются и внедряются различные виды производственного оборудования, новые технологические процессы. При недостаточном внимании к их особенностям они могут стать источником пожара или взрыва. Предотвратить это можно, зная пожаро- и взрывоопасные особенности оборудования, свойства материалов и их изменение в технологическом процессе.

Процессы горения

Правильная организация противопожарных мероприятий и тушения пожаров невозможна без понимания сущности химических и физических процессов, которые происходят при горении. Знание этих процессов дает возможность успешно бороться с огнем.

В большинстве случаев при пожаре окисление горючих веществ происходит кислородом воздуха, но окислителями могут выступить также хлор, бром и другие вещества. В дальнейшем в качестве окислителя будем подразумевать О₂.

Горение возможно при наличии:

1. вещества, способного гореть,

2. кислорода (воздуха),

3. источника зажигания.

При этом необходимо, чтобы горючее вещество и кислород находились в определенных количественных соотношениях, а источник зажигания имел необходимый запас тепловой энергии.

Известно, что в воздухе содержится около 21% кислорода. Горение большинства веществ становится невозможным, когда содержание кислорода в воздухе понижается до 14-18%, и только некоторые горючие вещества (водород, этилен, ацетилен и др.) могут гореть при содержании кислорода в воздухе до 10% и менее. При дальнейшем уменьшении содержания кислорода горениебольшинства веществ прекращается.

Горючее вещество и кислород являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакциюгорения.

Источником зажигания может быть горящее и накаленное тело, в также электрический разряд, обладающий запасом энергии, достаточным для возникновения горения и др.

Горючие системы подразделяются на:

1. однородные. Однородными являются системы, в которых горючее вещество и воздух равномерно перемешаны друг с другом (смеси горючих газов, паров с воздухом). Горение таких систем называют кинетическим. Скоростьего определяется скоростью химической реакции, значительной при высокой температуре. При определенных условиях такое горение может носить характер взрыва или детонации.

Для возгорания тепло источника зажигания должно быть достаточным для превращения горючих веществ в пары и газы и для нагрева их до температуры самовоспламенения.

По соотношению горючего и окислителя различают процессы горения бедных и богатых горючих смесей. Бедные смеси содержат в избытке окислитель и имеют недостаток горючего компонента. Богатые смеси, наоборот, имеют в избытке горючий компонент и в недостатке окислитель.

Возникновение горения связано с обязательным самоускорением реакции в системе.

Самоускорение химической реакции при горении подразделяется на три основных вида:

а) тепловой. По тепловой теории процесс самовоспламенения объясняется активизацией процесса окисления с возрастанием скорости химической реакции.

б) цепной. По цепной теории процесс самовоспламенения объясняется разветвлением цепей химической реакции.

Рис. 1. Один первичный центр может вызвать целую лавину химического превращения. Изображены два типа таких лавин, где каждая черточка изображает один элементарный акт реакции.

Русский учёный Николай Семёновудостоен Нобелевская премии по химии в 1956 году за исследования в области механизма химических реакций. Доказал, что многие химические реакции, включая реакцию полимеризации, осуществляются с помощью механизма цепной или разветвленной цепной реакции.

Сгорание различают:

— неполное сгорание происходит, когда к зоне горения затруднен доступ кислорода воздуха, в результате чего образуются продукты неполного сгорания: окись углерода, спирты, альдегиды и др.

Ориентировочно количество воздуха V, м 3 необходимое для сгорания 1 кг вещества (или 1 м 3 газа) определяется по формуле:

,

По теплоте сгорания горючего вещества можно определять:

а) какое количество тепла выделяется при его сгорании,

б) температуру горения,

в) давление при взрыве в замкнутом объеме и другие данные.

Температура горения вещества определяется как теоретическая, так и действительная. Теоретической называется температура горения, до которой нагреваются продукты сгорания, в предположении, что все тепло, выделяющееся при горении, идет на их нагревание.

Теоретическая температура горения

,

Действительная температура горения на 30—50% ниже теоретической, так как значительная часть тепла, выделяющегося при горении, рассеивается в окружающую среду.

Высокая температура горения способствует распространению пожара, при ней большое количество тепла излучается в окружающую среду, и идет интенсивная подготовка горючих веществ к горению. Тушение пожара при высокой температуре горения затрудняется.

Виды процессов горения:

Взрывомназывается чрезвычайно быстрое химическое (взрывчатое) превращение вещества, сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

Необходимо понимать различие между процессами возгорания (воспламенения) и самовозгорания (самовоспламенения). Для того чтобы возникло воспламенение, необходимо внести в горючую систему тепловой импульс, имеющий температуру, превышающую температуру самовоспламенения вещества. Возникновение же горения при температурах ниже температуры самовоспламенения относят к процессу самовозгорания (самовоспламенения).

Горение при этом возникает без внесения источника зажигания – за счет тепловогоилимикробиологического самовозгорания.

Тепловое самовозгорание вещества возникает в результате самонагревания под воздействием скрытого или внешнего источника нагрева. Самовоспламенение возможно только в том случае, если количество тепла, выделяемого в процессе самоокисления, будет превышать отдачу тепла в окружающую среду.

Микробиологическое самовозгорание возникает в результате самовозгорания под воздействием жизнедеятельности микроорганизмов в массе вещества (материала, смеси).

Горючие вещества характеризуются:

2. Периодом индукции (временем запаздывания самовоспламенения) называют промежуток времени, в течение которого происходит саморазогревание до воспламенения. Период индукции дляодного и того же горючего вещества неодинаков и находится в зависимости от состава смеси, начальных температур и давления.

Период индукции имеет практическое значение при действии на горючее вещество маломощных источников воспламенения (искры). Искра, попадая в горючую смесь паров или газов с воздухом, нагревает некоторый объем смеси, и в то же время происходит охлаждение искры. Воспламенение смеси зависит от соотношения периода индукции смеси и времени охлаждения искры. При этом если период индукции больше времени охлаждения искры, то воспламенения смеси не произойдет.

Период индукции принят в основу классификации газовых смесей по степени их опасности в отношении воспламенения. Период индукции пылевых смесей зависит от размера пылинок, количества летучих веществ, влажности и других факторов.

Некоторые вещества могут самовозгораться, находясь при обычной температуре. Это в основном твердые пористые вещества большей частью органического происхождения (опилки, торф, ископаемый уголь и др.). Склонны к самовозгоранию и масла, распределенные тонким слоем по большой поверхности. Этим обусловлена возможность самовозгорания промасленной ветоши. Причиной самовозгорания промасленных волокнистых материалов является распределение жировых веществ тонким слоем на их поверхности и поглощение кислорода из воздуха. Окисление масла кислородом воздуха сопровождается выделением тепла. В случае, когда количествообразующегося тепла превышает теплопотери в окружающую среду, возможно возникновение пожара.

Пожарная опасность веществ, склонных к самовозгоранию, очень велика, поскольку они могут загораться без всякого подвода тепла при температуре окружающей среды ниже температуры самовоспламенения веществ, а период индукции самовозгорающихся веществ может составлять несколько часов, дней и даже месяцев. Начавшийся процесс ускорения окисления (разогревания вещества) можно остановить лишь при обнаружении опасного нарастания температуры, что указывает на большое значение пожарно-профилактических мероприятий.

Источник