ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм процесса горения из "Охрана труда, техника безопасности и пожарная профилактика на предприятиях химической промышленности" Основу современных представлений о механизме реакций горения составляют тепловая теория самовоспламенения и цепная теория окисления, детально разработанные выдающимися советскими учеными Н. Н. Семеновым, Я. Б. Зельдовичем, Д. А. Франк-Каменецким и др. [c.316] Если нагревать горючую смесь, помещенную в закрытый сосуд, то можно наблюдать, что сначала реакция идет со сравнительно небольшой скоростью. Если скорость выделения тепла превышает скорость теплоотвода, то происходит саморазогрев горючей смеси, и скорость реакции увеличивается, что приводит к дальнейшему интенсивному разогреву реагирующих веществ. В конечном итоге могут создаваться условия, при которых скоро сть реакции и разогрев горючей омеси повышаются с нарастающим ускорением, и в какой-то момент происходит ее самовоспламенение. [c.317] Тепловая теория самовоспламенения хорошо объясняет зависимость температуры самовоспламенения от давления и соответственно от начальной концентрации реагирующего вещества. Действительно, для определенной начальной темлературы существуют такие давления (концентрации) реагирующего вещества, когда скорость реакции относительно мала, и количество выделяющегося при этом тепла всегда меньше количества тепла, отводимого из системы в окружающую среду саморазогрева и самовоспламенения системы при этом не происходит. В то же время при более высоких давлениях (концентрациях) реагирующего вещества начальная скорость реакции может быть достаточно велика, и количество выделяющегося тепла превышает теплоотвод в окружающую среду, что приводит к саморазогре-ву и самовоспламенению горючей смеси. [c.317] В—постоянная, зависящая от состава и других свойств смеси. [c.317] На основании этого уравнения можно заранее теоретически определить, возможно ли воспламенение горючей смеси в данных конкретных условиях. [c.318] Тепловая теория самовоспламенения позволяет хорошо описать многие явления кинетики горения, однако не в состоянии объяснить ряд кинетических особенностей процесса горения (зависимость пределов воспламенения от давления, каталитическое действие микропримесей отдельных веществ, вводимых в реакционную смесь, и др.). Эти явления объясняются с помощью теории цепных реакций. [c.318] Теории цепных реакций предшествовала теория пе-рекисного окисления горючих веществ, созданная еще в конце прошлого века. Ее назвали перекисной, так как предполагалось, что первыми продуктами окисления горючих веществ активированным (путем разрыва одной связи между атомами Оа——О—О—) молекулярным кислородом являлись перекиси и гидроперекиси. [c.318] Однако перекисная теория окисления не в состоянии объяснить некоторые характерные особенности процесса окисления, например существование индукционного периода, предшествующего видимой реакции, резкое действие следов примесей на скорость процесса и др. Это было объяснено учением о цепных реакциях, созданным Н. Н. Семеновым и его школой. [c.318] Цепными называются реакции, идущие через ряд стадий (через ряд промежуточных реакций), в которых образуются промежуточные соединения (атомы и радикалы) со свободными валентностями, так называемые активные центры, являющиеся зародышами последующих быстропротекающих стадий процесса. [c.318] Обрыв цепи на стенках реакционного сосуда происходит вследствие адсорбции активных центров поверхностью стенки обрыв цепи в объеме смеси вызывается побочными реакциями активного центра с примесями, содержащимися в смеси, а также потерей активной частицей избыточной химической энергии при столкновении с неактивными однородными или инертными молекулами. [c.320] В химических системах, в которых возможна разветвленная цепная реакция, происходит самоускорение реакции окисления, приводящее в определенных условиях к самовоспламенению смеси. Обязательным условием цепного самовоспламенения является превышение числа разветвляющихся цепей над числом обрывающихся. [c.320] Цепная теория хорошо объясняет физико-химическую сущность пределов воспламенения и явлений положительного и отрицательного катализа при горении. [c.320] Нижний предел самовоспламенения, согласно цепной теории, объясняется тем, что при уменьшении давления повышается число обрывов цепей на стенках сосуда, достигаемых активными центрами. Теория цепного окисления в отличие, например, от перекисной теории объясняет начальную фазу процесса окисления не активацией молекул кислорода, а активацией молекул окисляющегося вещества. Это положение подтверждается зависимостью начальной температуры окисления горючих веществ от структуры их молекул и молекулярной массы. [c.321] Чисто цепное самовоспламенение — довольно редкое явление, поскольку оно протекает при таких низких давлениях и температурах, при которых могут воспламеняться только очень немногие горючие вещества. В большинстве случаев процессы воспламенения и горения в реальных условиях имеют одновременно цепной и тепловой характер. Тепловые процессы ускоряют скорость цепных реакций и создают условия, приводящие к горению смеси. Так, самовоспламенение горючей смеси при реакции хлора с водородом объясняется тем, что при достаточно большой скорости цепной реакции тепловыделение превышает теплоотвод. В результате этого смесь сильно нагревается, и возникают условия, необходимые для теплового самовоспламенения. [c.321] Таким образом, несмотря на то, что большинство газовых химических реакций горения, а также распространение пламени протекают по цепному механизму, тепловые факторы при горении являются, как правило, определяющими. [c.321] Вернуться к основной статье