ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм процесса горения из "Охрана труда в нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности" Возникновение в горючей системе реакции окисления связано чаще всего с нагреванием системы тем или иным источником воспламенения. При нагревании горючей системы энергия молекул горючего и окислителя (кислорода) увеличивается, и когда она достигает некоторой величины, происходит их активизация, т. е- образуются активные центры (радикалы и атомы), имеющие свободные валентности, в результате чего молекулы горючего вещества легко вступают в соединения с кислородом воздуха. [c.124] Реакция окисления экзотермическая и прн определенных условиях может самоускоряться. Этот процесс самоускорения реакции окисления с переходом ее б гореиис и назизается самовоспламенением. Различают самовоспламенение тепловое и цепное. [c.125] Тепловое самовоспламенение. Согласно этой теории, решающим условием возникновения процесса горения является превышение (или равенство) скорости выделения тепла химической реакции над скоростью отдачи тепла реагирующей системой в окружающую среду (в случае газовой горючей системы, например, к стенкам реакционного сосуда). [c.125] Обычно процесс рассматривается в условиях зажигания горючей смеси при локальном ее разогреве до температуры воспламенения с последующим устойчивым горением с пламенем. Для начала быстрой высокотемпературной реакции возможен другой рен им одновременное нагревание до умеренной температуры всего объема горючей смеси (горючий газ и тот или иной окислитель), заключенной внутри некоторого сосуда. По мере повышения температуры смеси в сосуде начинается реакция окисления со сравнительно небольшой скоростью. За счет выделяющегося тепла смесь разогревается, и скорость реакции увеличивается, что в свою очередь приводит к нарастаю-ще.му разогреву газа. При этом скорость реакции и разогрев увеличиваются очень быстро происходит неограниченное ускорение реакции, именуемое тепловым взрывом или самовоспламенением. [c.125] Теория теплового самовоспламенения хорошо объясняет зависимость между давлением и температурой самовоспламенения горючей смеси. Допустим, что сосуд, в который вводится смесь, имеет постоянную температуру to. При повышении давления (или концентрации реагирующих газов) скорость реакции возрастает, и количество выделяющегося тепла увеличивается. Однако при достаточно малых давлениях это количество не превышает количества отводимого тепла, которое от давления не зависит, и реакция протекает при практически постоянной температуре, близкой к температуре сосуда. По-види-мому, для некоторой заданной начальной температуры существует минимальное давление, при котором количества выделяющегося и отводимого тепла сравниваются при более высоком давлении выделяется больше тепла, чем отводится, температура газа увеличивается и происходит его самовоспламенение. [c.125] Па рис. П.2 кривые 2—4 показывают зависимость выделения тепла от температуры при различных давлениях и неодинаковых составах смеси. При постоянных температурах сосуда и среды и постоянном составе смеси количество отводимого из зоны горения тепла характеризуется прямой 1. При изменении состава смеси изменяется и скорость потерь тепла, а следовательно, изменится и угол наклона прямой. Чем выше давление, тем больше тепла выделяется при реакции (кривая 4). [c.125] При незначительном подводе энергии извне возмол но вос-лламенение. Кривая 4 отражает условия, при которых неизбежно воспламенение, так как тепла выделяется больше, чем отводится. [c.126] Соотношение, связывающее. мини.мальное давление с температурой самовоспламенения, было подтверждено многочисленными экспериментами и оказалось пенным прн изучении кинетики процессов горения, а также в пожарной профилактике. Вместе с тем тепловая теория самовоспламенения не в состоянии объяснить ряда особенностей, наблюдае.мых при горении положительный или отрицательный катализ ири введении в реагирующую систему малых примесей отдельных веществ, пределы воспламенения в зависимости от давлешш и др. Эти особенности объясняет теория цепных реакций. [c.126] Цепное самовоспламенение. Сразу после химического взаимодействия продукты реакции обладают большим запасом кинетической энергии. Эта энергия. может рассеиваться в окружающем пространстве при соударении молекул или излучением, а также расходоваться на разогрев реагирующей смеси. [c.126] При таком механизме передачи энергии реакция приводит к образованию одной или нескольких новых активных частиц — возбужденных молекул, свободных радикалов или атомов. Таковы, например, атомарный водород, кислород, хлор, радикалы гидроксил НО-, нитроксил HNO-, метил -СНз и др. Все эти вещества, являясь химически ненасыщенными, отличаются высокой реакционной способностью и могут реагировать с компонентами смеси, образуя в свою очередь свободные радикалы и атомы. Химически активные группы являются актив-ньгми центрами цепной реакции. Так возникают более или менее длинная цепь реакций, в которой энергия избирательно передается от одной активной частицы к другой. [c.127] Цепная реакция самовоспла.менения протекает различно в зависимости от того, сколько вторичных активных центров образуется на каждый израсходованный активный центр — один или больше одного. В первом случае общее число активных центров остается неизменным, и реакция протекает с постоянной (для данных температуры и концентрации) скоростью, т. е. стационарно. Во втором случае число активных центров непрерывно возрастает, цепь разветвляется п реакция самоуско-ряется. [c.127] Адиабатическое воспламенение. Если нагреть горючую смесь, находящуюся в сосуде с холодными стенками, подвергая ее адиабатическому сжатию, т. е. достаточно быстро для исключения теплообмена с окружающей средой, то она воспламенится. [c.127] Воспламенение при адиабатическом сжатии отличается от самовоспламенения в нагретом сосуде тем, что стенки сосуда, оставаясь холодными, не принимают участия в инициировании активных центров цепной реакции и не влияют на минимальную температуру воспламенения. Поэтому температура адиабатического воспламенения выше температуры самовоспламенения в нагретом сосуде. [c.127] Температура самовоспламенения. Минимальная температура горючего вещества, при которой резко увеличивается скорость экзотермических реакций, заканчивающихся возникновением пламенного горения, называется температурой самовоспламенения. [c.128] На температуру самовоспламенения оказывают влияние катализаторы, которыми могут служить стенки сосудов. Так, в кварцевых сосудах те.мпература самовоспла.менення бензина на 100°С, а в платиновых почти на 300 °С ниже, чем в железных сосудах. [c.128] Тетраэтилсвинец, пентакарбонил железа и другие ингибиторы, в-водимые в небольших количествах, могут заметно повышать температуру самовоспламенения (на 100°С и выше). При введении больших количеств подобных добавок наблюдается снижение температуры самовоспламенения. [c.128] Температуры самовоспламенения большинства газов и жидкостей находятся в пределах 400—700 °С. [c.129] Вернуться к основной статье