Grunnlaget for moderne ideer om mekanismen til forbrenningsprosessen er teorien om selvantennelse , som er bygget på tre typer selvantennelsesmekanismer: termisk, autokatalytisk termisk og kjedeselvakselerasjon.
Årsaken til termisk selvantennelse kan være oppvarming av reagerende stoffer ved reaksjonsvarmen. For dette trenger du forvarme systemet og oppnå en tilstand hvor varmetilførselen som følge av reaksjonen blir høyere enn varmefjerningen fra reaksjonssonen. Under denne tilstanden vil selvakselerasjon av reaksjonen begynne og spontan antennelse vil oppstå.
Fenomenet der noen av produktene har en katalytisk effekt på en reaksjon kalles autokatalyse .Det særegne med denne reaksjonen er det at det fortsetter med en uunnværlig økende konsentrasjon av katalysatoren. For det, For at en autokatalytisk reaksjon skal utvikle seg, er det nødvendig enten transformasjon til sluttproduktet, eller eksistensen i det første øyeblikket av en viss mengde produkt for reaksjonen i form av et innledende "frø".
Autokatalytisk selvantennelse er preget av en lengre innledende periode av reaksjonen, hvor hastigheten er uforholdsmessig lav og som deretter erstattes av en periode med rask utvikling av den kjemiske transformasjonen, men selvakselerasjon skjer helt fra begynnelsen av reaksjonen. Når den kritiske reaksjonshastigheten er nådd ytterligere selvakselerasjon vil skje ikke bare som et resultat av autokatalyse, men også som et resultat av en temperaturøkning.
Kjede selvantenning har en annen natur enn termisk selvantennelse. Ved verdifulle reaksjoner varme frigjøres som et resultat forgrening av reaksjonskjeder og akkumulering av kjemisk aktive partikler.
Kjede inkluderer kjemiske prosesser der frie radikaler, eller, som de også kalles, aktive partikler, fungerer som mellompartikler. Disse aktive partiklene har frie umettede bindinger og interagerer med de opprinnelige molekylene, og forårsaker brudd på en av valensbindingene til dette molekylet og danner en ny aktiv partikkel. Sistnevnte samhandler på sin side med et nytt initialt molekyl, dermed sprer reaksjonskjeden seg og en kjedereaksjon oppstår.
Under industrielle produksjonsforhold skal en eksplosjon forstås som en rask, ukontrollert frigjøring av energi som får en sjokkbølge til å bevege seg et stykke fra kilden. Eksplosjonen kan være forårsaket :
detonasjon av kondenserte eksplosiver, rask forbrenning av en brennbar gassky;
plutselig ødeleggelse av et fartøy med komprimert gass eller overopphetet væske;
blanding overopphetet faste stoffer(smelte) med kalde væsker osv.
Energikilder under en eksplosjon kan være både kjemiske og fysiske prosesser.
Kilde til kjemisk eksplosjon er hurtigflytende eksoterme reaksjoner av interaksjon av brennbare stoffer med oksidasjonsmidler eller termisk nedbrytning av ustabile forbindelser.
Fysiske eksplosjoner oppstår når varme og kalde væsker blandes, når temperaturen til en av dem overstiger kokepunktet til den andre betydelig (for eksempel når smeltet metall helles i vann). Fordampning skjer i dette tilfellet eksplosivt.
Stoffers evne til å gjennomgå en eksplosiv prosess overholder termokjemiens lover , ifølge hvilken, hvis summen av dannelsesvarmene til produktene i en gitt reaksjon er mindre enn dannelsesvarmen til den opprinnelige forbindelsen, så er dette stoffet potensielt eksplosivt.
Kildene til eksplosjonsenergi kan være redokskjemiske reaksjoner der luft eller oksygen reagerer med et reduksjonsmiddel. Redoksreaksjoner under disse forholdene kan oppstå ved tilstrekkelig høye hastigheter som genererer sjokkbølger som kan forårsake betydelig ødeleggelse.
Laminar, deflagrasjonsforbrenning og detonasjon. Forbrenning og eksplosjon av stoffer i ulike aggregeringstilstander
Avhengig av hastigheten på flammeutbredelsen, kan forbrenningen være deflagrativ med en hastighet på flere m/s, eksplosiv - i størrelsesorden titalls og hundrevis av m/s og detonasjon - tusen m/s.
Med laminær forbrenning flammen sprer seg fra hvert punkt på fronten langs normalen til overflaten, akkurat som spredningen av en sfærisk flamme med sentral tenning. Slik forbrenning og hastigheten til flammen som beveger seg gjennom en stasjonær blanding langs normalen til overflaten kalles normal .
Forbrenningshastigheten for brennbare stoffer i en blanding med luft for mettede hydrokarboner er 0,32-0,4 m/s, for hydrogen - 2,7 m/s. Ved så lave flammeutbredelseshastigheter oppstår ikke dannelsen av en sjokkbølge foran flammefronten.
Når flammeutbredelseshastigheten når titalls og hundrevis av meter per sekund, men ikke overskrider hastigheten på lydutbredelsen i et gitt miljø (300-320 m/s), eksplosiv eller deflagrasjonsforbrenning .
Under eksplosiv forbrenning forbrenningsprodukter kan varme opp til 1500-3000°C, og trykket er lukkede systemerøker til 0,6-0,9 mPa. I forhold til utilsiktede industrielle eksplosjoner, forstås deflegasjon vanligvis som brenning av en sky med en tilsynelatende hastighet i størrelsesorden 100-300 m/s, hvor sjokkbølger med et maksimalt trykk på 20-100 kPa genereres.
Destruktivt trykk (~30 kPa) oppnås ved en flammeutbredelseshastighet på 150-200 m/s. Under visse forhold kan deflagrasjonsforbrenning (eksplosiv) forbrenning bli en detonasjonsprosess , hvor hastigheten på flammeutbredelsen overstiger lydhastigheten og når 1-5 km/s. Topptrykket som skapes under detonasjon når 200 kPa. De fleste industribygg blir ødelagt ved trykk på 25-30 kPa under eksterne eksplosjoner og 20-25 kPa under interne eksplosjoner.
I detonasjonsmodus for skyforbrenning går det meste av eksplosjonsenergien inn i en sjokkbølge ;under deflagrasjonsforbrenning er energiovergangen til en sjokkbølge omtrent 30 % , maksimal effektivitet Eksplosjonsenergien til dampgassmedier er omtrent 40 %.
Avhengig av aggregeringstilstanden til det opprinnelige stoffet og forbrenningsproduktene, skilles de :
homogen forbrenning;
forbrenning av eksplosiver;
heterogen forbrenning.
Med homogen forbrenning utgangsmaterialene og forbrenningsproduktene er i samme aggregeringstilstand. Denne typen inkluderer forbrenning av gassblandinger (naturgass med et oksidasjonsmiddel - vanligvis luftoksygen), forbrenning av ikke-forgassende kondenserte stoffer (for eksempel termitter - blandinger av aluminium med oksider av forskjellige metaller), samt isotermisk forbrenning - forplantning av en forgrenet kjedereaksjon i en gassblanding uten betydelig oppvarming.
Forbrenning av eksplosiver forbundet med overgangen til et stoff fra en kondensert tilstand til en gass. I dette tilfellet, en kompleks fysisk- kjemisk prosess, hvor det som følge av en kjemisk reaksjon frigjøres varme og brennbare gasser, som brenner ut i forbrenningssonen i et stykke fra overflaten.
Med heterogen forbrenning utgangsstoffene er i forskjellige aggregeringstilstander. De viktigste teknologiske prosessene for heterogen forbrenning er forbrenning av kull, metaller, forbrenning av flytende brensel, etc. Prosessen med heterogen forbrenning er veldig kompleks; den kjemiske transformasjonen er ledsaget av fragmentering av det brennbare stoffet og dets overgang til gassfasen i form av dråper av partikler, dannelse av oksidfilmer på metallpartikler, turbulisering, etc.
Stat utdanningsinstitusjon høyere
"Nizjnij Novgorod statsuniversitet for arkitektur og sivilingeniør"
TEORI OM FORBRENNING OG EKSPLOSJONER
Opplæringen
Nizhny Novgorod – 2007
Teori om forbrenning og eksplosjoner
Opplæringen
N. Novgorod, 2007
Manualen består av tre deler. Den første delen diskuterer forbrenningstrekkene til homogene og heterogene systemer, det grunnleggende om teorien om radikale kjedereaksjoner og forbrenningsmekanismen til visse typer drivstoff.
Den andre delen undersøker sammensetningen og egenskapene til fast, flytende og gassformig brensel.
Den tredje delen er viet miljøproblemer knyttet til drivstoffforbrenning og måter å redusere skadelige utslipp på.
ã Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, 2007
Kapittel 1. Teoretisk grunnlag forbrenningsprosess 3
1.1. Noen begreper og definisjoner 3
Oksidasjonstilstand
1.2. Flash og tenning av homogene og heterogene systemer 6
Tenning
1.3. Flamme 6
5.2. De viktigste drivstoffkomponentene 34
Oksygen
5.3. Brennverdi drivstoff 36
5.4. Fast brensel 36
Torv. Fossile kull
Brunkull
Steinkull
Antrasitt
Oljeskifer
Kunstig fast brensel
5.5. Flytende drivstoff 40
5.6. Verdens oljereserver 42
Oljesammensetning
5.7. Oljeraffinering 44
Reformering
Diesel drivstoff
Parafin, fyringsolje
5.8. Gassformig drivstoff 47
Naturgass
Tilhørende petroleumsgass
Kapittel 6. Økologiske problemer 50
6.1. Giftige effekter av forurensninger 50
Karbonmonoksid
Hydrokarboner
Benz(a)pyren
Svevestøv
6.2. Maksimalt tillatte konsentrasjoner (MPC) av urenheter 51
Svevestøv
6.3. Surt regn 53
6.4. Kreftfremkallende stoffer 54
6.5. Dannelse av nitrogenoksider under brennstoffforbrenning 57
LITTERATUR 60
TEORETISK GRUNNLAG FOR FORBRENNINGSPROSESSEN
1.1. Noen begreper og definisjoner
Forbrenning - en kompleks, raskt forekommende kjemisk prosess ledsaget av frigjøring av varme og lys. Vanligvis vurderes kjemiske reaksjoner av brennbare stoffer med atmosfærisk oksygen. For eksempel forbrenning av kull, som hovedsakelig består av karbon:
C(s) + O2(g)® CO2(g); ∆r N= -393,5 kJ/mol
hvor ∆r N < 0 – энтальпия химической реакции, указывающая, что при сгорании 12 г углерода (n= 1 mol) energi frigjøres i form av varme.
Naturgassforbrenning brukes i kjøkkengassbrenner, noen bilmotorer, dampturbiner kraftverk eller varmtvannsberederhus. I naturgass er metan hovedkomponenten (opptil 98 vol.%). Dens reaksjon med molekylært oksygen i luften er ledsaget av dannelsen av karbonmonoksid (IV) og vann:
CH4(g) + 202(g)® 2H2O(l) + CO2(g); ∆r N= -890,3 kJ/mol
Ulmende kalt flammeløs forbrenning av faste stoffer. Slik brenner koks som brukes i metallurgi. ( Cola- kull som tidligere har blitt brent flyktige forbindelser fra). Under ulmingen har prosessene lav intensitet og rød glød.
En eksplosjon er også en type forbrenning. Forskjellen er at eksplosiver allerede inneholder både et oksidasjonsmiddel (-NO2) og et reduksjonsmiddel ( -S-N grupper). For eksempel er dekomponeringen av trinitrotoluenmolekyler i monokliniske ortorhombiske krystaller eksplosiv. Det er nok å smelte krystallene ( T pl. = 88,85 0С) og varm flytende trinitrotoluen til 150 0С (fysisk prosess) slik at det oppstår en eksplosjon (kjemisk prosess):
http://pandia.ru/text/78/142/images/image005_56.gif" alt=" Signatur:" align="left" width="494 height=124" height="124">!}
|
[J. Campbell Moderne generell kjemi. T. 2. M.: «Verden». 1975]
Eksplosjon – en redoksprosess ledsaget av frigjøring av en stor mengde energi i et begrenset volum på kort tid.
Samme type drivstoff kan brenne på vanlig måte og i form av en eksplosjon. For eksempel når det brukes hjemme gassbrennere vi utfører den normale forbrenningsprosessen. Men hvis du fyller naturgass hele kjøkkenet, så hvis det oppstår en gnist eller flamme, vil det oppstå en eksplosjon.
Få fulltekstEt annet eksempel er forbrenning av krutt. Setter du fyr på en haug med krutt i luft, vil det brenne stille. Når du skyter fra håndvåpen, opplever patronen detonasjon pulverladning ved hjelp av en detonatorkapsel. I dette tilfellet er prosessen eksplosiv.
Forbrenning og eksplosjon er i de fleste tilfeller redoksreaksjoner. Dette refererer til endringsprosesser oksidasjonstilstander(CO – oksidasjonstilstand) av grunnstoffer. Spise oksidasjonsmiddel(for eksempel oksygen i den normale forbrenningsprosessen av drivstoff), som reduseres og reduserer oksidasjonstilstanden. Samhandler med ham reduksjonsmiddel, som oksiderer og øker oksidasjonstilstanden.
For eksempel hydrogenforbrenning:
H2(g) + O2(g) = H2O(l) eller
H20 + O20 = H2 + 10-2.
Oksydasjonstilstanden til hydrogen og oksygen i enkle stoffer er akseptert lik null. Etter reaksjonen ble oksidasjonstilstanden til oksygen – 2, og hydrogen +1.
Oksidasjonstilstand er den betingede ladningen til et atom i en forbindelse, beregnet ut fra en antagelse om at det dannes en ionisk forbindelse.
Vi så i eksemplet med hydrogenforbrenningsreaksjonen at det dannes en fullstendig ikke-ionisk forbindelse (H2O), men bruk av oksidasjonstall er en teknikk som lar oss etablere oksidasjonsreagensen og reduksjonsreagensen.
Et annet eksempel er forbrenning av karbonmonoksid:
2C+20-2 + O20 = 2C+4O2-2.
I denne prosessen oksideres karbon og oksygen reduseres. Dermed kan forbrenning kalles enhver reaksjon der varme frigjøres og en flamme dannes. Det kan også være en reaksjon mellom to stoffer. For eksempel, forbrenning av hydrogen i en kloratmosfære:
H2(g) + Cl2(g) = 2HCl(g)
eller dekomponeringsreaksjon (forbrenning av eksplosiver).
1.2. Flash og tenning av homogene og heterogene systemer
Det er homogen og heterogen forbrenning. På homogen drivstoffet og oksidasjonsmidlet er i samme fase (vanligvis gass, for eksempel en blanding av metan og luft). På heterogen de er i forskjellige faser, oksidasjonsmidlet er vanligvis gassformet (for eksempel O2), og reduksjonsmidlet er fast (kull C, tre, torv) eller flytende (bensin, fyringsolje, diesel).
Retrett . Fase – en homogen del av et system som har de samme fysiske og kjemiske egenskapene og er atskilt fra andre deler av systemet med et grensesnitt. System – et sett med sammenkoblede deler atskilt fra miljø og handle i forhold til det som helhet.
Den mest generelle egenskapen til forbrenning av homogene brennbare gassblandinger er manifestasjonen under visse forhold av progressiv selvakselerasjon av prosessen - tenning.
Tenning – det innledende forbrenningsstadiet der energi tilført systemet fra en ekstern energikilde får en kjemisk reaksjon til å akselerere raskt på grunn av progressiv akkumulering av energi (termisk tenning) eller aktive mellomliggende arter (kjedeantennelse).
Rollen til tenneren kan utføres av en flamme, en gnist, en oppvarmet kropp eller mekanisk påvirkning som et resultat av plutselig kompresjon brennbar blanding(det er slik den brennbare blandingen antennes i en dieselmotor) eller for eksempel friksjon ulike materialer om hverandre.
Ved tenning er det nødvendig at konsentrasjonene av drivstoff og oksidasjonsmiddel er i et visst forhold.
Det klassiske fenomenet med antennelse er prosessen med forbrenning som skjer i en liten del av den brennbare blandingen. Resten vil reagere ved å spre prosessen utover i blandingen. Tennkildene som forårsaker denne prosessen kalles termiske. Disse inkluderer en gnist, en oppvarmet kropp, en flamme, så vel som elektriske fenomener (elektriske gnister, buer, utladninger av atmosfærisk elektrisitet). Optiske fenomener, som fokusering av stråler med linser, kan også føre til antennelse. Alle varmekilder varmer opp en svært liten del av den brennbare blandingen, og etterlater resten kald.
I motsetning til tenning blits er antennelse av en blanding av luft og damp over en væske eller solid kropp uten å antenne væske eller fast stoff. En blink er bare mulig hvis sammensetningen av damp-luftblandingen er mellom øvre og nedre brennbarhetsgrense (se avsnitt). Faktisk blits – en prosess med ustabil, raskt stoppende forbrenning.
1.3. Flamme
Når den antennes av glødelegemer, jo mindre størrelsen er, desto høyere bør temperaturen være. Varmekilder svært små størrelser kan ikke antenne brennbare blandinger.
Ikke alle gnister er like i deres evne til å antenne blandinger. Gnister som oppstår fra punktet metallprodukter på smergelhjul, kan ikke antenne blandinger av metan eller bensin med luft. Gnister som dannes når metall treffer metall, metall treffer stein, og når de gnis, har forskjellige antennelsesegenskaper. Eksperimenter har vist at metan-luftblandingen ikke antennes fra gnister under kraftige slag av stålhammere på stålprøver og fra gnister fra friksjon av stål mot karborundum. Antennelse av metan-luftblandinger kan imidlertid oppstå fra gnister dannet ved sammenstøt mellom hardt fjell og stål, samt ved friksjon av hardt fjell mot fjell. Når man gni mot stein, oppstår ikke antennelse fra gnister generert under denne prosessen, men fra den termiske effekten av en varm sone, som kan nå 1200°C.
Få fulltekstDet er også eksperimentelt fastslått at friksjonen av stål på stål kan antenne blandinger av luft med hydrogen, acetylen, hydrogensulfid og koksovnsgass. Friksjonen av aluminiumslegeringer på ståloverflater dekket med rust forårsaker antennelse av alle kjente eksplosive gassblandinger. Årsaken er en eksoterm reaksjon:
Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe; D N = - 853,5 kJ/mol
forårsaker oppvarming av friksjonspunktet.
Denne kunnskapen lar deg velge de riktige materialene for utvikling av verktøy og mekanismer som opererer i eksplosive områder (gruver, gassfelt, pumpe- og bensinstasjoner, etc.).
Ulik brennbarhet av forskjellige fysiske og kjemiske prosesser er assosiert med energi som frigjøres i form av varme og er i stand til å varme opp et område av den brennbare blandingen. Et tydelig eksempel på viktigheten av gnistenergi er tenning av elektriske gnister. For hver blanding er det en minimumseffekt av en elektrisk gnist som er i stand til å tenne den. Minimumseffekten avhenger av blandingens sammensetning, temperatur og trykk. En økning i gnistkraft fører til en utvidelse av området for antennelse av gassblandinger. Men når en viss gnistkraft er nådd, forårsaker økningen ikke lenger en utvidelse av tenningsgrensene til blandingen. Gnister av slik kraft kalles mettet. Deres bruk i enheter for å bestemme konsentrasjons- eller temperaturgrenser for antennelse gir samme resultater som tenning med glødelegemer eller flammer. Mettede gnister kan betraktes som en type høytemperaturtenningskilde.
Flamme alltid en effektiv tennkilde.
Antennelsen av heterogene brennbare blandinger har sine egne egenskaper som skiller dem fra homogene brennbare blandinger. Av de faste brennbare stoffene er fibrøse og finknuste materialer (bomull, filt, stoff, høy, ull, mel og kullstøv etc.) mest utsatt for antennelse. Alle av dem har lav varmeledningsevne og en stor overflate, noe som bidrar til bevaring av gnistens termiske energi i et lite volum brennbart stoff og rask oppvarming. Siden et lite volum av faste brennbare stoffer varmes opp av en gnist, er de resulterende gassformige nedbrytningsproduktene og gnistenergien ikke nok til å danne en brennbar blanding. Derfor er tenning av gnister ikke ledsaget av forbrenning av fibrøse stoffer, men av ulming av en karbonholdig rest. Bare kraftigere tennkilder og deres lengre virketid (flammer, store glødelegemer) kan forårsake antennelse av faste stoffer med dannelse av en flamme.
Flamme er alltid en effektiv antennelseskilde (fig.) ikke bare for homogene gassblandinger, men også for heterogene.
http://pandia.ru/text/78/142/images/image007_43.gif" width="605" height="246 src=">
Ris. 1 . Temperaturfordeling i en flamme under forbrenning av gassformige, flytende og faste materialer
For at fast brensel skal antennes, må deres bestanddeler omdannes til gassform eller omdannes til brennbart kull. Dette krever oppvarming til høy temperatur. I dette tilfellet dannes det brennbare blandinger med luft, som antennes. Slik antennes tre og naturlig kull. Det første trinnet er dekomponering av drivstoffet med dannelse av flyktige brennbare stoffer, eller fordampning av flyktige organiske stoffer i drivstoffet. Da antennes den brennbare gassblandingen med luft. På neste trinn blir selve det faste brenselet antent av flammen.
Forbrenning flytende drivstoff alltid ledsaget av fordampning av drivstoff og forbrenning av dets damper. I flytende form blir drivstoff generelt ikke oksidert av oksygen. Som et resultat brenner bare den delen av den som har klart å fordampe. Derfor i motorer intern forbrenning Den viktigste rollen spilles av prosessen med injeksjon og fordampning av drivstoffdråper. Jo mer effektive disse prosessene er, jo høyere effektivitet. både motoreffekt og lavere drivstofforbruk.
Flamme foran
Som nevnt over, karakteristisk trekk Forbrenningen av homogene blandinger er den spontane romlige spredningen av flammer. Under prosessen med forbrenningsforplantning deles gassblandingen i to deler: den brente gassen og den uforbrente blandingen, og deres grense kalles flammefronten. Det er et tynt gasslag der forbrenningsprosessen skjer. I fig. Figur 2 viser en modell av forbrenning av en gassblanding i et rør. Blandingen til høyre settes i brann. Flammen beveger seg fra høyre til venstre.
Ris. 1. Bevegelse av flammefronten i et gassrør
Flammeutbredelse skjer i to typer: detonasjonsbølge og forbrenningsbølge.
Detonasjonsbølge – en av typene sjokkbølger, hvis forplantning er ledsaget av varmeavgivelse på grunn av reaksjoner i fronten. Denne bølgen tenner neste porsjon gass. Hovedtrekket til en detonasjonsbølge er den enorme forskjellen i trykk foran og bak fronten. Hastigheten på detonasjonsbølgen er høyere enn lydhastigheten (i faste eksplosive blandinger kan den nå 7-10 km/s) og prosessen fortsetter som en eksplosjon. Det høye trykket foran fronten komprimerer gassblandingen kraftig og danner sterkt oppvarmede produkter som selvantenner.
Brennende bølge spres gjennom diffusjon av aktive partikler inn i tilstøtende soner og varmeoverføring til tilstøtende gasslag. Flammefrontens bevegelseshastighet er betydelig lavere enn lydhastigheten og det er ingen stor trykkforskjell.
Få fulltekst1.4. Kinetiske og diffusjonsforbrenningsområder
For å skape et teoretisk grunnlag for en spesifikk forbrenningsprosess, er det viktig å forstå hvilken prosess – fysisk eller kjemisk – som er begrensende, den tregeste, bestemmer hastigheten på hele prosessen som helhet. For å fremskynde hele forbrenningsprosessen, er det nødvendig å fremskynde først og fremst begrensende prosessen.
Forbrenningsområdet der forbrenningstiden kun avhenger av hastigheten på den kjemiske reaksjonen mellom oksygen og drivstoff kalles kinetisk. I det kinetiske området oppstår for eksempel ulming av trekull eller tre. Siden ulming oppstår ved lave temperaturer, er reaksjonshastigheten så langsom at oksygendiffusjonshastigheten til overflaten vanligvis overstiger hastigheten for oksygeninteraksjon. I i dette eksemplet Det hastighetsbegrensende stadiet er den kjemiske reaksjonen, siden den er den tregeste.
Forbrenningsområdet der prosessens hastighet bare avhenger av tiden som kreves for fysisk kontakt mellom oksygen og brensel, eller av hastigheten til en annen fysisk prosess, kalles diffusjon.
Forbrenning av flytende brensel skjer vanligvis i diffusjonsområdet. Ved brenning av flytende drivstoff er fordampningshastigheten begrenset (og, som nevnt ovenfor, brenner bare fordampede stoffer). Hvis du vil fremskynde hele forbrenningsprosessen, må du legge forholdene til rette for bedre fordampning.
For homogene prosesser avhenger begrensningstrinnet av blandingens totale trykk. På høyt blodtrykk Frekvensen av kollisjoner av reagerende partikler er svært høy, så det kan begrense hastigheten på en kjemisk reaksjon. I dette tilfellet skjer forbrenning i det kinetiske området.
I gassblandinger kan prosessen også skje i diffusjonsområdet dersom totaltrykket er lavt, siden det tregeste stadiet vil være gjensidig diffusjon og kollisjon av reagerende partikler. Mellom disse ekstreme tilfellene er det et område med mellomtrykk der begge prosessene - kjemiske og fysiske - er viktige.
I diffusjonsområdet skjer også forbrenning av gassen som forlater røret. I disse tilfellene dannes en blanding av damper og gasser med luft under forbrenningen som følge av diffusjon av oksygen til brenselmolekylene.
Under intens høytemperaturforbrenning fast brensel begrenser vanligvis diffusjonen av oksygen til drivstoffoverflaten og fjerning av produkter fra overflaten. I denne prosessen med å brenne antrasitt, koks eller trekull, når overflatetemperaturen er høy, er reaksjonshastigheten veldig høy. I dette tilfellet henger oksygenhastigheten til overflaten etter hastigheten på den kjemiske reaksjonen.
KAPITTEL 2
EGENSKAPER VED FORBRENNING AV GASSER, VÆSKER OG FASTSTOFFER
2.1. Funksjoner ved gassforbrenning
Et trekk ved forbrenningen av homogene systemer er tilstedeværelsen av kritiske forhold, det vil si visse parametere som er karakteristiske for en gitt spesifikk brennbar blanding, utenfor hvilke reaksjonen fortsetter stasjonært, uten selvakselerasjon, og innenfor deres grenser akselereres den selv. Slike parametere inkluderer sammensetningen av blandingen (konsentrasjon av brennbart stoff og oksidasjonsmiddel), trykk, begynnelsestemperatur, tilstedeværelse av urenheter, geometrien til fartøyet og materialet til dets vegger, og noen andre. Overgangen fra en langsom tilstand til en rask tilstand er brå. Det er nok å endre bare litt størrelsen på karet, temperaturen eller konsentrasjonen av drivstoffet, og reaksjonsforløpet endres radikalt. I noen tilfeller, med konstant eksponering for en tennkilde (for eksempel en flamme), oppstår ikke antennelse. Samspillet mellom drivstoff og oksidasjonsmiddel skjer, men bare i flammesonen, og det forplanter seg ikke. Gradvis vil hele blandingen reagere. Tiden for fullstendig forbruk av drivstoff avhenger av tennkilden - dens effekt, temperatur, handlingsområde. Hvis parametrene til blandingen er i tenningsområdet, er en kortvarig eksponering for tennkilden nok til at en eksplosjon eller rask forbrenning av blandingen oppstår.
La oss vurdere effekten av konsentrasjon på en blandings evne til å selvantenne. Det er kjent at for at en gassblanding skal antennes, må konsentrasjonen av drivstoff være innenfor visse grenser - mellom Nedre Og topp tenningsgrenser. Disse grensene avhenger av drivstoffet, oksidasjonsmidlet, enheten der prosessen studeres (geometrien til fartøyet, materialet i veggene) og tilstedeværelsen av fremmede urenheter i gassblandingen. I tabellen Tabell 1 viser brennbarhetsgrensene for enkelte stoffer.
Tabell 1.
Brennbarhetsgrenser for enkelte gassblandinger
Stoff i gassform | Brennbarhetsgrenser, % volum |
|
Ammoniakk NH3 | ||
Acetylen C2H2 | ||
Aceton (CH3)2CO | ||
Metan CH4 | ||
Propan C3H8 | ||
Etanol C2H5OH | ||
Dietyleter (C2H5)2O | ||
Benzen C6H6 |
Når du erstatter luft med oksygen, øker begge grensene, den nedre litt, og den øvre sterkere. For eksempel, for hydrogen blandet med oksygen, er den nedre grensen 4,7 % og den øvre grensen er 93,9 %. For metan er nedre grense 5,4 % og øvre grense 59,2 %.
Forklaringen på tilstedeværelsen av brennbarhetsgrenser ligger innen kjemisk kinetikk. Som kjent er hastigheten av kjemiske reaksjoner proporsjonal med produktet av konsentrasjonen av de reagerende stoffene. I i dette tilfellet det er et drivstoff og et oksidasjonsmiddel. Den nedre grensen er preget av en lav konsentrasjon av drivstoff, slik at hastigheten er lav og prosessen blekner, og skjer uten selvakselerasjon.
Få fulltekstDen øvre grensen er assosiert med en lav konsentrasjon av oksidasjonsmidlet, med dets mangel på utvikling av forbrenningsprosessen. Det mest optimale for forbrenningsprosessen er det støkiometriske forholdet mellom drivstoff og oksidasjonsmiddel, det vil si tilsvarer koeffisientene i reaksjonsligningen mellom dem.
Den sterke forskjellen i øvre grense for blandinger med oksygen og luft skyldes at det kun er 21 % oksygen i luft. Når du erstatter luft med oksygen, øker oksygenkonsentrasjonen i den brennbare blandingen nesten fem ganger, så mangelen oppstår ved mye høyere drivstoffkonsentrasjoner.
På grunn av tilstedeværelsen av en nedre tenningsgrense, oppstår fullstendig forbrenning av drivstoffet nesten sjelden. Dette gjelder spesielt i enheter der det er en kort tid tilstedeværelsen av drivstoff i fakler (for eksempel i forbrenningsmotorer). De slipper alltid ureagert drivstoff ut i atmosfæren (gass, bensin, diesel, etc.). Ved store termiske kraftverk skjer forbrenning i lange flammer, og andelen uforbrent drivstoff er betydelig lavere.
2.2. Funksjoner ved forbrenning av væsker
Forbrenningen av væsker har sin egen spesifikke funksjoner. Denne prosessen er svært viktig, siden den utføres uansett hvor flytende eller fast brensel brukes.
Det er to måter å forbrenne heterogene systemer på - blits Og tenning. Forløpet av prosessen avhenger av forholdet mellom hastigheten på drivstofffordampningen ( W isp) og dens brennhastighet ( W fjell).
Dersom vilkåret er oppfylt W isp< W fjell, så fortsetter prosessen som et glimt. Et blits er en prosess med ustabil, raskt stopper forbrenningen.
I nærvær av en konstant fungerende tennkilde (for eksempel et oppvarmet legeme), tennes den fordampede delen av drivstoffet periodisk og prosessen stopper. Utbruddet starter igjen når drivstoffkonsentrasjonen i gassfasen igjen når nedre brennbarhetsgrense. Det begrensende stadiet i denne prosessen er fordampningen av væsken. Prosessen foregår i diffusjonsområdet. Vanligvis er en blits ledsaget av forbrenning av væsker under lave temperaturer, hvor fordampningshastigheten er lav.
Når temperaturen øker, øker frekvensen av utbrudd, og når en viss temperatur er nådd ( antennelsestemperatur) blir forbrenningsprosessen konstant. Denne prosessen med forbrenning av flytende heterogene systemer kalles tenning. Vilkår må være oppfylt for at antennelse skal skje W isp ≥ W fjell
For forbrenning av væsker er det også brennbarhetsgrenser, men de uttrykkes i temperatur.
Temperaturgrenser for antennelse av væsker
Temperaturen til væsken der en konsentrasjon av mettet damp lik den nedre brennbarhetsgrensen dannes over overflaten kalles nedre brennbarhetsgrense(NTPV).
Temperaturen til væsken der en konsentrasjon av mettet damp lik den øvre brennbarhetsgrensen dannes over overflaten, kalles den øvre antennelsestemperaturgrense(VTPV).
Temperaturgrenser bestemmes under forholdene som væske-damp-likevekt oppnås, og er derfor termodynamiske parametere.
Temperaturantennelsesgrenser brukes til å vurdere brannfaren for væsker og teknologiske prosesser knyttet til deres bruk ved beregning sikre moduser drift av teknologisk utstyr og brannfare for lagringstanker med væsker og flyktige faste stoffer.
Flammepunkt- den laveste temperaturen der damper dannes over overflaten av væsken som kan blinke i luft fra en antennelseskilde, men hastigheten på dampdannelsen er utilstrekkelig for konstant stabil forbrenning. I motsetning til LTPV er flammepunktet en kinetisk parameter, siden det karakteriserer fordampningshastigheten.
Væsker som kan brenne deles inn i svært brannfarlig(LVZH) og brannfarlig(GJ). brannfarlige væsker er væsker med et flammepunkt som ikke er høyere enn 61°C i en lukket digel eller 66°C i en åpen digel.
GL er væsker med et flammepunkt over disse verdiene.
1. kategori. OM ekstremt farlig LVZH. Disse inkluderer væsker med et flammepunkt på 18 °C og lavere i en lukket digel og fra 13 °C og lavere i en åpen digel;
2. kategori. Stadig farlig LVZH. Disse inkluderer væsker med et flammepunkt fra 18 °C til 23 °C i en lukket digel eller fra 13 °C til 27 °C og lavere i en åpen digel;
3. kategori. LVZH, farlig ved høye temperaturer luft. Disse inkluderer væsker med et flammepunkt på 23°C til 61°C i en lukket kopp eller fra 27°C til 66°C i en åpen kopp.
Avhengig av flammepunktet, still inn trygge måter lagring, transport og bruk av væsker til ulike formål.
For forbindelser av samme homologe serie øker flammepunktet naturlig med økende molar masse (tabell 2).
Tabell 2
Flammepunkt for alkoholer avhengig av molarmassen til den kjemiske forbindelsen
Molar masse, g/mol | Temperatur, °C |
||
Metyl CH3OH | |||
Etyl C2H5OH | |||
n-propyl C3H7OH | |||
n-butyl C4H9OH | |||
n-Amyl C5H11OH |
Antennelsestemperaturen til væsker for brennbare væsker avviker fra flammepunktet med 1-3°C, for gassvæsker - med 30-35°C.
Forbrenning er en kompleks kjemisk prosess, som er grunnlaget for en oksidasjonsreaksjon som skjer under forhold med progressiv selvakselerasjon assosiert med akkumulering av varme i systemet.
Egenskaper forbrenning - frigjøring av varme, selvoppvarming og glød av stoffer under deres kjemiske transformasjon.
Den fysiske tilstanden til stoffer og fysiske prosesser har stor innflytelse på hastigheten og rekkefølgen av reaksjoner under oksidasjon av stoffer, samt på sammensetningen av forbrenningsprodukter.
For eksempel: hvis det er utilstrekkelig tilførsel av oksygen til forbrenningssonen, vil prosessen gå sakte, og sammensetningen av forbrenningsprodukter vil variere i et høyt innhold av produkter med ufullstendig forbrenning, dvs. slike produkter som er i stand til ytterligere forbrenning.
Ved ufullstendig forbrenning av karbonholdige stoffer dannes det karbondioksid og karbonmonoksid i luften i tillegg inneholder forbrenningsproduktene uforbrente små karbonpartikler som danner røyk.
Gassformig oksidasjonsmiddel går inn i forbrenningssonen som følge av konveksjon og diffusjon. Unntaket er når oksidasjonsmidlet er inneholdt i den brennbare blandingen i en mengde som er nødvendig for å utføre forbrenningsprosessen.
Når de utsettes for en ekstern puls eller tennkilde, spaltes stoffer som inneholder et oksidasjonsmiddel nesten øyeblikkelig og oksidasjonsmidlet reagerer med det brennbare stoffet, som sprer seg med høy hastighet gjennom hele volumet. Reaksjonen er ledsaget av frigjøring av en stor mengde varme. Forbrenning tar form av en eksplosjon.
Andre stoffer kan tjene som oksidasjonsmidler. For eksempel: svovel, halogener, komplekse oksygenholdige stoffer - peroksider, nitroforbindelser, salpetersyre, perklorater.
Men oftest skjer forbrenning med deltagelse av oksygen i luften (21 % O 2 i luften er en del av vann og mange mineraler). For eksempel kan forbrenning av faste stoffer i form av en aerosol eksplodere under forbrenning, men i form av en aerogel (fast masse) kan den brenne stille eller ulme.
Forbrenning skilles: termisk og autokatalytisk.
Termisk er assosiert med en eksoterm reaksjon, når hastigheten på varmeavgivelsen overstiger hastigheten på varmetapet og det skapes betingelser for den progressive selvakselerasjonen av selvoppvarmingsreaksjonen til systemet og den romlige spredningen av forbrenningen.
Autokatalytisk (eller kjede) forbrenning skjer ved relativt lave temperaturer, for eksempel: hvit fosfor (brenner i luft kl.< 50 С), выделяемая энергия при таком горении расходуется на образование новых реакционно способных промежуточных частиц в еще большем количестве, что способствует ускорению и пространственному распространению реакции.
Det vanligste er termisk forbrenning.
For at forbrenning skal skje, trengs det altså et system: et brennbart stoff, et oksidasjonsmiddel, en tennkilde eller en impuls som akselererer oksidasjonsreaksjonen.
Et brennbart stoff kan være i gassform, flytende eller fast tilstand.
Forbrenningen av gasser og damper i luft skjer helt i gassfasen og er volumetrisk. Forbrenning er ledsaget av en flamme eller eksplosjon.
En flamme er et lysende rom der gasser og damper brenner.
Forbrenning i form av en eksplosjon er forbrenning på kort tid.
Forbrenningen av en væske er den flammende forbrenningen av dens damper og nedbrytningsprodukter.
Forbrenning av faste stoffer er preget av en lang rekke prosesser. - Dette skyldes variasjonen av kjemiske og fysiske egenskaper og forhold (spredning, porøsitet, fuktighet, homogenitet) og miljøets tilstand.
Eksplosjon av støv (torv, tre, mel, sukker).
Forbrenning kan skje i to forskjellige former:
1. Brann (tenning)
2. Spontan forbrenning (spontan forbrenning)
Forbrenning av stoffer er mulig når de utsettes for en termisk impuls fra en tennkilde. Dens størrelse må være tilstrekkelig til å varme opp stoffet til en temperatur hvor det oppstår ytterligere selvoppvarming og stabil forbrenning etter fjerning av tennkilden.
Antennelsestemperaturen til mange organiske faste stoffer er antennelsestemperaturen til damp og gassformige produkter av deres termiske nedbrytning (for eksempel tre).
Spontan forbrenning (spontan forbrenning) er prosessen med forbrenning som skjer i fravær av en tennkilde. Det observeres med en kraftig økning i hastigheten på en eksoterm reaksjon i volumet av et stoff, når hastigheten på varmeavgivelsen er større enn spredningshastigheten.
Typer spontan forbrenning:
1). Termisk (oljer, fett). Oljer av maskiner, transformatorer. Oksidasjon skjer ved lufttemperatur og er ikke i stand til selvantennelse.
Brukte mineraloljer som har blitt varmet opp til temperaturer som er utsatt for selvantennelse (siden mettede hydrokarboner blir til umettede hydrokarboner).
Vegetabilske oljer er utsatt for spontan forbrenning.
2). Mikrobiologisk:
spontan forbrenning av torv på grunn av aktiviteten til mikroorganismer.
Høy, kløver, løvverk - jernsulfider.
3). Kjemisk: alkalimetaller natrium, kalium, under visse forhold klor, fluor, brom, jod.
Tennkilder.
Tennkilder kan være forskjellige for forskjellige stoffer: åpen ild; termisk manifestasjon (kjemisk, mikrobiologisk opprinnelse, friksjonskrefter); mekanisk (gnister fra støt fra gnistproduserende metaller); elektrisk (høy transient motstand, kortslutning, elektrisk sveising); naturlig (lyn, tordenvær); være av kjemisk karakter ( Kjemiske egenskaper stoffer).
Industrielle tennkilder er preget av deres antennelighet.
I produksjonsforhold er det en betydelig mengde ulike kilder tenninger, både permanent aktive (de er gitt av de teknologiske forskriftene) og potensielt mulig hvis den teknologiske prosessen forstyrres.
Betingelsene som er nødvendige for å forhindre brann er: 1. Utelukkelse av oksidasjonsmidlet i det brennbare stoffet. 2. Eliminering av tennkilden. 3. Eliminering av brennbare stoffer.
TEMA 4
Essensen av prosessen er fjellaktig. Teoretisk grunnlag for mekanismen til smia og vibuhu. Klassifisering av fjellarter. Ute og ute brenner. Laminær og deflagrasjonsforbrenning, vibrasjon og detonasjon. Homogene og heterogene fjell.
Forbrenning- en kjemisk reaksjon av oksidasjon av et stoff, som er ledsaget av frigjøring av en stor mengde varme og lys med progressiv selvakselerasjon.
Forbrenningsforhold:
1) tilstedeværelsen av et brennbart stoff;
2) tilstedeværelsen av et oksidasjonsmiddel; (02, Cl2, F2, Br2, 12, NO, NO2);
3) tilstedeværelse av en tennkilde (puls).
Betingelsene for dannelsen av en flamme er tilstedeværelsen av dannelsen av en blanding der en kjemisk reaksjon kan oppstå. Samtidig må mengden varme som frigjøres under forbrenningen av en enhetsvekt drivstoff være tilstrekkelig til å øke temperaturen på reaktantene betydelig sammenlignet med forbrenningsproduktene. Hastigheten til en kjemisk reaksjon, dvs. mengden stoff som reagerer per volumenhet per tidsenhet øker sterkt med temperaturen, derfor observeres selvakselerasjon av reaksjonen under disse forholdene.
Brannfarlig stoff- et fast, flytende eller gassformet stoff som kan brenne når det utsettes for brann. Når oksygenkonsentrasjonen i luften avtar, avtar forbrenningsintensiteten. Imidlertid brenner komprimert acetylen, nitrogenklorid og ozon uten lufttilgang.
Forbrenning skjer i et medium i bevegelse. Denne bevegelsen kan være en konsekvens av selve forbrenningsprosessen (stearinlys) eller på grunn av tvungne årsaker (gassturbin).
Laminær forbrenning– tilstøtende lag med væske glir jevnt over hverandre.
Flammens hastighet i forhold til den opprinnelige blandingen avhenger av arten av den kjemiske reaksjonen og den termiske ledningsevnen til gassen. Forbrenningsprosessen, der start- og slutttilstanden er preget av punktene A og B, kalles normal eller deflagrasjon. Hastigheten på flammeutbredelsen er flere meter per sekund.
Eksplosiv forbrenning– flammeutbredelseshastigheten når omtrent ti meter per sekund.
En eksplosjon er forbrenning av et stoff, ledsaget av en ekstremt rask frigjøring av en stor mengde energi, noe som får forbrenningsproduktene til å varme opp til høye temperaturer og en kraftig økning i trykk.
Detonasjonsforbrenning– brennhastighet opp til 1000 m/s – tennpulsen overføres fra lag til lag av blandingen ikke på grunn av varmeledning, men på grunn av en trykkpuls.
Avhengig av egenskapene til den brennbare blandingen, kan forbrenningen være homogen eller heterogen. Hvis utgangsmaterialer har én aggregeringstilstand (forbrenning av gasser), så kalles forbrenning homogen.
Brannfaren til ulike stoffer og materialer vurderes ut fra deres evne til å forårsake brann og eksplosjon. Brannfarlige stoffer er stoffer som har økt brannfare. Faren for eksplosjon og brann i rom hvor det frigjøres damper og gasser av brennbare stoffer og støv, avhenger av konsentrasjonen i luften.
Hvis det oppstår en konsentrasjon av støv, damper eller gasser i luften som er over den nedre antennelsesgrensen, vil det oppstå en eksplosjon hvis en åpen brannkilde er synlig, og utover den øvre antennelsesgrensen vil det oppstå forbrenning.
De nedre og øvre grensene for eksplosjonen kalles henholdsvis den laveste og høyeste konsentrasjonen av damper, gasser eller støv i luften der det er sannsynlighet for at blandingen eksploderer. I følge GOST 12.1.004 - 85 brannfare stoffer er karakterisert ved deres brennbarhet, forbrenning og eksplosjonsfare.
Brannfarlige stoffer har følgende betegnelser:
NG – ikke-brennbare stoffer. Dette er stoffer som ikke er i stand til å brenne i en luftatmosfære med normal sammensetning.
TG er et svært brannfarlig stoff. Kan bare brenne under påvirkning av en ekstern tennkilde, men er ikke i stand til å brenne uavhengig etter at den er fjernet.
GV er en brennbar væske. Dette er en væske som brenner av seg selv etter at antennelseskilden er fjernet. Flammepunktet er over 61 0 C i en lukket smeltedigel eller 66 0 C i en åpen smeltedigel.
brennbare væsker er brennbare væsker. Brenner uavhengig etter fjerning av tennkilden med et flammepunkt som ikke er høyere enn 61 0 C i en lukket smeltedigel eller 66 0 C i en åpen smeltedigel.
GG – brennbar gass, som er i stand til å danne brennbare og eksplosive blandinger med luft ved temperaturer som ikke overstiger 55 0 C.
Eksplosiv er et eksplosivt stoff som kan eksplodere eller detonere uten tilstedeværelse av oksygen (O 3, CHºCH, nitrogenklorid). Dette kan også være metaller som kan brenne i en atmosfære av klor, svoveldamp eller karbondioksid.
Brennbarhetsgrensene for brennbare væske- og gassvæskedamper er uttrykt ved temperaturgrenser. Samtidig, den nedre og øvre temperaturgrenser tilsvarer nedre (IVC) og øvre (UVC) konsentrasjonsgrense, uttrykt som en volumprosent.
De farligste er væsker med et flammepunkt på minst 15 0 C og brede antennelsesgrenser (karbondisulfid har: Tfsp = -43 0 C; NVP = 1%; VPV = 50%).
En av de utpekte formene for soling, på grunn av hvilken forbrenningsprosessen oppstår, er en flash. Blits– hurtigflytende prosess for forbrenning av damper brannfarlig væske, som oppstår når de kommer i kontakt med en åpen ildkilde. Antennelse er en langvarig forbrenningsprosess som oppstår fra en brannkilde og varer så lenge det frigjøres damper fra det brennbare stoffet. Antennelse skjer ved temperaturer som er høyere enn flammepunktet for brennbare væsker med 2...5 0 C, og for brennbare væsker med 5...30 0 C.
Klassifisering av væsker som brenner inn i lett-å-bruke (LZR) og brennbare væsker (GR) basert på temperaturen på brannen.
Klassifisering av brannfarlige stoffer i henhold til eksplosjons- og brannfare:
– eksplosiv og brannfarlig: GG, hvis nedre eksplosjonsgrense er 10 % eller mindre av luftvolumet; væsker med dampflammepunkt opptil 28 0 C inklusive, forutsatt at ovennevnte gasser og væsker kan danne eksplosive blandinger i et volum som overstiger 5 % av rommets volum; stoffer som er i stand til å eksplodere og brenne når de interagerer med vann, atmosfærisk oksygen eller med hverandre;
– GG, hvis nedre eksplosjonsgrense er mer enn 10 % av luftvolumet, væske med et dampflammepunkt fra 28 0 C til og med 61 0 C; væsker oppvarmet til flammepunkt eller høyere; brennbart støv og fibre, hvis nedre eksplosjonsgrense er 65 g/m 3 eller mindre i forhold til luftvolumet;
– brannfarlig: væsker med et flammepunkt for damper over 61 0 C, brennbart støv eller fibre, hvis nedre eksplosjonsgrense er mer enn 65 g/m 3 til luftvolumet; stoffer som kan brenne når de interagerer med vann, luft oksygen eller med hverandre, faste brennbare stoffer og materialer.
– ikke-brennbare stoffer og materialer i varm, glødende eller smeltet tilstand, hvis bearbeiding er ledsaget av frigjøring av strålevarme, gnister og flammer;
– eksplosiv: brannfarlige gasser uten flytende fase og eksplosivt støv i slike mengder at de kan danne eksplosive blandinger i et volum som overstiger 5 % av rommets volum, og som i henhold til forholdene i den tekniske prosessen kun er en eksplosjon er mulig (uten etterfølgende forbrenning); stoffer som er i stand til (uten etterfølgende forbrenning) når de interagerer med vann, luft oksygen eller med hverandre.
Eksplosjonsfaren for suspendert brennbart støv kan karakteriseres ved: følgende parametere:
– LEL, g/m3;
– selvantennelsestemperatur;
- omgivelsestemperatur;
– minimum tenningsenergi;
– tilstedeværelse (konsentrasjon) av ikke-brennbart støv;
- luftfuktighet;
– spredning av selve støvet.
Selvantenning- prosessen med forbrenning av et stoff som oppstår fra omgivelsestemperaturen, men uten kontakt med en åpen brannkilde. For eksempel selvantennelse av brennbare blandinger fra deres kompresjon når temperaturen på blandingen når et visst nivå.
Selvantennelse- en forbrenningsprosess som oppstår fra varme som har akkumulert i et stoff som følge av biologiske eller fysisk-kjemiske prosesser.
Brannalarm system Brannmannssystem. System med organisatoriske og tekniske input.
1. EKSPLOSJON OG BRENNING
Hver av oss, noen fra filmer, noen fra hendelser opplevd i virkeligheten, er kjent med en eksplosjon - dette kraftige og formidable fenomenet. I løpet av den stores dager Patriotisk krig fra eksplosjoner organisert av fryktløse sovjetiske partisaner, ble fiendtlige tog og varehus blåst opp i luften, broer kollapset under føttene til inntrengerne.
I dag, i fredsdager, avslører eksplosjonen for oss rikdommene i jordens indre, hjelper til med å bane stier gjennom fjell, blokkerer strømmen av elver og er vår assistent i heroisk skaperarbeid.
Hva er en eksplosjon og hvordan fungerer den?
En eksplosjon er en kjemisk reaksjon som gjør eksplosiver til gasser. Denne reaksjonen fortsetter med frigjøring av varme og fortsetter ekstremt raskt. Eksplosjonen av en kilogramblokk av et velkjent eksplosiv - TNT - kan for eksempel skje på ett hundre tusendels sekund. I løpet av denne tiden har ikke de resulterende gassene tid til å utvide seg merkbart og opptar et volum nesten lik volumet som er okkupert av eksplosivet. Dette volumet er flere tusen ganger mindre enn det som ville bli okkupert av eksplosjonsgasser under atmosfærisk trykk. Det er kjent at trykket til en gass øker, jo mindre volumet er. Derfor har gassene i eksplosjonsøyeblikket et enormt trykk; dessuten oppstår dette trykket ekstremt raskt og virker takket være dette på gjenstandene rundt eksplosivet som et skarpt og kraftig slag, som slitesterkt stål, den sterkeste steinen. Eksplosjonens trykk er så høyt at det ikke kan måles direkte av noen for øyeblikket kjent enhet - enhver enhet ville bli ødelagt hvis en slik måling ble forsøkt. I følge teoretiske! Ifølge beregninger utgjør dette trykket hundretusenvis av atmosfærer - under en TNT-eksplosjon for eksempel 190 000 atmosfærer. Når du beveger deg bort fra det eksploderte eksplosivet, avtar effekten av eksplosjonen raskt; Men når store mengder eksplosiver eksploderer, er trykket selv på flere kilometers avstand nok til å knuse glass i husvinduene.
Et naturlig spørsmål dukker opp: hvorfor skjer eksplosjonen med en så enorm hastighet? Faktisk, fra den kjemiske siden, er reaksjonene som oppstår under en eksplosjon veldig like, og noen ganger de samme, som reaksjonene som oppstår under forbrenning av drivstoff. I utgangspunktet er det oksidasjon av karbon med dannelsen karbondioksid(CO 2) eller karbonmonoksid (CO) og hydrogen for å danne vann (H 2 O).
Dessuten er de fleste eksplosiver i seg selv i stand til ikke bare å eksplodere, men også brenne. Den samme stokken til TNT, hvis den settes i brann, vil brenne, og dessuten ganske sakte, roligere og langsommere enn for eksempel bensin. Tvert imot kan den enkleste forbrenningen, for eksempel forbrenning av kull, plasseres under slike forhold at den vil foregå som en kraftig eksplosjon. Tar man finmalt kull, for eksempel i form av sot, og sprøyter det ut i luften slik at det dannes en støvsky, så vil det oppstå en eksplosjon når en slik sky blir antent. En sterkere eksplosjon kan oppnås hvis soten er mettet med flytende luft eller oksygen).
Hvorfor er det forbrenning i normale forhold går sakte og hvordan kan det akselereres?
Kullforbrenning er en kjemisk reaksjon av karbon som kombineres med oksygen i luften. Hastigheten av kjemiske reaksjoner avhenger av temperatur og trykk. Når temperaturen øker, øker reaksjonshastigheten raskt; Økes temperaturen med 10 grader vil reaksjonshastigheten øke to til fire ganger. Beregningen viser at hvis fra romtemperatur gå til en temperatur på 1000 grader, så vil hastigheten øke mange milliarder ganger. Når trykket øker, øker også hastigheten på kjemiske reaksjoner - for noen reaksjoner proporsjonalt med trykket, og for andre enda raskere - proporsjonalt med kvadratet av trykket, det vil si hvis du øker trykket fra 1 til 1000 atmosfærer, reaksjonshastigheten vil øke med 1000 2, eller en million ganger.
Når kull brenner frigjøres mye varme. Ett kilo kull produserer omtrent 8000 kalorier ved forbrenning. Denne varmemengden vil være nok til å varme 8 bøtter med vann til koking. På grunn av frigjøring av en stor mengde varme under forbrenning, veldig varme, spesielt hvis kullet brenner i rent oksygen. Ved brenning i luft, som som kjent bare inneholder 21 prosent oksygen, brukes varmen som genereres ikke bare på oppvarming. det resulterende karbondioksidet, men også for å varme opp nitrogenet. Temperaturen er derfor lavere, men fortsatt veldig høy – den kan komme opp i 2700 grader. Dermed skjer forbrenningsreaksjonen av kull ved en veldig høy temperatur, og hastigheten kan være ekstremt høy. Til tross for dette går forbrenningen sakte. Grunnen til dette er at reaksjonen kun kan skje på overflaten av kullstykket der det kommer i kontakt med luft, og denne overflaten er vanligvis liten. I tillegg skiller gassene som dannes under forbrenning overflaten av kullet fra luften og forhindrer strømmen av nye deler av oksygen til det.
Av det som er sagt, er det klart at for å akselerere forbrenningen er det nødvendig på den ene siden å øke overflaten av kullet og på den annen side å lette tilgangen til luftoksygen. Dette oppnås ved å finmale kullet og sprøyte det i luften slik at hver støvflekk er omgitt av den mengden oksygen som er nødvendig for forbrenningen.
La oss forestille oss at vi har kull i form av terninger med en kantlengde på 10 centimeter. Overflaten til en slik kube vil være lik 600 kvadratcentimeter. La oss nå male hver kube til partikler av samme form, men med en kantlengde på en tusendels centimeter. Da blir ikke overflaten lenger 600, men seks millioner kvadratcentimeter, det vil si at den øker 10.000 ganger. Følgelig vil forbrenningstiden for kull reduseres. Den subtile blandingen av reaksjonsdeltakere, som er nødvendig for at det skal gå raskt, er imidlertid ikke i seg selv alltid tilstrekkelig til å produsere en eksplosjon. Dette kan sees av det faktum at selv eksplosiver som TNT, pyroxylin og andre, der både brennbare elementer (karbon og hydrogen) og oksygen er en del av det samme molekylet, er i stand til sakte forbrenning når de antennes.
Hvorfor er det slik og hva skal til for å få en eksplosjon?
La oss kort bringe en liten flamme til en pinne av TNT satt inn i et blikkglass. I dette tilfellet vil overflatelaget til TNT varmes opp, for eksempel til 200 grader. Det vil oppstå en kjemisk reaksjon i det oppvarmede laget som frigjør varme. Samtidig vil varme overføres til neste lag med TNT og inn i luften rundt. Ved 200 grader er reaksjonshastigheten og mengden varme som genereres under den liten. I hver tidsenhet varmetap det kommer mer varme. Derfor vil temperaturen i laget synke og reaksjonen stoppe.
La oss gjenta eksperimentet, men vi holder flammen lenger slik at TNT varmes opp til 400 grader på overflaten. Hvis vi nå tar bort flammen, så vil ikke temperaturen i TNT-laget ikke bare synke, men øke. Ved 400 grader går den kjemiske reaksjonen i TNT så raskt at det frigjøres mer varme enn det som går tapt på grunn av varmeoverføring, og videre oppvarming av laget skjer av seg selv.
Men selv om reaksjonen er rask, skjer den bare i et tynt lag oppvarmet av flammen, siden resten av TNT fortsatt er kaldt. Som et resultat av reaksjonen dannes gasser med høye temperaturer. De varmer opp det neste laget av TNT, og forårsaker en rask reaksjon i det. Denne prosessen gjentas fra lag til lag til all TNT er brent.
Oppvarming av det reagerende laget skjer gjennom termisk ledningsevne. Varmeoverføring ved ledning er en ganske langsom prosess. Du kan enkelt verifisere dette ved å dyppe for eksempel enden av en teskje i varm te. Følelsen av varme vil nå hånden din først etter noen sekunder.
Siden varmeoverføringen under forbrenningen skjer sakte, er forbrenningshastigheten lav. Når du brenner fra enden, brenner en blokk med TNT 10 centimeter høy ut på 15 minutter.
La oss nå anta at i stedet for å sette fyr på TNT-blokken, gir vi den et veldig kraftig slag, lik det blokken ville oppleve når den ble truffet: en kule treffer den, men enda skarpere. Med et slikt slag øverste laget TNT vil komprimere og bli veldig varmt av kompresjonen, akkurat som overflaten til en ambolt varmes opp når en hammer treffer den. På grunn av den høye temperaturen vil det skje en kjemisk reaksjon i laget. I dette tilfellet vil hastigheten være mye høyere enn under forbrenning, siden ikke bare høy temperatur vil oppstå her, men også høyt trykk skapt av støtet, og trykk, som vi har sett, akselererer også reaksjonen kraftig. De resulterende gassene har ingen steder å utvide seg: det er en støtflate på den ene siden, og TNT på den andre. Derfor vil gassene ha et veldig høyt trykk, som vil komprimere det tilstøtende laget av TNT. Kompresjon vil forårsake oppvarming og en rask kjemisk reaksjon i dette laget. Således, som med forbrenning, vil reaksjonen, etter å ha startet på overflaten av blokken, spre seg over den sekvensielt inntil hele eksplosivet reagerer.
Hoved, kvalitativ forskjell eksplosjon fra forbrenning er at under en eksplosjon overføres oppvarmingen som forårsaker reaksjonen ikke av termisk ledningsevne, men ved kompresjon. Overføringen av energi ved kompresjon, eller, som denne prosessen kalles, en sjokkbølge, skjer uforlignelig raskere enn ved termisk ledning - med en hastighet som når flere kilometer i sekundet.
Hvis du tar en lang metallstang, legger hånden i den ene enden og slår den med en hammer på den andre, vil det se ut til at hånden føler et sjokk i støt. Denne følelsen er feil; slagvirkningen sprer seg langs stangen med en viss hastighet og når hånden etter en viss tid. Denne tidsperioden er imidlertid for kort, og for vår berøringssans er støtøyeblikket og oppfattelsen av det for hånd umulig å skille, akkurat som individuelle rammer i en film er umulig å skille for øyet.
I en TNT-pinne går eksplosjonen fra den ene enden til den andre på ett hundretusendels sekund, en million ganger raskere enn forbrenning. Denne tiden er så kort at hvis vi ser på en eksploderende sabel, vil det se ut for oss at eksplosjonen skjedde øyeblikkelig og samtidig i alle dens deler. Faktisk er det ikke slik: eksplosjonen sprer seg gjennom eksplosivet med en viss, veldig høy hastighet, som kan måles med nøyaktige fysiske metoder. Hastigheten på eksplosjonsforplantning i ulike eksplosiver er mellom 1 og 8,5 kilometer per sekund.
For TNT er det lik 6,7 kilometer i sekundet. En eksplosjon i TNT går 20 ganger raskere enn lyd i luft og 9 ganger raskere enn en riflekule; med denne hastigheten ville veien fra Moskva til Leningrad bli dekket på halvannet minutt.
Jo større eksplosjonshastigheten er, desto sterkere og skarpere blir støtet produsert av gassene fra eksplosjonen, desto større blir knusningseffekten av eksplosjonen.
Denne effekten kan forsterkes ytterligere ved å rette den mot et spesifikt, lite område av en ødeleggende gjenstand, for eksempel rustning som må penetreres. Denne konsentrasjonen av eksplosjonsvirkningen er basert på fenomenet såkalt kumulering (fra latinsk ord"kumulering" - økning), kjent i lang tid, men mye brukt for første gang i andre verdenskrig.
Fenomenet kumulering kan forklares med et slikt eksperiment (fig. 1). To sylindriske sprengladninger av samme størrelse er plassert på en stålplate, men den ene er solid og den andre med en konisk utsparing i nedre del. Hvis disse ladningene detoneres, vil en solid ladning lage et innhugg på platen over et stort område, men med liten dybde, og en ladning med et hakk, som er lettere i vekt, vil stikke hull i platen, om enn over en liten område. Denne konsentrasjonen av virkningen av eksplosjonen forklares av det faktum at gassene fra eksplosjonen som beveger seg fra overflaten av kjeglen møtes på sin akse og danner en kraftig tynn stråle som gjennomborer stålplaten.
Ris. 1. Skjema for virkningen av en formet ladning.
Stanseeffekten er enda sterkere hvis den koniske fordypningen har en metallforing med liten tykkelse. Deretter inkluderer den kumulative strålen tungmetall som beveger seg med stor hastighet og skjærer inn i stålet som en kniv til smør.
Under den store patriotiske krigen ble skjell, granater og miner med en formet ladning vellykket brukt til å bekjempe fiendtlige stridsvogner, pansrede personellbærere og pillebokser.
Fra boken Eksplosjon og eksplosiver forfatter1. Forbrenning og eksplosjon Hver av oss, noen fra personlig deltakelse i krig, noen fra filmer, er kjent med en eksplosjon - dette kraftige og formidable fenomenet. I løpet av den store patriotiske krigens dager sprengte eksplosjoner organisert av fryktløse sovjetiske partisaner fiendtlige tropper.
Fra boken Eksplosjon og eksplosiver forfatter Andreev Konstantin Konstantinovich7. Atomeksplosjon Eksplosjonene vi diskuterte i tidligere avsnitt er basert på ulike kjemiske reaksjoner, som frigjør varme, hovedsakelig gjennom forbrenningsreaksjoner. Mengden varme som frigjøres under disse kjemiske reaksjonene er imidlertid relativt liten
Fra boken The Rasle of a Granate forfatter Prishchepenko Alexander Borisovich2.8. Analogimetoden: det elektrolytiske badet og "eksplosjonen" laget av mennesker Til tross for sin lovende begynnelse, var ikke nøytronografi bestemt til å bli et forskningsområde foretrukket av NIAA-ledelsen. Denne posisjonen var ganske pragmatisk:
Fra boken 100 Great Achievements in the World of Technology forfatter Zigunenko Stanislav NikolaevichKreativ... eksplosjon?! Eksplosjon... Dette ordet alene bringer tankene til assosiasjoner med flyvende rusk, ødeleggelse og kaos. Kan han være kreativ? Det viser seg at teknologene våre lenge har lært å bruke kraften til det gode, og ikke til skade. Det var det han sa
Fra boken Sveising forfatter Bannikov Evgeniy Anatolievich Fra boken Underwater Strike forfatter Perlya Zigmund NaumovichEksplosjon Så, minen er plassert på en gitt depresjon og ligger på lur for fiendtlige skip. Vil et fiendtlig skip eksplodere hvis det bare berører skallet til en mine, selv om det treffer dette skallet hardt med skroget? Nei, det vil ikke eksplodere. Eksplosiv fylling av meg
Fra boken Underground Storm forfatter Orlov VladimirEKSPLOSJON I SELE TEMMER OBSTRAKTET Det er ikke så lett å lage en eksplosjon som noen kanskje tror. Ta for eksempel eksplosjonen av fronten nær Vishtaete. Hva kostet det for eksempel å losse et helt tog med eksplosiver under jorden! Her måtte det utvises stor forsiktighet for å losse lasset.
