ВОПРОС 2. Механизм процесса горения газов.
Возможно, вы уже знакомы с вопросами, которые нам предстоит сегодня рассмотреть. Но мы будем рассматривать их с тех позиций и в том ключе, которые необходимы для изучения курса «Пожарная безопасность технологических процессов».
Но прежде давайте вспомним с вами, как протекают процессы горения, какие условия возникновения процесса горения, и какие существуют виды горения.
Горение - это сложный физико-химический процесс, для которого характерны три признака: химическое превращение, выделение тепла, излучение света.
К реакциям горения относятся экзотермические и цепные реакции, способные распространяться на большие расстояния в виде волн химического превращения – пламени и детонационных волн.
В основе процесса горения лежат быстропротекающие окислительно-восстановительные реакции в веществе, которое в исходном состоянии было инертно.
Решающим фактором при этом является выделение тепла и образование активных центров в процессе этой быстропротекающей химической реакции.
Одно из обязательных условий возникновения процесса горения – это наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания.
Итак, возникновение и протекание процесса горения определяются следующими условиями: наличием горючего вещества, окислителя (кислорода или воздуха) и источника зажигания (воспламенения).
Процесс горения объединяет физические и химические процессы.
Физические – это процессы тепломассообмена и переноса тепла в реагирующей системе.
Химические – окислительно-восстановительные реакции, состоящие из целого ряда элементарных актов, и связанные переходом электронов от восстановителя к окислителю.
Кроме того, к реакциям горения относят только те окислительно-восстановительные реакции, время протекания для которых измеряется секундами или долями секунд, и в процессе которых идет выделение значительного количества тепла, достаточное для того, чтобы процесс стал способным к самоподдержанию и самораспространению.
Горение может происходить в разных окислительных средах (CI2, Br2, F2 и др.).
На практике же, в основном, мы имеем дело с горением в воздухе.
Состав воздуха: азот 78%, кислород 21%, аргон 1%.
Для практических расчетов состав воздуха: азот 79%, кислород 21%.
Объемное соотношение кислорода и азота:
φN2/φO2 =79/21=3,76 где φN2, φO2 – соответственно объемные (% об.) содержания азота и кислорода в окислительной среде.
Тогда уравнение горения, например, метана в воздухе примет следующий вид:
СН4 + 2(О2 +3,76 N2)→ СО2 + 2Н2О + 2∙ 3,76N2 + Q
Надо иметь в виду, что уже часть тепла, выделившегося в результате реакции горения, будет затрачиваться на нагревание азота, а значит, и численное значение Q (кДж)будет несколько ниже.
Горючее вещество и окислитель (кислород или воздух) являются реагирующими веществами и составляют горючую систему, а источник зажигания вызывает в ней реакцию горения. При установившемся горении источником зажигания (воспламенения) служит зона реакции горения.
Горючие системы могут быть однородными и неоднородными.
Однородные горючие системы создаются, когда окислитель и горючее вещество перемешены равномерно.
К ним относятся паро-газовоздушные смеси. И горение таких систем относят к гомогенному горению.
Примером горения паров и газов (гомогенное горение) является горение паров, поднимающейся со свободной поверхности жидкости, или горение газа, выходящего из трубы.
Неоднородные горючие системы образуются, когда горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхности раздела. К ним относятся твердые горючие вещества и материалы, а также и жидкости, находящиеся в воздухе; струи горючих газов и паров, поступающие в воздух и т.д. Горение таких горючих систем относят к гетерогенному горению.
Примером горения на поверхности твердого вещества (гетерогенное горение) является горение антрацита, кокса, древесного угля.
Горение газовых смесей. Виды горения.
Итак, возникновение и протекание процесса горения определяется следующими условиями: наличие горючего вещества, окислителя и источника зажигания (воспламенения).
Горючее вещество и окислитель представляют собой реагирующую систему, а источник зажигания (воспламенения) является инициатором реакции горения.
При установившемся горении источником воспламенения служит зона реакции.
Горючие или реагирующие системы могут быть однородными и неоднородными.
Однородные системы – горючее вещество и окислитель перемешаны равномерно.
К ним относятся паро-газовоздушные смеси. Горение таких систем называется гомогенным (гомогенное).
Неоднородные горючие системы – горючее вещество и окислитель не перемешаны и имеют поверхность раздела.
К таким неоднородным системам относят: твердые горючие вещества; жидкости, находящиеся в воздухе; струи горючих газов и паров, поступающих в воздух и т.п. Горение таких систем называют гетерогенным (гетерогенное).
Примером гомогенного горения является горение паров, поднимающихся со свободной поверхности жидкости, например, при разливе жидкости.
В данном примере скорость реакции горения будет зависеть от скорости поступления кислорода из воздуха в зону горения, т.е. от скорости диффузии кислорода.
Воздух
Воздух
Продукты сгорания
В случае же гетерогенного горения кислород из воздуха также поступает в зону горения.
Диффузии кислорода в этом случае препятствуют продукты сгорания и поэтому концентрация кислорода в зоне горения значительно ниже концентрации кислорода в воздухе.
Кислород воздуха Слой продуктов сгорания и воздуха (СО, СО2, О2, N2)
Уголь 
В зависимости от условий горения, смесеобразования различают диффузионное и кинетическое горения газов и газовых смесей.
Скорость превращения исходных продуктов горения в продуктах сгорания зависит от скорости их смешения путем, диффузии и от скорости химической реакции.
Полное время сгорания будет складываться из времени необходимого для возникновения контакта между горючими веществами и окислителем и временем, необходимым для протекания химической реакции:
τг = τф + τх, где
τг – время сгорания; τф – время физического контакта; τх- время, необходимое для реакции.
В случае гомогенного горения: τф – время смесеобразования или время перемешивания паров и окислителя.
В случае гетерогенного горения: τф – время транспортировки кислорода из воздуха к твердой поверхности горения.
Соотношение τф и τх определяют следующие виды горения:
· диффузионное, когда τф ≥ τх, а τг ≈ τф, т.е. скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода к горючему веществу;
· кинетическое, когда τф << τх, а τг ≈ τх , т.е. скорость горения определяется только скоростью химической реакции.
Практически все пожары представляют собой диффузионное горение.
Кинетическое горение газов.
Дата добавления: 2015-08-21; просмотров: 2457;