Горение твердых веществ реферат
Обновлено: 28.06.2024
Горение твердых веществ приводит к образованию пламени наиболее сложной структуры: в его состав входят трехатомные газы, сажа, раскаленные или горящие твердые частицы, зола и продукты возгонки сажи при высоких температурах. [1]
Горение твердых веществ отличается большим разнообразием происходящих процессов. Это связано с разнообразием их химического состава, химических и физических свойств, физическим состоянием ( дисперсность, пористость, влажность, однородность свойств и др.) и состоянием окружающей среды. [2]
Горение твердого вещества в массивном состоянии происходит при значительно большем тепловом воздействии, так как прогрев его осуществляется через внешнюю поверхность, которая очень мала по сравнению с поверхностью диспергированного вещества. Степень прогрева поверхностных слоев определяет процесс термического разложения ( для органических веществ) и процессы плавления и испарения на поверхности ( для неорганических веществ), что обеспечивает появление горючих газо - и парообразных продуктов над поверхностью твердого вещества. Если поверхность нагрева твердого вещества мала, то и количество продуктов пиролиза или испарения также будет невелико, что затрудняет образование горючей смеси над поверхностью твердого вещества. [3]
Горение твердых веществ отличается от горения газов наличием стадии разложения и газификации. Горение в среде газообразного окислителя чаще всего происходит в результате воспламенения летучих продуктов пиролиза. Превращение твердого горючего вещества в продукты горения, не сосредоточено только в зоне пламени. [5]
Горение твердых веществ имеет многостадийный характер. Под воздействием внешнего тепла происходит нагрев твердой фазы, сопровождающийся разложением и выделением газообразных продуктов. Затем эти продукты воспламеняются, и сгорают. Тепло от образовавшегося факела воздействует на поверхность твердого вещества, вызывая поступление в зону горения новых лорций горючих газов. [7]
Горение твердых веществ приводит к образованию пламенк наиболее сложной структуры: в его состав входят трехатомные газы, сажа, раскаленные или горящие твердые частицы, зола и вродукты возгонки сажи при высоких температурах. [8]
Горение твердых веществ основывается на тех же закономерностях, что и жидких и газообразных, однако воспламенение твердых веществ происходит при воздействии более мощного источника воспламенения в течение большего промежутка времени. При этом процесс окисления начинается в твердой фазе с воспламенением участка, нагретого до температуры самовоспламенения. Характерной чертой горения твердых веществ является их тление с переходом в пламенное горение при более высоких температурах нагрева и наличии выделения паров и газов. [9]
Скорость горения твердых веществ непостоянна и зависит от отношения поверхности их к объему, от влажности, ооъемного веса, удельной загрузки горючего, скорости ветра, доступа воздуха и. [10]
Скорость горения твердых веществ зависит также от их плотности. [12]
Температура горения твердых веществ зависит от теплотворной способности и количества воздуха, поступающего в зону горения. Количество воздуха, теоретически необходимое для сгорания 1 кг твердого или жидкого горючего, может быть определено следующим образом. В состав различных видов горючих веществ обычно входят углерод, сера, водород и кислород. [13]
Скорость горения твердых веществ в значительной степени зависит от условий притока воздуха и концентрации кислорода в нем. При снижении содержания кислорода до 5 - 14 % горение твердых веществ прекращается. Исключение составляют вещества, которые имеют в своем составе кислород, например нитросоединения. [14]
При горении твердых веществ , так же как и жидкостей, различают две скорости горения: весовую и линейную. [15]
Особенность горения твердых горючих веществ состоит в том, что при нагреве они частично разлагаются, образуя парогазовую горючую систему. Эту часть горючих веществ называют летучей. Для объяснения процессов горения летучих веществ применимы закономерности, используемые при горении газов и паров.
Под действием тепла, передаваемого от зоны горения на поверхность твердых веществ, происходит не только их выгорание, но и распространение пламени по еще не горящей поверхности. Горение твердых веществ в простейшем случае не сопровождается разложением вещества с выделением летучих компонентов (например, горение металлов). В технике большое значение имеет горение твердого топлива, главным образом углей, содержащих углерод и некоторое количество органических веществ, которые при нагревании топлива разлагаются и выделяются в виде паров и газов. При быстром нагревании частиц топлива (для частиц малого диаметра) летучие компоненты могут не успеть выделиться и сгорают вместе с углеродом. При медленном нагревании наблюдается четкая стадийность начального этапа горения – сначала выход летучих компонентов и их воспламенение, затем воспламенение и горение твердого, так называемого коксового остатка, который кроме углерода содержит минеральную часть топлива – золу.
Пожарная опасность твердых веществ и материалов характеризуется их склонностью к возгоранию и самовозгоранию. К возгоранию относятся случаи возникновения горения при воздействии внешних источников зажигания с температурой выше температуры самовозгорания. К самовозгоранию относятся случаи горения, возникающие при температуре окружающей среды.
Химический состав твердых горючих веществ очень разнообразен. Большинство из них относится к классу органических веществ, состоящих в основном из углерода, водорода, кислорода и азота. В состав многих органических веществ входят также хлор, фтор, кремний и другие химические элементы. Значительно меньшее количество твердых горючих веществ относится к классу неорганических веществ. Среди них металлы (калий, натрий, магний, алюминий, титан и др.), металлоиды (сера, фосфор, кремний), а также их соединения друг с другом.
В условиях большинства пожаров горят твердые вещества, которые широко используются в народном хозяйстве и быту. К ним в первую очередь относятся материалы, изготовленные на основе целлюлозы (таблица 1.4): древесина, хлопок, хлопчатобумажные ткани, бумага; на основе углеводородов и их производных: резина, пластмассы, химические волокна и ткани из них; продукты питания: зерно и зернопродукты, жиры, сахар и т. д.
Целлюлозные материалы, как видно из таблицы 1.4, содержат кислород, который участвует в процессе горения так же, как кислород воздуха. В связи с этим объем воздуха, теоретически необходимый для их горения, значительно меньше, чем для горения горючих веществ, в состав которых кислород не входит. Этим же объясняется низкая теплота сгорания целлюлозных материалов и способность их к тлению. Полости и поры волокнистых и пористых целлюлозных материалов, кроме того, заполнены воздухом, что способствует их горению. Горение таких веществ происходит без образования сажи.
Таблица 1.4 - Состав целлюлозных материалов
| Горючий материал | Вещества, входящие в состав целлюлозных материалов, % | |||||
| углерод | водород | кислород | азот | влага | сажа | |
| Древесина: дуб | 46,08 | 5,50 | 38,18 | 1,14 | 7,00 | 2,10 |
| сосна | 46,00 | 5,50 | 39,2 | 0,9 | 7,00 | 1,40 |
| Солома | 39,06 | 4,70 | 42,2 | 1,04 | 8,00 | 5,00 |
| Хлопок | 42,40 | 5,92 | 46,6 | 0,58 | 4,00 | 0,50 |
Характерным свойством целлюлозных материалов является их способность при нагревании разлагаться с образованием паров, газов и углеродистого остатка. Количество образующихся при этом газообразных продуктов (летучих) и их состав зависят от температуры и режима нагревания горючих веществ. Торф начинает разлагаться уже при температуре от 100 до 105 °С, заметное разложение протекает при 150 °С. Медленное разложение древесины начинается при температуре от 160 до 170 °С, а заметный выход газообразных продуктов происходит при температуре от 250 до 300 °С.
При начальной температуре разложения твердых веществ скорость образования газообразных продуктов небольшая, с повышением температуры она увеличивается. При дальнейшем повышении температуры скорость выделения газообразных продуктов уменьшается, приближаясь к некоторому минимальному значению. Таким образом, газообразные продукты при нагревании твердых веществ образуются в определенном интервале температур и с переменной скоростью, причем при разложении разных горючих материалов выделяется различное количество газообразных продуктов. Так, при разложении 1 кг древесины выделяется 800 г газообразных продуктов и образуется 200 г древесного угля, при разложении 1 кг торфа выделяется 700 г газообразных продуктов, а при разложении 1 кг хлопка - 850 г газообразных продуктов.
Состав газообразных продуктов разложения не постоянен, он изменяется в зависимости от температуры разложения твердых веществ. При низких температурах преобладает двуокись углерода и водяной пар, при более высоких образуются горючие газы: водород, метан и др. В таблице 1.5 приведен состав неконденсирующихся газов, образующихся при различной температуре разложения древесины.
Таблица 1.5 - Состав газов при разложении березовой древесины
| Температура, °С | ||||||
| Выход газов на 100 кг древесины, м 3 | 0,4 | 5,6 | 9,5 | 12,8 | 14,3 | 16,0 |
| Состав газов, объемный процент | ||||||
| СО2 | 75,00 | 75,00 | 49,36 | 3,20 | 40,98 | 38,56 |
| СО | 25,00 | 40,17 | 34,00 | 29,01 | 27,20 | 25,19 |
| СН4 | - | 3,76 | 14,31 | 21,72 | 23,42 | 24,94 |
| С2Н4 | - | - | 0,86 | 3,68 | 5,74 | 8,50 |
| Н2 | - | - | 1,47 | 2,34 | 2,66 | 2,81 |
В таблице 1.6 приведен полный состав продуктов, получающихся при разложении березовой древесины. Если из них исключить уголь, то оставшиеся 68,2 весового процента составляют газообразные продукты, из которых около 30 % являются негорючими (вода и двуокись углерода), около 38 % - горючими. В таблице 1.6 приведены также количества тепла, выделяющегося при горении угля и газообразных продуктов, полученных при сухой перегонке древесины без доступа воздуха. Суммарное количество выделенного тепла при горении 1 кг древесины равно теплоте сгорания древесины. Согласно данным, приведенным в таблице 1.6, теплота сгорания березовой древесины равна 18750 кДж/кг.
При горении древесины в условиях пожара количество образующегося угля несколько меньше и составляет 20 весовых процентов от массы древесины.
Состав угля не постоянен и меняется в зависимости от температуры разложения. Так, при 150 °С уголь, образующийся при разложении древесины, содержит 51,7 % углерода, 5,9 % водорода и 42,4 % связанного кислорода, а при 450 °С - 84,9 % углерода, 3,1 % водорода и 12 % кислорода.
Таблица 1.6 - Теплота сгорания продуктов сухой перегонки березовой древесины
| Продукты сухой перегонки березовой древесины | Выход на 100 кг абсолютно сухой древесины (В), кг | Теплота сгорания, МДж | |
| 1 кг (z) | |||
| Уголь | 31,80 | 32,2 | 10,2 |
| Смола | 15,80 | 29,6 | 4,7 |
| Уксусная кислота | 7,08 | 14,3 | 1,0 |
| Метиловый спирт | 1,60 | 22,2 | 0,4 |
| Ацетон | 0,19 | 32,5 | 0,06 |
| СО2 | 9,96 | - | - |
| СО | 3,32 | 10,1 | 0,3 |
| СН4 | 0,54 | 50,0 | 0,3 |
| С2Н4 | 0,19 | 47,1 | 0,09 |
| Разные органические вещества | 10,03 | 16,2 | 1,7 |
| Вода | 19,49 | - | - |
| Итого: | 100,00 | - | 18,75 |
Разложение целлюлозных материалов сопровождается выделением тепла, поэтому при малой скорости теплоотвода возможно самонагревание их и возникновение горения. Самый высокий тепловой эффект разложения у древесины (1090 кДж/кг), поэтому надо следить, чтобы она не нагревалась в больших массах (при плотной укладке) выше 100 °С.
Таблица 1.7 - Удельная весовая скорость выгорания некоторых материалов
| Горючие материалы | Удельная весовая скорость выгорания, кг/(м 2 · мин) | Принимаемая скорость выгорания, кг/(м 2 ·мин) | ||
| при 500 °С | при 700 °С | при 900 °С | ||
| Древесина (влага до 10%) | 0,34 | 0,45 | 0,65 | 0,5 |
| Стеклопластик | 0,74 | 0,90 | 1,10 | 1,0 |
| Каучук СКИ-3 | 0,45 | 0,85 | - | 1,12 |
Как и при горении жидкостей, весовую скорость выгорания твердых веществ относят к единице поверхности горения, т. е. поверхности горючего вещества, с которой в данный момент времени в зону горения поступают пары и газы. Такая весовая скорость выгорания твердых веществ называется удельной. Удельная весовая скорость выгорания не зависит от величины поверхности твердых веществ и изменяется в зависимости от температуры и влажности вещества (таблица 1.7).
Практическое определение удельной скорости выгорания твердых материалов очень затруднено, так как поверхность горения многих из них не представляет ровную плоскость. В связи с этим принято скорость выгорания принимать с единицы площади пожара, т. е. единицы площади проекции поверхности горения на горизонтальную плоскость. Такую величину принято называть приведенной весовой скоростью выгорания и обозначать (таблица 1.8).
Таблица 1.8 – Приведенные весовые скорости выгорания твердых веществ
| Вещество | Приведенная весовая скорость выгорания, кг /(м 2 · мин) |
| Бумага разрыхленная | 0,48 |
| Древесина (конструкции здания, мебель) | 0,84 |
| Пиломатериалы в штабеле | 7,0 - 8,0 |
| Резино-технические изделия | 0,67 |
| Текстолит | 0,4 |
| Хлопок разрыхленный | 0,24 |
Эту величину можно определять опытным путем на специальной установке, называемой камера-весы.
Под действием тепла, передаваемого от зоны горения на поверхность твердых материалов, происходит не только их выгорание, но и перемещение фронта пламени по еще негорящей поверхности. Перемещение фронта пламени по поверхности твердых веществ называется распространением горения и характеризуется линейной скоростью распространения горения :
где - расстояние, пройденное фронтом пламени, м;
- время перемещения фронта пламени, мин.
Различают две линейные скорости распространения горения - по вертикальной поверхности (вниз и вверх) и горизонтальной поверхности. Однако, в расчетах по тушению пожаров практически применяется только скорость распространения по горизонтальной поверхности. На величину линейной скорости распространения горения влияет много факторов: состояние поверхности вещества, интенсивность излучения зоны горения, направление и скорость ветра и др.
Твердые материалы при хранении на открытой местности и в зданиях располагают, как правило, не сплошным слоем, а с разрывами, достигающими иногда нескольких метров. Однако в условиях пожара такие разрывы не могут предотвратить распространение горения. В связи с этим, при определении линейной скорости распространения горения во время пожара в расстояние, пройденное фронтом горения в данном направлении, включают и разрывы между скоплениями горючих материалов, если они не препятствовали распространению горения.
Таким образом, линейная скорость распространения горения в условиях пожара отличается от линейной скорости распространения горения по поверхности твердого горючего вещества. В таблице 1.9 приведены наблюдаемые линейные скорости распространения горения в условиях пожара при горении различных материалов.
Таблица 1.9 - Линейные скорости распространения горения в условиях пожара при горении твердых веществ
| Вещество | Линейные скорости распространения горения в условиях пожара, м/мин |
| Бумага в рулонах | 0,27 |
| Резиново-технические изделия | 1,10 |
| Синтетический каучук | 0,40 |
| Текстильные изделия | 0,38 |
| Штабели торфоплит | 1,00 |
| Штабели досок (влага от 8 до 10 %) | 4,00 |
Горение металлов
Почти все металлы, металлоиды и их соединения при нагревании плавятся и образуют над поверхностью слой паров. Горение металлов во многом зависит от их температуры плавления и кипения, а также температуры плавления и кипения их окислов. По характеру горения металлы делятся на две группы: летучие и нелетучие. Летучие металлы и их свойства приведены в таблице 1.10.
Все эти металлы имеют низкую температуру плавления и при горении находятся в жидком состоянии. Температура их кипения (кроме калия) ниже температуры плавления окислов, поэтому на жидком металле могут находиться твердые окислы.
При контакте металлов с источником воспламенения, например, пламенем, они нагреваются и окисляются. Окислы всех металлов, приведенных в таблице 1.10, пористые и не способны изолировать поверхность металла от дальнейшего окисления, а, следовательно, и нагревания. Через некоторое время металл расплавляется и начинает испаряться. Пары его диффундируют сквозь пористый твердый окисел в воздух. Когда концентрация паров в воздухе достигнет нижнего предела воспламенения, возникает горение. Зона диффузионного горения устанавливается вблизи поверхности окисла и большая часть теплоты реакции передается металлу, в результате чего он нагревается до температуры кипения. Кипение металла вызывает разрыв корки окисла и более интенсивное горение.
Таблица 1.10 - Свойства летучих металлов и их окислов
| Металлы | Температура, °С | Окислы металлов | Температура плавления, °С |
| плавления | кипения | ||
| Li | Li2O | ||
| Na | Na2O | ||
| K | K2O | разлагается при 300-400 | |
| Mg | MgO | ||
| Ca | CaO |
Так как температура горения летучих металлов превышает температуру кипения их окислов, последние находятся в зоне горения в газообразном состоянии. Из зоны горения пары окислов диффундируют как в твердую корку окислов, так и в воздух, где они, охлаждаясь, конденсируются и превращаются затем в мельчайшие твердые частицы окисла - дым. Образование белого плотного дыма является одним из признаков горения летучих металлов.
Нелетучие металлы имеют свои особенности горения (таблица 1.11).
Таблица 1.11 - Свойства нелетучих металлов и их окислов
| Металлы | Температура, °С | Окислы металлов | Температура, °С |
| Плавления | кипения | плавления | кипения |
| Al | Al2O3 | ||
| Be | BeO | ||
| Тi | TiO2 |
Из данных таблицы 1.11 видно, что окислы часто имеют температуру плавления ниже температуры кипения металлов, поэтому они могут находиться на поверхности металла в жидком состоянии. В связи с этим окислы в значительной степени замедляют окисление металлов. Горение этих металлов происходит энергичнее в состоянии порошков, аэрозолей и стружки без образования дыма.
Титан способен образовывать твердый раствор окисла в металле, поэтому у него отсутствует отчетливая поверхность раздела между окислом и металлом. Кислород воздуха имеет возможность диффундировать через окисел, в результате чего горение может продолжаться, если титан покрыт слоем твердой окиси. Температура горения титана около 3000 °С, т. е. ниже, чем температура кипения его окисла. В связи с этим в зоне горения окись титана находится в жидком состоянии, поэтому при горении титана плотного белого дыма также не образуется.
Многие металлы и сплавы способны загораться. Отдельные металлы, которые обычно считаются негорючими, воспламеняются и горят в мелко раздробленном состоянии. Аэрогели и аэрозоли многих металлов пожаро- и взрывоопасны, известны разрушительные промышленные взрывы металлической пыли.
Горение металла - это экзотермический гетерогенный процесс, при котором одно из реагирующих веществ - металл (сплав) - находится в твёрдой фазе, а другое - окислитель - в окружающей среде. Продукты реакции могут находиться в твёрдом, жидком и газообразном состоянии.
Скорость гетерогенного химического процесса не может возрастать неограниченно, она определяется как истинной скоростью протекания химической реакции на поверхности металла, так и скоростью подвода реагирующих веществ к этой поверхности благодаря диффузии. При низких температурах, когда скорость реакции мала по сравнению со скоростью диффузии (кинетическая область), суммарная скорость процесса определяется истиной кинетикой на поверхности металла и экспоненциально возрастает с повышением температуры (согласно закону Аррениуса) до тех пор, пока скорость химической реакции не станет сравнимой со скоростью диффузии. После этого процесс переходит в диффузионную область, и скорость его определяется скоростью диффузии, весьма слабо возрастая с повышением температуры.
Кривая 1 (рисунок 1.9) показывает изменение скорости реакции или пропорционально ей скорости теплоприхода (т. е. количества тепла, выделяющегося на единице поверхности за единицу времени). Нижняя часть этой кривой соответствует кинетической области, в которой скорость реакции экспонециально возрастает с повышением температуры и не зависит от скорости газового потока.
Верхняя часть кривой соответствует диффузионной области, в которой скорость реакции слабо возрастает с повышением температуры, но значительно зависит от скорости газового потока. Пунктирные кривые соответствуют скоростям реакции при разных скоростях газового потока (чем больше скорость, тем выше положение кривой).
Кривые 2 (2', 2'', 2''') соответствуют разным скоростям теплоотвода с поверхности металла. Так как даже теплоотдача лучеиспусканием гораздо меньше зависит от температуры, чем скорость химической реакции, то в незначительных интервалах температур кривые 2', 2'', 2''' можно считать прямолинейными.
Рисунок 1.9 - Стационарные термические режимы поверхности
Содержание
Введение…………………………………………………………………. …..3
Древесина и древесные материалы……………………………………4
Текстильные и волокнистые материалы…………………………. …8
Продукты сгорания………………………………………………..….10
Заключение……………………………………………………………. ……15
Список литературы……………………………………………………..……17
Введение
Твердое топливо является термически нестойким органическим веществом, процесс горения которогопротекает через ряд стадий. Основной стадией, определяющей интенсивность всего процесса в целом, является стадия горения так называемого коксового остатка — углерода, оставшегося в частице топлива после завершения деструкции вещества исходного топлива и выхода летучих веществ. В основе процесса горения частиц углерода лежат гетерогенные химические реакции взаимодействия углерода с окружающими горящую частицугазами: 02, Н20, С02 и др. Наиболее глубокие исследования горения углерода проведены в СССР А. С. Предводителевым, Л. Н. Хитриным, Г. Ф. Кнорре, Б. В. Канторовичем и др.
Древесина и древесные материалы
В связи с широким применением древесина очень часто является основным горючим материалом. На судах ее используют в качестве палубного настила и внутренней отделки переборок (только на небольших судах),подстилочного и сепарационного материала и т.п. Древесные материалы содержат переработанную древесину или древесное волокно. К ним относятся некоторые виды изоляции, отделочные плиты подволоков, фанера и обшивка, бумага, картон и оргалит.
Свойства древесины и древесных материалов зависят от конкретного их типа. Однако все эти материалы горючи, при определенных условиях обугливаются, тлеют, воспламеняются игорят. Их самовоспламенения, как правило, не происходит. Для загорания обычно требуется такой источник воспламенения, как искра, открытое пламя, горячая поверхность, тепловое излучение. Но в результате пиролиза древесина может превращаться в древесный уголь, температура воспламенения которого ниже температуры воспламенения самой древесины.
Древесина состоит в основном из углерода, водорода икислорода, а также небольших количеств азота и других элементов. В сухом состоянии основную ее массу составляет целлюлоза. Среди других компонентов сухой древесины следует отметить сахар, смолы, минеральные вещества (из которых при горении древесины образуется зола).
Характеристики горючести.
Температура воспламенения древесины зависит от таких факторов, как размер, форма, содержание влаги и сорт. Какправило, температура самовоспламенения древесины около 200°С, но принято считать, что 100 С - это максимальная температура, воздействию которой можно подвергать древесину в течение длительного времени, не опасаясь ее самовоспламенения.
Скорость сгорания древесины и древесных материалов в значительной степени зависит от конфигурации изделий из них, количества окружающего ее воздуха, содержаниявлаги и других факторов. Но для полного сгорания древесины под воздействием теплоты должны выделиться пары.
Медленно развивающийся пожар или источник теплового излучения может постепенно передать достаточное количество энергии для начала пиролиза изделий из древесины на переборках и подволоках. Выделяющиеся при этом горючие пары будут смешиваться с окружающим воздухом. Когда эта смесь окажется в диапазоневоспламеняемости, от любого источника воспламенения почти мгновенно может произойти возгорание всей массы. Данное состояние называется общей вспышкой. При тушении пожаров, связанных с горением таких горючих материалов, как отделанные деревянными панелями переборки и мебель в небольших помещениях старых судов, экипаж должен принимать меры против общей вспышки. На современных судах в каютах,коридорах и других ограниченных помещениях используют негорючие материалы.
По большинству твердых горючих материалов пламя продвигается медленно. Прежде чем пламя может распространиться, из твердого горючего материала должны выделиться горючие пары, которые затем в определенной пропорции перемешиваются с воздухом.
Громоздкие твердые материалы с небольшой площадью.
Чтобы читать весь документ, зарегистрируйся.
Связанные рефераты
Горение вредных веществ
. 1. Горение жидкостей. Рассматриваются жидкости, молекулы которых прежде чем вступить в.
8 Стр. 116 Просмотры
твердые лекарственные вещества
. 1. Понятие о лекарствах. Лекарство – это вещество, применяемое с целью лечения какого-либо.
10 Стр. 2 Просмотры
реферат теория горения
Особенности горения нефтепродуктов реферат
. | |Вредные вещества 1-2 класса опасности.
15 Стр. 82 Просмотры
Современные исследования в области процесса горе
. Кафедра: Защита в чрезвычайных ситуациях Реферат по дисциплине: «Физико –.
Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение. Вспышка — процесс мгновенного сгорания паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредственным воздействием источника воспламенения.
Содержание работы
Что представляет собой процесс горения? 2
Определения 4
Какие показатели характеризуют пожарную опасность веществ и материалов? 5
Что характеризуют концентрационные пределы воспламенения? 7
На какие классы по пожарной опасности делят горючие жидкости? 8
Файлы: 1 файл
реферат по БЖД.docx
Московский государственный университет печати имени ивана Федорова
Горение различных веществ и материалов
Федорова Александра, ДэмБ 2-3
Что представляет собой процесс горения? 2
Какие показатели характеризуют пожарную опасность веществ и материалов? 5
Что характеризуют концентрационные пределы воспламенения? 7
На какие классы по пожарной опасности делят горючие жидкости? 8
Что представляет собой процесс горения?
Горение — сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Описать природу горения можно как бурно идущее окисление.
Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях.
Процесс возникновения горения подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение. Вспышка — процесс мгновенного сгорания паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредственным воздействием источника воспламенения. Возгорание — явление возникновения горения под действием источника зажигания. Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остается относительно холодной. Самовозгорание — явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций в веществе, приводящее к возникновению горения при отсутствии источника зажигания. Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. В производственных условиях могут самовозгораться древесные опилки, промасленная ветошь. Самовоспламеняться может бензин, керосин. Взрыв — быстрое химическое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.
Условно процесс сжигания твердого топлива делят на три стадии: воспламенение (зажигание), активное горение и дожигание. В первой стадии твердое топливо вначале подогревается и подсушивается и при температуре 105 - 110 °С теряет свою влагу. Затем при температуре 300 - 400 °C оно начинает разлагаться на летучие вещества и твердый остаток. При дальнейшем нагреве, когда его температура становится равной температуре воспламенения, топливо загорается. Температура воспламенения (примерная) различных топлив следующая, °С: дров - 300; бурого угля – 300 - 400; каменного угля – 450 - 500; антрацита – 700 - 750; жидкого топлива 500 - 600; газа около 600. Стадия активного горения характеризуется высокой температурой (более 1000 °С) с максимальным выделением тепла и наибольшим потреблением воздуха (кислорода), расходуемого на горение кокса и летучих веществ.
- На каких участках полиграфического производства могут образоваться взрывоопасные смеси горючих газов и паров?
По взрывоопасным смесям и газам есть свой стандарт.
Настоящий стандарт распространяется на взрывоопасные смеси горючих газов и паров с воздухом, образующиеся в процессе производства во взрывоопасных средах, способные взрываться от постороннего источника поджигания, в которых применяется взрывозащищенное электрооборудование.
Стандарт устанавливает классификацию взрывоопасных смесей по категориям и группам и методы определения параметров взрывоопасности, используемых при установлении классификации смесей.
Классификация взрывоопасных смесей предназначена для получения исходных данных, необходимых при выборке взрывозащищенного электрооборудования согласно ГОСТ 12.2.020-76.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2. Взрывоопасные смеси газов и паров подразделяются на категории взрывоопасности в зависимости от величины безопасного экспериментального максимального зазора (БЭМЗ)* и значения соотношения между минимальным током воспламенения испытуемого газа или пара и минимальным током воспламенения метана (МТВ); на группы в зависимости от величины температуры самовоспламенения.
3. Классификация по категориям взрывоопасности смесей газов и паров с воздухом.
3.1. Взрывоопасные смеси подразделяются на категории:
I - метан на подземных горных работах,
II - газы и пары за исключением метана на подземных горных работах.
3.2. В зависимости от значения БЭМЗ (безопасный экспериментальный максимальный зазор) газы и пары категории II подразделяются согласно табл. 1.
Горение конденсированных систем, к которым относятся твердые материалы, вотличие от газов характеризуются наличием стадии разложения и газификации твердой фазы. Горение твердых материалов в среде воздуха происходит в результате воспламенения летучих продуктов пиролиза. Его можно рассматривать как диффузионное квазигетерогенное, поскольку оно протекает не на границе раздела фаз, а в основном в газовой фазе. Истинно гетерогенными является горение нелетучих металлов.
При распространении волны горения по твердым материалам выделяются следующие зоны (рис. 5.3):
Рис. 5.3. Модель горения твердых материалов
Зона без реакции – зона прогрева конденсированной фазы.
У термопластичных материалов эта зона ограничивается слоем расплава. Толщина зоны прогрева зависит от соотношения коэффициента температуропроводности и скорости горения. Для многих материалов толщина этой зоны составляет около 3 мм.
Зона пиролиза – реакционная зона в конденсированной фазе, в которой происходит разложение твердого материала на газообразные продукты.
Предпламенная зона в газовой фазе, в которой низкомолекулярные продукты пиролиза дополнительно разлагаются. Здесь же начинается процесс воспламенения, который инициируется атомами водорода, диффундирующими в предпламенную зону из зоны пламени.
Зона пламени или реакционная зона в газовой фазе. В этой зоне протекают основные реакции окисления, выделяется основная часть тепла и наблюдается максимальная температура.
Зона продуктов сгорания содержит предельные оксиды, образующиеся при полном сгорании.
Таким образом, характерной особенностью горения твердых материалов является многостадийный процесс их превращения в конечные продукты сгорания.
Этот процесс включает в себя следующие стадии: поглощение твердым материалом тепловой энергии от ИЗ; разложение конденсированной фазы с образованием летучих продуктов икарбонизированного остатка; воспламенение газообразных продуктов пиролиза; горение газообразных продуктов пиролиза.
Возникновению и распространению пламени предшествует нагрев и термическое разложение твердого материала. Первичное возникновение пламени рассматривается как процесс зажигания. Зажигание является сложным нестационарным процессом, который заключается в быстром разогреве локального участка твердого материала до высокой температуры открытым пламенем, электрической искрой, накаленным телом. В результате такого воздействия над поверхностью твердого материала возникает пламя. Для устойчивого зажигания температура поверхности должна быть доведена до температуры, близкой к температуре поверхности при горении в условиях стационарного процесса. Переход от зажигания к стационарному режиму горения твердого материала возможен с момента появления пламени.
Воспламенение твердых материалов в воздухе рассматривается с позиций теории воспламенения газов. Однако возможны условия, когда процесс горения начинается вследствие гетерогенной реакции взаимодействия кислорода с поверхностным слоем.
Характер переноса тепла к твердому материалу для его нагрева и воспламенения зависит от вида ИЗ и условий воздействия теплового потока на поверхность. В условиях пожара твердые материалы разогреваются в основном за счет конвективного и радиационного переноса тепла от пламени. Поглощение тепла твердым материалом при излучении зависит от спектральных характеристик материала и источника теплового потока.
В нагретом под действием потока тепла поверхностном слое происходит пиролиз твердых материалов. При этом основную роль играет термоокислительная деструкция. Однако преобладание термической или термоокислительной деструкции в процессе газификации твердых материалов при горении зависит от природы материала, механизма его разложения, температуры пиролиза, зависящей от температуры поверхности горящего материла, а также от условий диффузии кислорода к горящей поверхности.
Летучие продукты пиролиза твердых материалов состоят из горючих и негорючих соединений. Основными негорючими продуктами являются Н2О, СО2 и галогенводороды. Горючая часть состоит из Н2, СО, насыщенных и ненасыщенных углеводородов, альдегидов, спиртов, кетонов и других органических соединений. Количество и состав продуктов пиролиза зависят от природы материала, механизма и кинетики процесса пиролиза, температуры разложения.
Воспламенение твердых материалов происходит, если содержание горючих газообразных продуктов пиролиза в газовой фазе достигает НКПРП. Это условие является необходимым, но недостаточным для возникновения устойчивого горения. Для того, чтобы пламя не погасло, необходимо передать твердому материалу такое количество тепла, которое обеспечивает непрерывную подачу в зону горения достаточного количества горючих газообразных веществ.
После воспламенения твердого материала начинается процесс перемещения фронта пламени по его поверхности. Количественной характеристикой этого процесса является линейная скорость распространения пламени – расстояние, пройденное фронтом пламени в единицу времени (см. рис. 5.4).
Рис. 5.4. Схема распространения фронта пламени по поверхности твердого материала: 1 – твердый материал, 2 – зона диффузионного горения, 3 – передняя кромка пламени, 4 – зона пиролиза, 5 – зона газообразных продуктов разложения, 6 – зона начала разложения твердого материала перед фронтом пламени, 7 – газообразные продукты горения
Перемещение фронта пламени осуществляется за счет передачи части тепла, выделяющегося в зоне горения. Передача тепла от факела пламени к поверхности твердого материала осуществляется радиацией, конвекцией и теплопроводностью. В зависимости от условий горения доля тепла, поступающего к поверхности материала по тому или иному механизму, может быть различной. Поэтому значение скорости горения для одного и того же материала в зависимости от условий горения может изменяться в значительных пределах.
Прогрев участков поверхности твердого материала перед фронтом пламени сопровождается термическим разложением с образованием летучих продуктов. Поэтому распространение пламени происходит, по существу, по газовой фазе.
В отличие от жидкостей, поверхность которых всегда горизонтальна, распространение пламени по твердым материалам может происходить при различной их ориентации в пространстве: горизонтальной, вертикальной или промежуточной. В зависимости от ориентации поверхности изменяется скорость распространения пламени: она максимальна для условий распространения пламени снизу вверх для вертикальной поверхности и минимальна для распространения пламени сверху вниз. В остальных случаях скорости имеют промежуточное значение (см. рис. 5.2).
Существенное влияние на скорость распространения пламени оказывает толщина материала. При оценке условий распространения пламени различают термически толстые и термически тонкие материалы. Такое разделение основано на сравнении реальной толщины материала с термической – толщиной слоя твердого материала, прогретого перед фронтом пламени выше начальной температуры (см. рис. 5.5).
На схеме показано распределение температуры в материале непосредственно перед фронтом пламени, при горении термически толстого (рис. 5.5, а) и термически тонкого (рис. 5.5, б) материала. Если реальная толщина превышает термическую толщину, материал называют термически толстым, если наоборот – термически тонким.
Из представленной схемы видно, что температура поверхности термически толстого материала, противоположной поверхности горения, равна начальной, а в случае термически тонкого материала – значительно выше.
Рис. 5.5. Поля температур при распространении пламени по твердым материалам а) термически толстый материал; б) термический тонкий материал; dреальн – фактическая толщина материала, dтерм – термическая толщина материала, Т0 – начальная температура, Тпов – температура поверхности при горении
Данное обстоятельство необходимо учитывать при оценке условий распространения пламени по отделочным материалам, покрывающим строительные конструкции. Если материал конструкции обладает большим коэффициентом теплопроводности, чем у отделочного материала, то при горении последнего интенсифицируется отток тепла, поступающего от зоны пламени к поверхности горючего, вглубь твердой фазы. При этом, чем меньше толщина горючего материала, тем выше скорость теплоотвода от поверхности. Такой процесс замедляет повышение температуры поверхностного слоя и, соответственно, уменьшает скорость распространения фронта пламени. При некоторой минимальной толщине горючие покрытия уже не распространяют горение. Из рассмотренной схемы следует вывод: чем выше теплопроводность подложки, тем интенсивнее теплоотвод от поверхности горючего отделочного материала, и тем при большей его толщине прекращается процесс распространения пламени.
Одновременно с распространением пламени по поверхности твердого материала происходит процесс распространения горения вглубь материала – процесс выгорания. Интенсивность выгорания существенно зависит от закономерностей превращения твердой фазы в газообразные продукты.
Основной количественной характеристикой процесса выгорания является массовая скорость выгорания, используемая при расчетах температурного режима пожара, допустимого времени эвакуации людей при пожаре, требуемого предела огнестойкости строительных конструкций.
В практике используется величина приведенной массовой скорости выгорания, которая представляет собой количество вещества, выгорающего в единицу времени с единицы площади пожара. Связь между массовой и приведенной скоростями выгорания выражается соотношением:
где Vпр – приведенная скорость выгорания, кг/м 2. сек;
Vвыг – удельная массовая скорость выгорания, кг/м 2. сек;
Кп–коэффициент поверхности горения.
где FПГ–площадь поверхности горения, м 2 ;
Fпож –площадь пожара, м 2 .
Например, для случая горения твердого материала в виде куба, лежащего на одной из граней, Кп = 5.
Массовая скорость выгорания твердых материалов не является постоянной величиной. Она существенно зависит от условий горения.
Читайте также: