Fizikai és kémiai folyamat, amely a füstből hőkibocsátással jár. Az égési és robbanási folyamat fizikai-kémiai alapjai
Az égési és robbanási folyamatok fizikai-kémiai alapjai. Előfordulási feltételek és az égés típusai
Az égés egy összetett, gyors lefolyású kémiai átalakulás, amely jelentős mennyiségű hő felszabadulásával és (általában) izzással jár.
A legtöbb esetben az égés egy éghető anyag és egy oxidálószer exoterm oxidatív kölcsönhatása. A modern fogalmak szerint az égés nemcsak az anyagok oxigénnel (levegő oxigénjével) való kölcsönhatásának folyamatait foglalja magában, hanem a robbanóanyagok lebomlását, számos anyag klórral és fluorral, nátrium- és bárium-oxidok szén-dioxiddal való kombinációját stb. .
Egy anyag egy tömeg- vagy térfogategységének elégetéséhez szükséges levegőtérfogat, az égéstermékek térfogata és az égési hőmérséklet kiszámításához az anyagok égési reakcióinak egyenleteit állítják össze.
Feltételezzük, hogy a levegő 21% oxigénből és 79% nitrogénből áll (a levegőben lévő 0,9% argont nem vesszük figyelembe, mivel nem vesz részt az égési folyamatban), azaz a levegőben lévő oxigén térfogatára vonatkoztatva 79 /21 = 3,76 térfogat nitrogén, vagy minden oxigénmolekula 3,76 molekula nitrogént tartalmaz. Ekkor a levegő összetétele a következőképpen fejezhető ki: O2 + 3,76N2.
A kémiai égési reakció mindig összetett, azaz számos elemi kémiai átalakulásból áll. Például a legegyszerűbb tüzelőanyag - a hidrogén - elégetése több mint húsz elemi szakaszban megy végbe. Ezenkívül az égés során a kémiai átalakulás a fizikai folyamatokkal egyidejűleg megy végbe: hő- és tömegátadás. Ezért az égési sebességet mindig a hő- és tömegátadás feltételei, valamint a kémiai átalakulások sebessége határozza meg.
Egyes esetekben, például a szilárd anyag felületén történő heterogén égés során az égési sebességet teljes mértékben a párolgási és diffúziós fizikai folyamatok sebessége határozza meg.
A modern égéselmélet megalkotásában és fejlesztésében a vezető szerepet az N.N. tudósok illetik. Semenov, V.N. Kondratyev, Ya.B. Zeldovich, D.A. Frank-Kamenetsky, V.V. Voevodsky.
Előfordulási feltételek és az égés típusai
Az égési folyamatok sokfélesége két fő jelenségre redukálható: a láng megjelenésére és terjedésére. A láng megjelenését mindig megelőzi a reakció fokozatos öngyorsulásának folyamata, amelyet a külső körülmények megváltozása okoz: gyújtóforrás megjelenése gyúlékony környezetben, az üzemanyag és az oxidálószer keverékének felmelegedése egy bizonyos szintre. kritikus hőmérséklet a készülék falai által, vagy adiabatikus kompresszió eredményeként stb.
A láng előfordulásának általános diagramja az ábrán látható. 9.1. Az éghető keverék meggyulladását külső gyújtóforrás (elektromos vagy súrlódó szikra, erősen felhevült felület, nyílt láng) indítja el. Ha arra szorítkozunk, hogy egy gázelegy szikra általi begyulladását vegyük figyelembe, akkor a gyulladási folyamat a következő formában mutatható be.
Az elektromos szikracsatornában a hőmérséklet eléri a 10 000 °C-ot. Ebben a zónában a molekulák termikus disszociációja és ionizációja megy végbe, ami intenzív kémiai reakciókhoz vezet. Azonban, miután égést okozott a kisülési zónában, a szikra nem okozhatja a láng további terjedését a keveréken keresztül. Éghető keveréket csak olyan szikra gyújthat meg, amelynek csatornájában elegendő energia szabadul fel ahhoz, hogy a keverék teljes térfogatában biztosítsák a láng terjedésének feltételeit.
A Ya.B. által javasolt gyújtási modellben. Zeldovich szerint a szikrakisülés hatása egy pontszerű hőforrás hatásának felel meg, amely t = 0 időpontban Q kJ hőt bocsát ki.
Ennek a hőnek köszönhetően a körülötte lévő r sugarú gömb térfogatú gázt kellően magas hőmérsékletre melegíti A környező gázzal való hőcsere miatt a kezdeti térfogat hőmérséklete csökken. A gázkeverék szikrakisüléssel történő meggyújtásának kritikus feltételeit a következő kifejezés jellemzi:
, 9.1
ahol r a kezdeti lángmag sugara; bpl a lamináris lángfront szélessége.
Rizs. 9.1. Az öngyulladás és a gyulladási folyamatok diagramja
Ha a (9.1) feltétel teljesül, az éghető keverék közeli rétegeinek van idejük meggyulladni, mielőtt a szikra által felmelegített térfogat lehűlne.
Ha a gyújtási folyamatnál a gyújtóforrás hőmérséklete és az eredetileg felmelegített térfogat nagysága a döntő, akkor az öngyulladási folyamatnál a hőkoncentráció körülményei az elsődleges fontosságúak. Az öngyulladás folyamatát a továbbiakban tárgyaljuk.
Kémiailag heterogén éghető rendszerek, azaz olyan rendszerek égetésekor, amelyekben az éghető anyag és a levegő nem keveredik, és határfelületeik vannak (szilárd anyagok és folyadékok; gőz- és gázsugarak a levegőbe jutva), az oxigénnek az éghető anyaghoz való diffúziós ideje aránytalanul megnő. hosszabb , szükséges az áramláshoz kémiai reakció. Ebben az esetben a folyamat a diffúziós régióban megy végbe. Ezt a fajta égést diffúziós égésnek nevezik. Minden tűz diffúziós égésből származik.
Ha a folyamat fizikai szakaszának ideje aránytalanul rövidebbnek bizonyul, mint a kémiai reakció lezajlásához szükséges idő, akkor feltételezhetjük, hogy egy kémiailag inhomogén rendszer égési ideje megközelítőleg megegyezik a kémiai reakció idejével. maga. A folyamat sebességét gyakorlatilag csak a kémiai reakció sebessége határozza meg.
Az ilyen égést kinetikusnak nevezzük, például kémiailag homogén éghető rendszerek elégetését, amelyben az oxigénmolekulák jól elkeverednek az éghető anyag molekuláival, és nem fordítanak időt a keverékképzésre. Mivel a kémiai reakció sebessége magas hőmérsékleten nagy, az ilyen keverékek égése azonnal, robbanás formájában megtörténik.
Ha a kémiai reakció időtartama és az égési folyamat fizikai szakasza összehasonlítható, akkor az égés az úgynevezett köztes tartományban megy végbe, amelyben mind a kémiai, mind a fizikai tényezők befolyásolják az égési sebességet.
Azt a teret, amelyben a gőzök és gázok égnek, lángnak vagy fáklyának nevezik. Abban az esetben, ha gőzök vagy gázok előkészítetlen keveréke levegővel ég, a lángot diffúziónak nevezik. Ha ilyen keverék keletkezik a lángban az égési folyamat során, akkor a láng kinetikus. Tűz esetén a gázok, folyadékok és szilárd anyagok diffúziós lánggal égnek.
A láng kialakulásának legjellemzőbb tulajdonsága, hogy képes spontán terjedni egy éghető keveréken. A lángterjedés fogalma különféle jelenségeket egyesít, melyeket deflagrációs (szubszonikus sebességgel terjedő) és detonációval (szonikus sebességgel terjedő) lángok képződése kísér.
A deflagrációs lángokat lamináris és turbulens lángokra osztják. Az égés kialakulásához és az égési folyamatok kialakulásához vezető folyamatok magyarázatára az úgynevezett termikus és láncelméleteket javasolták.
Égés- összetett kémiai folyamat
Égés - ezek intenzív kémiai oxidatív reakciók, melyeket hő- és fényleadás kísér. Az égés gyúlékony anyag, oxidálószer és gyújtóforrás jelenlétében történik. Oxigén, salétromsav, nátrium-peroxid, Berthollet-só, perklorátok, nitrovegyületek stb. oxidálószerként működhetnek az égési folyamatban Sok szerves vegyület, kén, kénhidrogén, pirit, a legtöbb fém szabad formában, szén-monoxid, hidrogén, stb. stb.
Égés - a kiindulási anyagok égéstermékekké történő átalakításának összetett fizikai-kémiai folyamata során, intenzív szekréció kíséretében. A kiindulási keverék komponenseiben tárolt kémiai energia formában is felszabadulhatés fény. A világító területet lángfrontnak vagy egyszerűen nevezzük .
kulcsszerepet játszott az emberi civilizáció fejlődésében.lehetőséget nyitott az emberek számára, hogy ételt főzzenek, fűtsék otthonukat, majd fejlődjenekvalamint új, jobb eszközök és technológiák létrehozása.
Az égés továbbra is a világ fő energiaforrása, és az is marad a belátható jövőben. 2010-ben az emberiség által a Földön megtermelt összes energia körülbelül 90%-át elégetéssel állították elővagy , és az előrejelzések szerint , ez az arány 2040-ig nem csökken 80% alá, miközben az energiafogyasztás 56%-kal nő 2010 és 2040 között . Ehhez kapcsolódnak:modern civilizáció, mint a kimerültség, környezet és.
Az égés jellemzői, amelyek megkülönböztetik a többi típustól, nagyés nagy , ami a reakció sebességének a hőmérséklettől való erős függéséhez vezet. Az égési reakciók általában elágazó láncú mechanizmust követnek, a reakcióban felszabaduló hő miatt progresszív öngyorsulással. Emiatt a szobahőmérsékleten korlátlan ideig tárolható gyúlékony keverék meggyulladhat, ill.a kritikus gyulladási hőmérséklet elérésekor ( ), vagy ha külső energiaforrás (kényszergyújtás vagy gyújtás) indítja el.
Ha a kezdeti keverék elégetése során kis térfogatban, rövid időn belül keletkező termékek jelentős mechanikai munkát végeznek, és a környező tárgyakra ütést és hőhatást okoznak, akkor ezt a jelenséget robbanásnak nevezzük. Az égés és a robbanás folyamatai képezik az alkotás alapját, , És különféle típusok hagyományos fegyverek.
Az égés egy fizikai és kémiai folyamat, amelyet hő- és fénykibocsátás kísér. Az égés bármilyen exoterm kémiai reakció lehet, mind az anyagok kombinációja, mind azok bomlása. Például az acetilén felrobbanása a bomlási reakciója.
Az égési folyamat bizonyos feltételeket igényel: gyúlékony anyag, amely a gyújtóforrás eltávolítása után önállóan éghet, levegő (oxigén), valamint olyan gyújtóforrás, amely meghatározott hőmérséklettel és elegendő hőtartalékkal rendelkezik. Ha ezen feltételek valamelyike hiányzik, akkor nem megy végbe égési folyamat.
A gyúlékony anyag bármilyen halmazállapotú lehet (szilárd, folyékony, gáz halmazállapotú). A gyulladás forrása lehet láng, szikra, felhevült test és kémiai reakció eredményeként felszabaduló hő, mechanikai munka során, tól. elektromos ív vezetők között stb.
Az égés megtörténte után az állandó gyújtóforrás az égési zóna, vagyis az a terület, ahol a hő és fény felszabadulásával járó reakció végbemegy. Az égés az éghető anyag és az oxidálószer bizonyos mennyiségi aránya mellett lehetséges. Például az égési zóna levegőjében lévő anyagok lánggal történő égetésekor az oxigénkoncentrációnak legalább 16-18%-nak kell lennie. Az égés leáll, ha a levegő oxigéntartalma 10% alá csökken. A parázslás azonban akkor is előfordulhat, ha a levegő 3% oxigént tartalmaz.
Kivételt elsősorban a robbanásveszélyes anyagok képeznek, amelyek égése az összetételükben található oxidálószerek miatt következik be. Az olyan anyagok molekulái, mint a klorátok, nitrátok, kromátok, oxidok, peroxidok és mások szabad oxigénatomokat tartalmaznak. Melegítéskor és néha vízzel érintkezve ezek az anyagok oxigént bocsátanak ki, ami elősegíti az égést.
A robbanás az égés egy speciális esete, amelyben azonnal nagy mennyiségű hő és fény szabadul fel. A keletkező gázok gyorsan tágulva hatalmas nyomást gyakorolnak a környezet, amelyben egy gömb alakú léghullám jelenik meg, amely nagy sebességgel mozog. Bizonyos körülmények között a gázok, gőzök és por levegővel alkotott keveréke robbanásveszélyt jelenthet. A robbanás feltételei bizonyos koncentrációjú gáz, por vagy gőz-levegő keverék jelenléte és olyan impulzus (láng, szikra, ütés), amely képes a keveréket az öngyulladási hőmérsékletre felmelegíteni.
Az égés egy összetett kémiai folyamat, amely nemcsak akkor fordulhat elő, ha az anyagok oxigénnel oxidálódnak, hanem akkor is, ha sok más anyaggal egyesülnek. Például a foszfor, a hidrogén, a zúzott vas (fűrészpor) klórban ég, az alkálifém-karbidok klór és szén-dioxid légkörben, a réz kéngőzben égnek meg stb.
Különböző által kémiai összetétel az anyagok másképp égnek. Például a gyúlékony folyadékok 3-10-szer gyorsabban termelnek hőt, mint a fa, ezért nagy a tűzveszélyességük. Az aggregáció kezdeti állapotától függetlenül a legtöbb gyúlékony anyag hevítéskor gázfázisba megy át, és a légköri oxigénnel keveredve gyúlékony közeget alkot. Ez! a folyamatot pirolízisnek nevezik. Amikor az anyagok égnek, felszabadulnak szén-dioxid, szén-monoxid és füst. A füst apró szilárd anyagok - égéstermékek (szén, hamu) keveréke. A szén-dioxid vagy szén-dioxid inert gáz. Egy helyiségben jelentős koncentrációban (8-10 térfogatszázalék) az ember eszméletét veszti, és fulladás következtében meghalhat. A szén-monoxid színtelen, szagtalan gáz, erősen mérgező tulajdonságokkal. Ha a szén-monoxid térfogati hányada a beltéri levegőben 1% vagy magasabb, a halál szinte azonnal bekövetkezik.
Az éghető anyagok tűzveszélyes tulajdonságait számos jellemző mutató határozza meg.
A villanás egy anyag gőzei és levegő keverékének gyors égése, amikor nyílt lángot hoznak rá. Egy gyúlékony anyag azon legalacsonyabb hőmérsékletét, amelyen a felülete felett gőzök vagy gázok képződnek, amelyek külső gyújtóforrásból a levegőben meggyulladhatnak, lobbanáspontnak nevezzük. A speciális vizsgálati körülmények között meghatározott lobbanáspont egy olyan mutató, amely hozzávetőlegesen meghatározza azt a termikus rezsimet, amelynél a gyúlékony anyag veszélyessé válik.
A gyulladás olyan égés, amely gyújtóforrás hatására megy végbe, és láng megjelenésével jár együtt. Az éghető anyagnak azt a hőmérsékletét, amelynél a gyújtás után stabil égés megy végbe, gyulladási hőmérsékletnek nevezzük.
A spontán égés egy anyag meggyulladása anélkül, hogy gyújtóforrást szolgáltatnánk, és láng megjelenése kíséri. Azt a legalacsonyabb hőmérsékletet, amelyen ez a folyamat megindul, vagyis amikor a lassú oxidáció égéssé válik, öngyulladási hőmérsékletnek nevezzük. Ez a hőmérséklet lényegesen magasabb, mint az anyag gyulladási hőmérséklete.
A tűzvédelmi intézkedések kidolgozása során figyelembe veszik egyes, pirofornak nevezett anyagok (növényi termékek, szén, korom, olajos rongyok, különféle hajókészletek stb.) spontán meggyulladását termikus, kémiai vagy mikrobiológiai folyamatok során.
Minden olyan veszélyes anyag fizikai és kémiai tulajdonságait, amelyek egymással keveredve, más hatóanyagokkal érintkezve spontán meggyulladhatnak, és egyéb információkat a Tengeri Szállítási Szabályzat tartalmazza. veszélyes áruk(RID), amelyeket a tengerészeti gyakorlatban használnak. Veszélyes áruk szállítása során a személyzet minden tagját arra utasítják, hogy tegyen óvintézkedéseket a szállított anyagok kezelése során.
Az égés intenzitása az anyag fizikai állapotától is függ. A zúzott és szétszórt anyagok intenzívebben égnek, mint a masszív vagy sűrű anyagok.
Az ipari por jelentős tűzveszélyt jelent. Nagy felülettel és elektromos kapacitással rendelkezik, ezért a porszemcsék mozgása, súrlódása és egymásra ütközése, valamint a levegő részecskéinek hatására statikus elektromosság töltést tud felvenni. Ezért az ömlesztett rakomány kezelésekor tűzvédelmi intézkedéseket kell tenni az utasításoknak megfelelően.
A gyúlékonyság mértéke szerint minden anyagot és anyagot négy kategóriába sorolnak: nem éghető, nehezen gyulladó, nehezen gyulladó (önkioltó) és éghető.
A gyúlékony folyadékokat hagyományosan három kategóriába sorolják a lobbanásponttól függően, amelyet speciális laboratóriumi vizsgálatok körülményei között határoznak meg: I - a gőz lobbanáspontja + 23 °C alatt van; II - +23 és +60 °C közötti gőz-felvillanási hőmérséklettel; III - +60°C feletti gőz lobbanásponttal.
A gyúlékony folyékony rakományokat gyúlékony folyadékokra (FLL) és gyúlékony folyadékokra (FL) osztják.
A tűzveszélyes folyadékokat pedig lobbanáspontjuk és tűzveszélyességük szerint három kategóriába sorolják: különösen veszélyes, állandóan veszélyes, magas levegő hőmérsékleten veszélyes.
Égés- összetett fiziko-kémiai, gyors lefolyású folyamat, amely jelentős mennyiségű hő felszabadulásával és ragyogó izzással jár.
Az égés az égésre képes anyag (tüzelőanyag) oxidálószerrel (levegő oxigénnel, klórral) történő oxidációja eredményeként következik be.
A tűz fajtái: villanás, gyulladás, spontán égés, spontán égés.
Az égés egymással összefüggő kémiai és fizikai folyamatok komplexuma.
Az égési tulajdonság a keletkező láng azon képessége, hogy az éghető keverékben az égési zónából a friss keverékbe hőt adjon át.
Gyújtóforrások: szikra, láng, forró tárgyak, súrlódás, ütés.
Az égési folyamatok létrejöttét a kritikus feltételek (keverék összetétele, nyomása, hőmérséklete, a rendszer geometriai méretei szempontjából) megléte jellemzi a láng keletkezésére és terjedésére.
Az égést három jellemző szakasz jellemzi: a láng megjelenése, terjedése és kialvása.
Az üzemanyag és az oxidálószer állapotától függően az égés három típusát különböztetjük meg:
Gázok homogén elégetése gáznemű oxidálószerben;
Folyékony és szilárd éghető anyagok heterogén égése gázhalmazállapotú oxidálószerben;
Robbanóanyagok elégetése.
Az oxidálószer a levegő oxigénje. Oxidálószer lehet fluor, bróm, kén, amelyek hevítés hatására bomlanak, oxigént szabadítanak fel.
Vaku– gáz-levegő keverék gyors égése, amely a keverék lánggal vagy szikrával való érintkezéséből következhet be anélkül, hogy meggyulladna. A villanás alatt az égés leáll, mivel csak a gőzöknek van idejük égni.
Gyújtás egy olyan folyamat, amelyben az anyagot forráspontig hevítik és égnek, miközben illékony szénhidrogének szabadulnak fel.
Öngyulladás– olyan folyamat, amikor egy anyagot külső hőforrásból felmelegítenek, folyamatosan önmelegedővé alakulva.
Spontán égés– az anyag önmelegedésének és ezt követő elégésének folyamata nyílt gyújtóforrásnak való kitétel nélkül. Minél alacsonyabb hőmérsékleten megy végbe a spontán égési folyamat, annál veszélyesebb az anyag. A spontán égés folyamata már 10-20 oC-os hőmérsékleten megindulhat.
A spontán gyúlékony anyagokat három csoportra osztják: spontán éghető levegővel való érintkezés következtében ( növényi olajok), égést okoz, ha vízzel érintkezik (kalcium-karbid), spontán meggyullad más anyagokkal való kölcsönhatáskor (anyagokkal érintkezve).
A gázok tűz- és robbanásveszélyét a következő mutatók jellemzik: a lángterjedés koncentrációs határai, minimális gyulladási energia, égési hőmérséklet és lángterjedési sebesség.
Kétféle égés létezik: teljes és nem teljes.
Teljes égés akkor fordul elő, ha túlzott mennyiségű oxigén van, és vízgőz és szén-dioxid képződése kíséri.
Nem teljes égés nagyon veszélyes, mivel oxigénhiány esetén fordul elő, és mérgező szén-monoxid képződik.
Két égési mód: az első mód, amelyben az éghető anyag az égés megkezdése előtt homogén keveréket képez a levegővel, a második mód, amelyben az éghető anyagot és az oxidálószert kezdetben elválasztják, és az égés a keveredésük tartományában történik (diffúziós égés).
Az égési zónából a szilárd tüzelőanyag felé érkező hőáram az égési folyamat során felszabaduló energiától, valamint az égési zóna és a szilárd tüzelőanyag felülete közötti hőcsere feltételeitől függ. Ilyen körülmények között az égés módja és sebessége függhet az éghető anyag fizikai állapotától, térbeli eloszlásától és a környezet jellemzőitől.
A láng terjedési sebességétől függően az égés deflagrációs égés, robbanás és detonáció formájában történhet.
Robbanás- nagy mennyiségű energia gyors felszabadulásának folyamata. A robbanás következtében a robbanásveszélyes keverék nagy nyomással erősen felhevült gázzá alakul, amely nagy erőt fejt ki a környezetre és robbanáshullám kialakulását idézi elő.
A robbanás okozta pusztítást a robbanáshullám hatása okozza. A robbanás helyétől távolodva a robbanáshullám mechanikai hatása gyengül.
A láng terjedési sebessége robbanás közben eléri a több száz métert másodpercenként. Ahogy a láng gyorsabban terjed, az el nem égett gáz kompressziója növekszik az el nem égett gázon keresztül, egymást követő lökéshullámok formájában, amelyek egy erősen sűrített és felmelegített gázból állnak össze. Ennek eredményeként a reakció stabil terjedési módja keletkezik. A hangsebességet meghaladó sebességgel terjedő égéstípust nevezzük robbanás. A robbanás helyén éles nyomásugrás jellemzi, aminek nagy romboló hatása van.
A folyadékok és szilárd anyagok gyúlékony keveréket képeznek, ha olyan hőmérsékletre emelik őket, amelyen elegendő mennyiségű párolgás következtében gáznemű termékek keletkeznek. A por és a levegő keveréke robbanásveszélyes. A levegőben lebegő por felfüggeszthető és lerakódhat a falakon és a berendezéseken.
Égéskor mérgező gázok szabadulnak fel: hidrogén-cianid, foszgén és mások, és csökken a levegő oxigéntartalma. Éppen ezért nem csak és nem is annyira a tűz veszélyes, hanem a belőle származó füst és füst. Figyelembe kell venni az emberi test lehetséges reakcióit, amikor az égéstermékek koncentrációja növekszik:
szén-monoxid: 0,01% - enyhe fejfájás; 0,05% - szédülés; 0,1% - ájulás; 0,2% - kóma, gyors halál; 0,5% - azonnali halál;
szén-dioxid: legfeljebb 0,5% - nincs hatás; 0,5-7% - megnövekedett pulzusszám, a légzőközpontok bénulásának kezdete; több mint 10% - a légzőközpontok bénulása és a halál.
A HÁZTARTÁSI GÁZKÉSZÜLÉKEK (ÉS KÜLÖNÖSEN A GÁZKÜZHÖK) BIZTONSÁGOS MŰKÖDÉSÉNEK KÖVETELMÉNYEI
Szabványok a helyiségek kézi tűzoltó készülékekkel való felszerelésére
Táblázat1
|
2 |
Tűz osztály |
10 l űrtartalmú habbal és vízzel oltó tűzoltó készülékek |
Porral oltó tűzoltó készülékek kapacitással, l / tűzoltóanyag tömege, kg |
Freon tűzoltó készülékek 2 (3) l kapacitással |
Szén-dioxidos tűzoltó készülékek kapacitással, l / tűzoltóanyag tömege, kg |
||||
|
5 (8)/3(5) |
|||||||||
|
A, B, C (gyúlékony gázok és folyadékok) | |||||||||
|
Középületek | |||||||||
Megjegyzések:
1. Különböző osztályú tüzek oltásához a porral oltó készülékeknek megfelelő töltetekkel kell rendelkezniük: A osztályhoz - ABC (E) por; a B, C és E osztályokhoz - BC (E) vagy ABC (E), D - D osztályokhoz.
2. Porral oltó és széndioxidos tűzoltó készülékeknél kettős jelölést adunk: régi jelölés a test kapacitására, l/új jelölés a tűzoltóanyag tömegére, kg. A helyiségek porral és szén-dioxiddal történő tűzoltó készülékekkel való felszerelésekor megengedett a régi és az új jelzésű tűzoltó készülékek használata.
3. A „+ +” jel a létesítmények felszerelésére javasolt tűzoltó készülékeket, a „+” jel azokat a tűzoltó készülékeket jelöli, amelyek használata ajánlott hiányában és megfelelő indoklással megengedett; "-" jel - olyan tűzoltó készülékek, amelyek nem szerelhetők fel ezekre a létesítményekre.
4. Zárt térben, legfeljebb 50 m3 térfogatú, önműködő porral oltó tűzoltó készülékek alkalmazhatók a tüzek oltására a hordozható tűzoltó készülékek helyett, vagy azok mellett.
A helyiségek mobil tűzoltó készülékekkel való felszerelésének szabványai
2. táblázat
|
Maximális védett terület, m 2 |
Tűz osztály |
100 l űrtartalmú levegő-hab tűzoltó készülékek |
Kombinált tűzoltó készülékek űrtartalommal (hab, por) 100 l |
Porral oltó készülékek 100 l űrtartalommal |
Szén-dioxidos tűzoltó készülékek, űrtartalom, l |
||
|
A, B, C (gyúlékony gázok és folyadékok) | |||||||
|
V (kivéve gyúlékony gázok és folyadékok), G | |||||||
Megjegyzések:
1. Különböző osztályú tüzek oltásához a poroltó és kombinált tűzoltó készülékeknek megfelelő töltetekkel kell rendelkezniük: A osztályhoz - ABC (E) por; B, C és E osztály esetén - BC (E) vagy ABC (E); D-D osztályoknak.
2. A „+ +”, „+” és „-” jelek jelentését az 1. táblázat 2. megjegyzése tartalmazza.
Egyszerűen fogalmazva, az égés alatt az anyagok légköri oxigén általi oxidációjának gyors lefolyású, exoterm folyamatát értjük, jelentős mennyiségű hő felszabadulásával és fénykibocsátással.
Az égés egy éghető anyag és egy oxidálószer közötti kölcsönhatás, valamint bizonyos anyagok bomlásának összetett fizikai és kémiai folyamata, amelyet a kibocsátással járó öngyorsuló átalakulás jellemez. nagy mennyiségben hő- és fénykibocsátás. Ebben a folyamatban jellemzően 21 koncentrációjú levegő oxigénje vesz részt oxidálószerként. körülbelül. %. Az égési folyamat létrejöttéhez és fejlődéséhez éghető anyagra, oxidálószerre és gyújtóforrásra van szükség, amely bizonyos sebességű kémiai reakciót indít el az üzemanyag és az oxidálószer között.
Az égés általában gázfázisban megy végbe, ezért a kondenzált halmazállapotú gyúlékony anyagokat (folyékony és szilárd halmazállapotú anyagok) el kell gázosítani (párolgás, bomlás) az égés megindítása és fenntartása érdekében. Az égést a hő- és tömegátadási folyamatok, a gázdinamikai tényezők, a kémiai reakciók kinetikája és egyéb tényezők, valamint a külső körülmények és a folyamat fejlődésének természete közötti visszacsatolás különbözteti meg sokféle típussal és jellemzővel.
2.4.2.1. Az égési folyamatok osztályozása.
Égés lehet homogénÉs heterogén az éghető anyagok és az oxidálószer aggregációs állapotától függően.
Homogén égés akkor következik be, ha az éghető keverék reagáló komponensei azonos aggregációs állapotúak. Homogén égés lehet kinetikusÉs diffúzió a gyúlékony komponensek keverékképződési körülményeitől, valamint a kémiai reakciók és a keverékképződés sebességének arányától függően. Egyik vagy másik égési mód például tűz közben megvalósul, attól függően, hogy az égési folyamat melyik szakasza korlátozza: a keverékképződés sebessége vagy a kémiai reakciók sebessége.
A kinetikus égés az előre összekevert gáz vagy gőz-levegő keverékek elégetése (a folyamat korlátozó szakasza a kémiai reakciók sebessége), amely gyakran robbanásveszélyes (ha a keverék zárt térben jön létre), mert Az ebben az esetben felszabaduló energiának nincs ideje kiürülni ezen a téren kívülre. A kinetikus égés is nyugodt lehet, ha az éghető keveréket először kis, nyílt térben hozzuk létre, folyamatos tüzelőanyag-ellátással az égési zónába.
A diffúziós égési mód akkor valósul meg, ha éghető keverék közvetlenül az égési zónában jön létre, amikor az oxidálószer diffúziós folyamatok miatt belép oda, pl. heterogénégő.
Heterogén égés az éghető anyag és az oxidálószer különböző halmazállapotai között megy végbe. A heterogén égésnél fontos szerepet játszik a kondenzált éghető anyagokból (folyadékok, szilárd anyagok) keletkező gőzök reakciózónába való áramlásának intenzitása.
Gázdinamikai szempontból az égés lehet lemezesÉs viharos.
A lamináris égési folyamat akkor következik be, amikor az éghető keverék komponensei a Reynolds-kritérium (0) alacsony értékeinél belépnek a reakciózónába< R e < 200), т.е. в основном за счёт молекулярной диффузии. Процесс характеризуется малыми скоростями газовыхüzemanyag és oxidálószer áramlikés a reakciózóna (lángfront) rétegről rétegre terjedése a térben. Az égési sebesség ebben az esetben az éghető keverék képződésének sebességétől függ.
A turbulens folyamatmód akkor valósul meg, amikor az éghető keverék komponensei a reakciózónába belépnek nagy értékek Reynolds-kritérium (230< R e< 10000). Égés ebben az üzemmódban a gázsebesség növekedésével történik patakok amikor mozgásuk laminaritása megszakad. Turbulens égési módban a gázsugarak örvénye javítja a reagáló komponensek keveredését, miközben megnő az a felület, amelyen keresztül a molekuláris diffúzió megtörténik, ami a láng térbeli terjedési sebességének növekedését eredményezi.
A láng térben való terjedésének sebessége szerint az égés a következőkre oszlik:
– deflagráció(a láng terjedési sebessége több m/s);
– robbanó(a láng terjedési sebessége tíz és száz m/s, de legfeljebb a hang levegőben terjedési sebessége (344 m/s));
– robbanás(a láng terjedési sebessége nagyobb, mint a hang sebessége a levegőben).
A kémiai reakciók mélységétől függően az égés lehet teljesÉs befejezetlen.
Teljes égés esetén a reakció a teljessé válik, azaz. egymással, az üzemanyaggal és az oxidálószerrel tovább kölcsönhatásba lépni képtelen anyagok képződéséig (az éghető anyag és az oxidálószer kezdeti arányát ún. sztöchiometrikus). Példaként vegyük a metán teljes égését a reakció szerint
CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O+ K
Ahol K - exoterm reakció eredményeként felszabaduló hő, J.
A szénhidrogének teljes elégetésekor a reakciótermékek szén-dioxid és víz, azaz nem mérgező és nem gyúlékony anyagok. A teljes égés történhet az üzemanyag és az oxidálószer sztöchiometrikus arányával, valamint az éghető keverékben lévő sztöchiometrikus tartalomhoz viszonyított oxidálószer feleslegével.
A tökéletlen égést a kémiai reakció befejezetlensége jellemzi, azaz. A reakciótermékek oxidálószer jelenlétében további kölcsönhatásba léphetnek vele. Tökéletes égés akkor következik be, ha az éghető keverék oxidálószer-tartalma nem elegendő (a sztöchiometrikushoz képest). A tökéletlen égés következtében például szénhidrogének mérgező és gyúlékony komponensek keletkeznek, mint pl. CO, H 2, benzopirén, VEL(korom), szerves gyanták stb., összesen mintegy 300 kémiai vegyület és elem.
Ha minden más nem változik, teljes égés esetén magasabb hőmérséklet alakul ki, mint tökéletlen égésnél.
2.4.2.2. Az égési folyamatok alapvető mechanizmusai.
Az égést hőfelszabadulás és fénykibocsátás kíséri, és a rendszerben a hő felhalmozódásával kapcsolatos folyamat fokozatos öngyorsulásának körülményei között következik be ( termikus égés) vagy aktív reakció közbenső termékek katalizálása ( láncos égés).
A termikus égés egy exoterm reakció során lehetséges, amelynek sebessége a rendszerben felhalmozódó hő hatására gyorsan növekszik, ami a hőmérséklet növekedéséhez vezet. Amikor elérjük azt a hőmérsékletet, amelyen a reakcióból származó hőnyereség meghaladja a környezet hőveszteségét, a rendszer önfelmelegedése következik be, ami az éghető keverék öngyulladásával végződik. Ilyen körülmények között a reakció spontán kifejlődése figyelhető meg, amelyet a keletkező termékek olyan hőmérsékletre való melegítése kísér, amelyen fényt bocsátanak ki (több mint 900 °C). A termikus égés magában foglalja a légköri oxigén részvételével és anélkül zajló folyamatokat (robbanóanyagok, ózon, acetilén, peroxidok (pl. N 2 KÖRÜLBELÜL 2), egyes fémek kölcsönhatása halogénekkel, kénnel stb.).
Láncos égés csak olyan reakciókban lehetséges, amelyeknél a gyulladás vagy a robbanás alapja láncfolyamat. Ez utóbbi instabil köztes reakciótermékek képződésével jár együtt, amelyek az aktív centrumokat (szabad kémiai kötésekkel rendelkező atomokat és molekulákat) regenerálják, ami felgyorsítja a folyamatot. Elegendő számú aktív centrum felhalmozódása hozzájárul a láncfolyamat termikusra való átmenetéhez, és a keverék hőmérsékletének növekedéséhez az öngyulladás pontjáig. Az ilyen aktív centrumok a molekulák termikus vibrációs mozgásának sebességének növekedése következtében keletkeznek, és a láncok elágazása miatt szaporodnak. A láncmechanizmussal lezajló reakciók kezdeti szakaszában a reagáló anyagok kémiai energiája főként új aktív centrumok képződésébe kerül át. Az aktív centrumok koncentrációjának változásának folyamatát a következő egyenlet írja le:
Ahol n – az aktív központok száma a reakciózónában;
τ - idő;
w 0 – az aktív centrumok magképződési sebessége;
φ – konstans, amely az elágazás és a láncvégződés sebességének különbségét jellemzi.
Az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elmélete (MKT) szempontjából a kémiai égési reakciók az üzemanyag és az oxidálószer molekulák kölcsönhatásának eredményeként mennek végbe. Az éghető keverék két komponense közötti molekuláris kölcsönhatás erői nagyon rövid távolságban jelennek meg, és a távolság növekedésével élesen csökkennek. Ezért a tüzelőanyag és az oxidálószer molekulák közötti kölcsönhatás csak akkor lehetséges, ha teljesen össze vannak kapcsolva, ami ütközésnek tekinthető. Következésképpen az üzemanyag és az oxidálószer közötti kémiai reakciót meg kell előznie a komponensek keveredésének és a molekulák rugalmas ütközésének fizikai aktusának.
Könnyen kiszámítható a gázmolekulák egységnyi térfogatra eső ütközésének száma. Így például hidrogén és oxigén sztöchiometrikus keverékéhez (2 N 2 + KÖRÜLBELÜL 2) 288 °C hőmérsékleten TOés a légköri nyomás (~ 101325 Pa) ütközések száma 1-ben Vel 1-kor cm 3 eléri a 8,3·10 28-at. Ha mindezen ütközések kémiai reakciót eredményeznének, akkor az egész keverék nagyon gyorsan reagálna. A gyakorlat azt mutatja, hogy ilyen körülmények között az égési reakció egyáltalán nem megy végbe, mert mindezek az ütközések nem vezetnek kémiai kölcsönhatáshoz.
A kémiai reakció létrejöttéhez a reagáló molekuláknak gerjesztett állapotban kell lenniük. Az ilyen gerjesztés akkor lehet kémiai, ha a molekulák atomjai egy vagy két szabad vegyértékkel rendelkeznek (az ilyen molekulákat gyököknek nevezzük, és pl. CH 3 , Ő , CH 2, stb.) és fizikai, amikor a lassú melegítés hatására a molekulák egy kritikus érték feletti mozgási energiára tesznek szert.
Azokat a molekulákat, amelyek rendelkeznek a meglévő kötések megszakításához vagy gyengítéséhez szükséges energiatartalékkal, a kémiai reakciók aktív központjainak nevezzük.
Az aktív és a normál állapotú molekulák átlagos energiaszintje közötti különbség, i.e. az inaktív, gerjesztetlen állapotot aktiválási energiának nevezzük ( E A). Minél nagyobb az aktiválási energia számértéke, annál nehezebb egy adott reagenspárt kémiai reakcióba kényszeríteni, és fordítva. Ezért az aktiválási energia az éghető anyagok tűzveszélyességi fokának közvetett mutatója.
Az aktiválási energia a következő képlettel becsülhető meg:
Ahol E A- aktiváló energia, J;
k– Boltzmann-állandó egyenlő: 1,38·10 –23 J/C;
T- abszolút hőmérséklet, TO.
A fő kémiai égési folyamat természete számos fizikai folyamattól függ:
– a reagáló anyagok és reakciótermékek mozgása (diffúziós folyamatok);
– hőleadás és -elosztás (hőátadási folyamatok);
– hő- és anyagátadást biztosító aero- és hidrodinamikai feltételek (konvekciós folyamatok).
Ezen tényezők figyelembe vételének szükségessége nagymértékben megnehezíti az égési folyamatok tanulmányozását és elméleti leírását.
A hevítés során gáz (gőz) fázist nem képző szilárd anyagok égése heterogén, és a fázis határfelületén megy végbe, ezért a fent tárgyalt, a folyamat jellegét befolyásoló tényezők mellett a fűtőelem felületének mérete és jellege is. a szilárd fázis rendkívül fontos szerepet játszik (ez különösen fontos az aeroszolok esetében).
2.4.2.3. Gyújtó impulzusok.
Az égéshez az éghető anyagon és az oxidálószeren kívül egy kezdeti energiaimpulzus (leggyakrabban hőleadással) szükséges, amely az éghető keverék kis térfogatának meggyulladását okozza, majd az égés az egész területre kiterjed. az egész tér, amelyben eloszlik.
Gyújtóimpulzus léphet fel olyan fizikai, kémiai és mikrobiológiai folyamatok során, amelyek hozzájárulnak a hőtermeléshez. E folyamatok természetétől függően az impulzusokat ennek megfelelően osztják fel fizikai, kémiai, És mikrobiológiai
Mivel amikor egy fizikai impulzus hat egy rendszerre, hő szabadul fel, ami nem kémiai folyamat eredménye, ezt az impulzust termikusnak tekintjük. A rendszer fűtését okozó hőimpulzus hatása lehet:
– érintkezés– a hőátadás az éghető keveréknek a forrásával való érintkezése miatt történik;
– sugárzás– a hőátadás az éghető keverékhez a fűtőforrás elektromágneses sugárzásával történik;
– konvekció– a hőátadás az éghető rendszernek valamilyen anyag (levegő vagy más mozgásban lévő gáz) által történik;
– hidraulikus(dinamikus) - hőtermelés a gázelegy térfogatának gyors csökkenése miatt, amelyet az utóbbi nyomásának növekedése kísér.
A hőimpulzus fő forrásai a következők:
- nyílt láng (hőmérséklet ~ 1500 °C);
- fűtött felületek (hőmérséklet > 900 °C);
– mechanikus szikrák (hőmérséklet ~ 1200 °C)
- elektromos szikrák (6000 fokig °C).
A kémiai és mikrobiológiai impulzusok hatására a rendszerben a hő felhalmozódása kémiai reakció, fizikai-kémiai folyamat (például adszorpció) és azon mikroorganizmusok aktivitása miatt következik be, amelyek számára az éghető anyag az élelmiszer.
2.4.2.4. Az égési reakciók sebessége.
Az égési folyamat sebessége általános nézet egyenlet határozza meg:
Ahol A ,b – a reagáló komponensek koncentrációja;
τ - idő,
Ahol m, n – égéstermékek koncentrációja.
Az égési sebesség növekedésével együtt jár az egységnyi idő alatt a rendszerbe jutó hőmennyiség növekedése, és ennek következtében az égési hőmérséklet emelkedése.
2.4.2.5. Égési hőmérséklet.
Az égés során a felszabaduló hő nem teljes egészét a reakcióelegy hőmérsékletének növelésére fordítják, mivel ennek egy része veszteség formájában a következőkre fordítódik:
– kémiai és fizikai aláégetés, figyelembe véve az alulégetési együtthatót ( β );
– a láng elektromágneses sugárzása, a sugárzó test hőmérsékletétől, aggregációs állapotától, ill. kémiai természet. Ezt a függőséget a sugárzó test emissziós együtthatója határozza meg. ε ) és a hullámhossz elektromágneses sugárzás;
– vezető-konvektív veszteségek.
Ennek alapján az égési folyamatokban 3 fő hőmérsékleti típus létezik:
– kalorimetrikus;
– elméleti (számított);
– tényszerű.
A kalorimetrikus hőmérséklet akkor érhető el, ha az égési folyamat során felszabaduló összes hőt az égéstermékek melegítésére fordítják, például a benzol égésekor - 2533 TO, benzin – 2315 TO, hidrogén – 2503 TO, földgáz – 2293 TO.
Az elméleti (számított) hőmérséklet meghatározása az égéstermékek disszociációjából származó hőveszteségek figyelembevételével történik. A szénhidrogén gyúlékony anyagok égéstermékeinek jelentős disszociációja 2000 °C feletti hőmérsékleten kezdődik TO. Ipari körülmények között a tüzek ilyen magas hőmérséklete gyakorlatilag nem fordul elő, ezért ezekben az esetekben a disszociációból eredő hőveszteségeket általában nem veszik figyelembe.
A tényleges égési hőmérsékletet a környezet hőveszteségének figyelembevételével határozzák meg, és szinte minden éghető anyag esetében ~ 1300-1700 TO.
Cikkek a témában
