Горение: — экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

горение — это… Что такое горение?

Горение:  - экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

111. Горение и взрыв возможны только при наличии трех факторов: горючего вещества, окислителя, которые в смеси с горючим веществом в определенной концентрации — между нижним (НПВ) и верхним (ВПВ) пределами взрыва — образуют горючую или взрывоопасную смесь (среду), и источника зажигания.

Наглядно это можно было показать на примере «огненного» треугольника, представленного на рис.1

Рис. 1

Отсутствие хотя бы одной из сторон треугольника делают горение или взрыв невозможным.

112. Одним из важнейших аспектов любых нормативных документов, так же как и настоящих рекомендаций, являются границы, в которых они действуют или область их распространения.

В рассматриваемой области – это четкое определение спектра горючих веществ, окислителя, источника воспламенения (или зажигания), а также места размещения электроустановки (или электрооборудования, как части и ее).

113.

Настоящие рекомендации, также как и международные стандарты и рекомендации распространяются на электроустановки, размещаемые в зданиях и сооружениях, в помещениях, под навесом и на открытом воздухе, в том числе внутри технологического оборудования и трубопроводов (в отступлении от 7.3.1. title=»Правила устройства электроустановок. Издание 7″), где применяются, перерабатываются или складируются горючие вещества, отнесённые к взрывоопасным (см. раздел 3).

При этом, в качестве окислителя рассматривается только кислород воздуха, а в качестве источника зажигания – только электрооборудование, т.е. опасные нагревы его поверхностей, искры и дуги, образующиеся как при его нормальной работе, так и в результате различных неисправностей.

114. Настоящие рекомендации не распространяются на:

— электроустановки рудников и шахт, опасных по рудничному газу метану и угольной пыли, а так же на предприятия, взрывоопасность которых является средствами применения, производства или храпения взрывчатых веществ;

— на другие окислители, за исключением кислорода воздуха (указание в п. 7.1.18 title=»Правила устройства электроустановок.

Издание 7″ на какие-либо другие окислители является ошибочными и автоматически перенесено из title=»Определение категорий помещений, зданий и наружных установок по взрывопожарной и пожарной опасности» и title=»Определение категорий наружных установок по пожарной опасности») — взрывозащищенное электрооборудование испытывается и обеспечивает взрывобезопасность только в средах, где перемешиваются горючие вещества с воздухом;

— на любые другие источники воспламенения, не связанные с электроустановками.

12. ОСНОВНЫЕ НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

Нормативные документы по электроустановкам во взрывоопасных зонах, базируясь на общих правилах изготовления электрооборудования и проектирования, монтажа и эксплуатации электроустановок, устанавливают дополнительные к ним требования, направленные на снижение до допустимого уровня вероятность того, что электроустановка может стать источником воспламенения окружающей взрывоопасной среды.

Развитие торгово-экономических связей в различных областях электротехники потребовало унификации национальных Норм и Правил различных стран для обеспечения адекватной безопасности.

С этой целью были созданы Международная Электротехническая Комиссия, а в странах ЕЭС — Европейский Комитет по Стандартизации в области Электротехники.

Широкое применение в нашей стране импортного взрывозащищенного электрооборудования, как единичного, так и в составе комплексных электроустановок, требует для обеспечения взрывобезопасностп сравнительного анализа, по крайней мере, основных Положений Международных и Российских Норм и Правил в данной области.

121. ПУБЛИКАЦИИ МЕЖДУНАРОДНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ КОМИССИИ (МЭК — 1ЕС)

121.1. Международная Электротехническая Комиссии (МЭК), членом которой является и Россия, занимается разработкой единых и согласованных рекомендаций в области электротехники.

Технические проблемы рассматриваются в технических комитетах (ТК) МЭК.

Для выполнения этой работы все страны — члены МЭК — могут направлять в ТК своих экспертов.

Предложения, с которыми выступают те или иные члены МЭК, передаются на обсуждение соответствующего ТК и после всестороннего обсуждения ставятся на ание, а по истечении шестимесячного срока (в случае их принятия за это время большинством членов) публикуются в качестве рекомендаций МЭК.

121.2. Публикации МЭК не являются нормативными документами и не претендуют эту роль.

При росте числа стран, участвующих в их разработке, приходится идти на компромиссы, неизбежным следствием которых, в конечном итоге, является снижение требований к безопасности и многие проблемы, по которым страны — члены МЭК не могли прийти к согласованному мнению, оказались просто обойденными рекомендациями этой организации.

Перечень публикаций МЭК по электроустановкам во взрывоопасных зонах приведен в Приложении 1.

122. ЕВРОПЕЙСКИЕ НОРМЫ — СТАНДАРТЫ CENELEC

122.1. Для стран, входящих в Европейское Экономическое Сообщество (ЕЭС), разработкой единых согласованных норм занимается Европейский Комитет по стандартизации в области электротехники (CENELEC).

Европейские: нормы и стандарты CENELEC разработаны на базе национальных норм стран-членов ЕЭС и рекомендаций МЭК, но в отличии от рекомендаций МЭК, являются тщательно проработанными нормативными документами.

В 1977 г. Европейские Нормы были приняты в качестве национальных норм во всех странах-членах ЕЭС.

122.2. Перечень европейских норм по конструированию, испытанию и маркировке взрывозащищенного электрооборудования для взрывоопасной газовой среды (кроме шахт) приведен в Приложении 2, а обозначение этих норм, принятое в каждой из стран ЕЭС, дано в Приложении 3.

123. НОРМАТИВНЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ ДОКУМЕНТЫ США

123.1. В то время как на базе рекомендаций МЭК и Европейских Норм происходит сближение национальных норм большинства стран, процесс этот. по крайней мере в области электроустановок во взрывоопасных зонах, практически не затронул норм США, хотя они также являются членом МЭК.

Нормы и Правила США (а также Канады и Мексики) в части классификации взрывоопасных зон и взрывоопасных смесей, подходам к конструкции и маркировке взрывозащищенного электрооборудования, выполнения электрических сетей во взрывоопасных зонах и т.п., стоят в мире особняком.

123.2. Поскольку электрооборудование США имеется в эксплуатации и в нашей стране, а при развитии торгово-экономических связей видимо оно будет поступать и в дальнейшем, знание, по крайней мере, основных положений норм США, представляет определенный практический интерес.

Основные нормы и рекомендуемые практики США по электроустановкам во взрывоопасных зонах приведены в Приложении 4.

124. НОРМАТИВНЫЕ ДОКУМЕНТЫ РФ

Перечень основных действующих нормативных документов Российской Федерации, имеющих отношение к электроустановкам во взрывоопасных зонах, приведены в Приложении 5.

124.1. СИСТЕМА СТАНДАРТОВ «ВЗРЫВОЗАЩИЩЕННОЕ И РУДНИЧНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ»

124.1.1. Данная система стандартов разработана на базе соответствующих публикаций МЭК взамен ранее действовавших ПИВЭ и ПИВРЭ.

124.1.2. Входящие в систему стандарты являются тщательно проработанными нормативными документами, определяющими требования к конструкции взрывозащищенного электрооборудования, методам его испытаний, классификации, маркировке и сертификации.

124.2. КОМПЛЕКС СТАНДАРТОВ «ЭЛЕКТРОУСТАНОВКИ ЗДАНИЙ. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ТРЕБОВАНИЯ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ»

124.2.1. Этот комплекс стандартов является практически дословным переводом соответствующих частей и разделов публикации МЭК 364 «Электрические установки зданий» и публикации МЭК 449 «Диапазоны напряжения электрических установок зданий».

Источник: https://normative_reference_dictionary.academic.ru/13426/%D0%B3%D0%BE%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

Урок №23. Горение и медленное окисление. Тепловой эффект химических реакций — ХиМуЛя.com

Горение:  - экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

I. Горение имедленное окисление

Горение – это первая химическая реакция, с которойпознакомился человек. Огонь… Можно ли представить наше существование безогня? Он вошел в нашу жизнь, стал неотделим от нее. Без огня человек несварит пищу, сталь, без него невозможно движение транспорта. Огонь стал нашимдругом и союзником, символом славных дел, добрых свершений, памятью о минувшем.


Мемориал славы в г. Сыктывкаре

Пламя, огонь, как одно из проявлений реакции горения,имеет и свое монументальное отражение. Яркий пример – мемориал славы в г. Сыктывкаре.

Раз в четыре года в мире происходит событие,сопровождающееся переносом «живого» огня. В знак уважения к основателямолимпиад огонь доставляют из Греции. По традиции один из выдающихсяспортсменов доставляет этот факел на главную арену олимпиады.

Об огне сложены сказки, легенды. В старину людидумали, что в огне живут маленькие ящерицы – духи огня. А были и такие,которые считали огонь божеством и строили в его честь храмы. Сотни лет горели вэтих храмах, не угасая, светильники, посвященные богу огня. Поклонение огнюбыло следствием незнания людьми процесса горения.


Олимпийский огонь

М.В.Ломоносов говорил: «Изучение природы огня и безхимии предпринимать отнюдь невозможно».

Горение — реакция окисления, протекающая сдостаточно большой скоростью, сопровождающаясявыделением тепла и света.

Схематически этот процесс окисления можно выразитьследующим образом:


Реакции, протекающие с выделением теплоты, называются экзотермическими (от греч. «экзо» -наружу).

При горении идет интенсивное окисление, в процессегорения появляется огонь, следовательно, такое окисление протекает оченьбыстро. Еслискорость реакции окажется достаточно большой? Может произойти взрыв.

Таквзрываются смеси горючих веществ с воздухом или кислородом. К сожалению,известны случаи взрывов смесей воздуха с метаном, водородом, парами бензина,эфира, мучной и сахарной пылью и т.п.

, приводящие к разрушениям и дажечеловеческим жертвам.

Для  возникновения  горения необходимы:

  • горючее вещество
  •  окислитель (кислород)
  •  нагреваниегорючего вещества до температуры воспламенения

Температура воспламенения у каждого вещества различна.

В то время как эфир может воспламениться отгорячей проволоки, для того чтобы поджечь дрова, нужно нагреть их до несколькихсот градусов. Температура воспламенения веществ различна. Сера и деревовоспламеняются при температуре около 270 °С, уголь – около 350 °С, а белыйфосфор – около 40 °С.

Однако не всякое окисление непременно должносопровождаться появлением света.

Существует значительное число случаев окисления,которые мы не можем назвать процессами горения, ибо они протекают стольмедленно, что остаются незаметными для наших органов чувств. Лишь по прошествииопределенного, часто весьма продолжительного времени мы можем уловить продуктыокисления. Так, например, обстоит дело при весьма медленном окислении (ржавлении) металлов



 или при процессах гниения.

Разумеется, при медленном окислении выделяетсятеплота, но это выделение вследствие продолжительности процесса протекаетмедленно. Однако сгорит ли кусок дерева быстро или подвергнется медленномуокислению на воздухе в течение многих лет, все равно – в обоих случаях при этомвыделится одинаковое количество теплоты.

Медленное окисление – это процесс медленноговзаимодействия веществ с кислородом с медленным выделением теплоты (энергии).

Примеры взаимодействия веществ с кислородом безвыделения света: гниениенавоза, листьев, прогоркание масла, окисление металлов (железные форсунки придлительном употреблении становятся тоньше и меньше), дыхание аэробных существ,т. е. дышащих кислородом, сопровождается выделением теплоты, образованиемуглекислого газа и воды.

Познакомимся с характеристикойпроцессов горения и медленного окисления приведённой в таблице.

Характеристика процессов горения и медленногоокисления

Признаки реакцииПроцесс
ГорениеМедленное окисление
Образование новых веществДа (оксиды)Да (оксиды)
Выделение теплотыДаДа
Скорость выделения теплотыБольшаяНебольшая (идет медленно)
Появление светаДаНет

Вывод: реакции горения и медленногоокисления – это экзотермические реакции, отличающиеся скоростью протекания этихпроцессов.

II. Тепловой эффект химическойреакции.

В каждом веществе запасено определенноеколичество энергии.

С этим свойством веществ мы сталкиваемся уже за завтраком,обедом или ужином, так как продукты питания позволяют нашему организмуиспользовать энергию самых разнообразных химических соединений, содержащихся впище. В организме эта энергия преобразуется в движение, работу, идет наподдержание постоянной (и довольно высокой!) температуры тела.

Любая химическая реакция сопровождаетсявыделением или поглощением энергии. Чаще всего энергия выделяется илипоглощается в виде теплоты (реже — в виде световой или механической энергии).Эту теплоту можно измерить.

Результат измерения выражают в килоджоулях (кДж)для одного МОЛЯ реагента или (реже) для моля продукта реакции. Количествотеплоты, выделяющееся или поглощающееся при химической реакции, называется тепловым эффектомреакции (Q).

Например, тепловой эффект реакции сгорания водорода в кислороде можно выразитьлюбым из двух уравнений:

2 H2(г) + O2(г)= 2 H2О(ж) + 572 кДж

2 H2(г) + O2(г)= 2 H2О(ж) + Q

Это уравнение реакцииназывается термохимическим  уравнением.Здесь символ «+Q« означает, что при сжигании водородавыделяется теплота. Эта теплота называется тепловым эффектом реакции. Втермохимических уравнениях часто указывают агрегатные состояния веществ.

Реакции протекающие с выделением энергии  называются ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского»экзо» – наружу). Например, горение метана:

CH4 + 2O2= CO2 + 2H2O + Q

Реакции протекающие  с поглощением энергии называютсяЭНДОТЕРМИЧЕСКИМИ (от латинского «эндо» — внутрь). Примером являетсяобразование оксида углерода (II) CO и водорода H2 из угля и воды,которое происходит только при нагревании.

C + H2O = CO + H2– Q

Тепловые эффекты химических реакций нужны для многихтехнических расчетов.

Тепловые эффекты химических реакций нужны длямногих технических расчетов. Представьте себя на минуту конструктором мощнойракеты, способной выводить на орбиту космические корабли и другие полезныегрузы (рис.).

Рис. Самаямощная в мире российская ракета «Энергия» перед стартом на космодромеБайконур. Двигатели одной из её ступеней работают на сжиженных газах — водородеи кислороде.

Допустим, вам известна работа (в кДж), которуюпридется затратить для доставки ракеты с грузом с поверхности Земли до орбиты,известна также работа по преодолению сопротивления воздуха и другие затратыэнергии во время полета. Как рассчитать необходимый запас водорода и кислорода,которые (в сжиженном состоянии) используются в этой ракете в качестве топлива иокислителя?

Без помощи теплового эффекта реакции образованияводы из водорода и кислорода сделать это затруднительно. Ведь тепловой эффект -это и есть та самая энергия, которая должна вывести ракету на орбиту. В камерахсгорания ракеты эта теплота превращается в кинетическую энергию молекулраскаленного газа (пара), который вырывается из сопел и создает реактивнуютягу.

В химической промышленности тепловые эффектынужны для расчета количества теплоты для нагревания реакторов, в которых идутэндотермические реакции. В энергетике с помощью теплот сгорания топливарассчитывают выработку тепловой энергии.

Врачи-диетологи используют тепловые эффектыокисления пищевых продуктов в организме для составления правильных рационовпитания не только для больных, но и для здоровых людей — спортсменов,работников различных профессий.

По традиции для расчетов здесь используют неджоули, а другие энергетические единицы — калории (1 кал = 4,1868 Дж).Энергетическое содержание пищи относят к какой-нибудь массе пищевых продуктов:к 1 г, к 100 г или даже к стандартной упаковке продукта.

Например, на этикеткебаночки со сгущенным молоком можно прочитать такую надпись: «калорийность320 ккал/100 г».

III. Расчёты по термохимическим уравнениям (ТХУ)

АЛГОРИТМ 1

АЛГОРИТМ 2

АЛГОРИТМ 3

АЛГОРИТМ 4

IV. Задания для закрепления

№1. Лабиринт «Её величество реакция горения»

№2. Головоломка «Не повторяющиеся буквы».

Для решения этой головоломки внимательно просмотрикаждую строчку. Выбери из них ни разу не повторяющиеся буквы. Если ты сделаешьэто правильно, то сможешь из этих букв составить пословицу о правилах обращенияс огнем.

ДОПОЛНИТЕЛЬНО:

ПОЖАР С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ХИМИКА

Источник: https://www.sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/8-klass/urok-no23-gorenie-i-medlennoe-okislenie-teplovoj-effekt-himiceskih-reakcij

Пожары и их опасные факторы

Горение:  - экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

Пожар — это неконтролируемое горение, причиняющее материальный ущерб, вред жизни и здоровью граждан, интересам общества и государства. Горение под контролем человека не является пожаром, если оно не наносит ущерба.

Несанкционированное возгорание, т. е. начало горения под воздействием источника зажигания, должно быть немедленно ликвидировано с использованием первичных средств пожаротушения (огнетушителей или пожарного водопровода). Однако необходимо помнить, что привлечение к тушению пожара даже обученных сотрудников небезопасно, а школьников — вообще недопустимо.

Горение — это экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся по крайней мере одним из трех факторов: свечением, пламенем, появлением дыма; тление — беспламенное горение материала.

Самовозгорание — это возгорание в результате самоинициируемых экзотермических процессов; воспламенение — начало пламенного горения под воздействием источника зажигания. В отличие от возгорания воспламенение сопровождается только пламенным горением.

Горение возникает при наличии трех обязательных составляющих: горючего вещества, окислителя и источника зажигания.

Под термином горючее вещество подразумевается вещество, которое способно самостоятельно гореть после того, как будет удален внешний источник зажигания.

Горючее вещество может находиться в твердом, жидком или газообразном состоянии. Горючими веществами являются большинство органических веществ, ряд газообразных неорганических соединений и веществ, многие металлы и т. д.

Наибольшую взрывопожарную опасность представляют газы.

Для воспламенения горючей жидкости над ее поверхностью сначала должна образоваться паровоздушная смесь.

Горение жидкостей возможно только в паровой фазе; при этом поверхность самой жидкости остается сравнительно холодной.

Среди горючих жидкостей выделяют класс наиболее опасных — легковоспламеняющиеся жидкости (ЛВЖ). К ЛВЖ относятся бензин, ацетон, бензол, толуол, некоторые спирты, эфиры и т. п.

Существует ряд веществ (газообразных, жидких или в твердом состоянии), которые способны самовоспламеняться при контакте с воздухом без предварительного нагрева (при комнатной температуре). Такие вещества называют пирофорными. К ним относятся: белый фосфор, гидриды и металлоорганические соединения легких металлов и др.

Существует также достаточно большая группа веществ, при контакте которых с водой или водяными парами, находящимися в воздухе, начинается химическая реакция, протекающая с выделением большого количества теплоты.

Под действием выделяющейся теплоты происходит самовоспламенение горючих продуктов реакции и исходных веществ. К этой группе веществ относятся щелочные и щелочноземельные металлы (литий, натрий, калий, кальций, стронций, уран и др.

), гидриды, карбиды, фосфиды указанных металлов, низкомолекулярные металлоорганические соединения (триэтила-люминий, триизобутилалюминий, триэтилбор) и др.

Горение твердого вещества происходит по более сложному механизму, в несколько стадий. При воздействии внешнего источника происходит прогрев поверхностного слоя твердого вещества, из него начинается выделение газообразных летучих продуктов.

Этот процесс может сопровождаться или плавлением поверхностного слоя твердого вещества, или его возгонкой (образованием газов, минуя стадию плавления).

При достижении определенной концентрации горючих газов в воздухе (нижнего концентрационного предела) они воспламеняются и посредством выделяющейся теплоты начинают сами воздействовать на поверхностный слой, вызывая его плавление и поступление в зону горения новых порций горючих газов и паров твердого вещества.

Рассмотрим в качестве примера древесину. При нагревании до 110 °C происходят высушивание древесины и незначительные испарения смолы. Слабое разложение начинается при 130 °C. Более заметное разложение древесины (изменение цвета) происходит при температуре 150 °C и выше. Образующиеся при 150-200 °C продукты разложения составляют в основном воду и углекислый газ, поэтому гореть не могут.

При температуре выше 200 °C начинает разлагаться главная составная часть древесины — клетчатка. Газы, образующиеся при этих температурах, являются горючими, так как они содержат значительные количества окиси углерода, водорода, углеводородов и паров других органических веществ.

Когда концентрация этих продуктов в воздухе станет достаточной, при определенных условиях произойдет их воспламенение.

Если горючее вещество при плавлении растекается, оно увеличивает очаг горения(например, каучук, резина, металлы и т. д.).

В том случае, если вещество не плавится, кислород постепенно подходит к поверхности горючего и процесс приобретает форму гетерогенного горения (например, выжигание кокса).

Процесс горения твердых веществ сложен и многообразен, он зависит от многих факторов (дисперсность твердого материала, его влажность, наличие пленки окислов на его поверхности и ее прочность, присутствие примесей и т. д.).

Более интенсивно (часто со взрывом) происходит возгорание мелкодисперсных металлических порошков и пылевидных горючих материалов (например, древесной пыли, сахарной пудры).

В качестве окислителя при пожаре наиболее часто выступает кислород, содержание которого в воздухе составляет около 21 %. Сильными окислителями являются перекись водорода, азотная и серная кислоты, фтор, бром, хлор и их газообразные соединения, хромовый ангидрид, перманганат калия, хлораты и другие соединения.

При взаимодействии с металлами, которые в расплавленном состоянии проявляют очень высокую активность, в роли окислителей выступают вода, двуокись углерода и другие кислородсодержащие соединения, которые в обычной практике считаются инертными.

Однако только наличия смеси горючего и окислителя еще недостаточно для начала процесса горения. Необходим еще источник зажигания.

Для того чтобы произошла химическая реакция, необходимо появление достаточного количества активных молекул, их обломков (радикалов) или свободных атомов (еще не успевших объединиться в молекулы), которые обладают избыточной энергией, равной энергии активации для данной системы или превышающей ее.

Появление активных атомов и молекул возможно при нагреве всей системы, при локальном контакте газов с нагретой поверхностью, при воздействии пламени, электрического разряда (искра или дуга), локального нагрева стенки сосуда в результате трения или при введении катализатора и т. п.

Источником воспламенения может быть также внезапное адиабатическое (без теплообмена с окружающей средой) сжатие газовой системы или воздействие на нее ударной волны.

В настоящее время установлено, что механизм возникновения и развития реальных пожаров и взрывов характеризуется комбинированным цепочечно-тепловым процессом.

Начавшись цепным путем, реакция окисления за счет ее экзотермичности продолжает ускоряться за счет тепла.

В конечном счете, критические (предельные) условия возникновения и развития горения будут определяться тепловыделением и условиями тепломассообмена реагирующей системы с окружающей средой.

Под механизмом прекращения горения понимают систему факторов, приводящих к окончанию процесса (реакции) горения.

Механизм прекращения горения может быть естественно обусловленным, когда он реализуется без участия человека (самоликвидация горения, например, в природе). Вместе с тем знание сути механизма прекращения горения позволяет целенаправленно использовать его как при ликвидации небольших очагов горения, так и при тушении пожаров.

Для прекращения горения необходимо выполнение хотя бы одного из следующих условий:

прекращение поступления в зону горения новых порций паров горючего;

прекращение поступления окислителя (кислорода воздуха);

уменьшение теплового потока от факела пламени;

уменьшение концентрации активных частиц (радикалов) в зоне горения.

Таким образом, возможными принципами (способами) тушения огня могут быть:

снижение температуры очага горения ниже температуры самовоспламенения или температуры вспышки горючего путем введения в пламя веществ, которые в результате испарения, сублимации или разложения забирают на себя некоторое количество теплоты (классическим веществом является вода);

уменьшение количества паров горючего, поступающего в зону горения, путем изоляции горючего вещества от воздействия факела очага горения (например, при помощи плотного покрывала);

снижение концентрации кислорода в газовой среде путем разбавления среды негорючими добавками (например, азотом, углекислым газом);

снижение скорости химической реакции окисления за счет связывания активных радикалов и прерывания цепной реакции горения, протекающей в пламени, путем введения специальных химически активных веществ (ингибиторов);

создание условий гашения пламени при прохождении его через узкие каналы между частицами огнетушащего вещества (эффект огнепреграждения);

срыв пламени в результате динамического воздействия струи огнетушащего вещества на очаг горения.

Как правило, процесс тушения имеет комбинированный характер. Так, пена оказывает изолирующее и охлаждающее воздействие, порошковые составы обладают ингибирующим, ингибирующим, огнепреграждающим и динамическим действием.

Опасный фактор пожара (ОФП) — это фактор, воздействие которого может привести к людскому и (или) материальному ущербу.

ОФП подразделяются на первичные и вторичные.

К первичным относятся:

пламя и искры;

повышенная температура окружающей среды;

токсичные продукты горения и термического разложения; дым;

пониженная концентрация кислорода.

При оценке первичных ОФП необходимо помнить, что основными из них являются токсические продукты горения и термического разложения, представляющие собой раскаленную до 300-400 °C смесь высокотоксичных отравляющих веществ, парализующих органы дыхания человека за один-два вдоха. Статистика гибели людей на пожарах показывает, что около 80 % погибших были поражены именно этим ОФП.

При этом следует иметь в виду, что предельно допустимая повышенная температура окружающей среды также нормируется и составляет для человека 70 °C.

Динамика нарастания температуры продуктов горения при пожаре в помещении на высоте роста человека имеет следующие примерные параметры:

в течение первой минуты — примерно до 160 °C;

в течение второй минуты — примерно до 350 °C.

Следовательно, предельная температура продуктов горения достигается в помещении примерно за 2 минуты, что необходимо учитывать при эвакуации людей.

Один из важнейших ОФП — уменьшение содержания кислорода в газовой среде горящего помещения. В чистом воздухе его содержание достигает 27 %. В горящем здании за счет интенсивно протекающего горения содержание кислорода значительно снижается; его опасное значение находится в пределах 17 %.

Это необходимо учитывать при использовании фильтрующих средств защиты органов дыхания, предназначенных для применения дежурными службами и другими лицами.

То есть существует вероятность того, что человек на пожаре, защищенный, например, самоспасателем, может погибнуть не от токсических продуктов горения, а от недостатка кислорода в газовой среде горящего здания.

К вторичным ОФП можно отнести:

осколки, части разрушающихся механизмов, конструкций зданий и т. д.;

токсические вещества и материалы из разрушенных механизмов и агрегатов;

электрическое напряжение, вследствие потери изоляции токоведущими частями механизмов;

опасные факторы взрыва, возникающие в результате пожара;

огнетушащие вещества.

В динамике развития пожара выделяют несколько основных фаз.

Первая фаза (до 10 мин.) — начальная стадия, включающая переход возгорания в пожар за время примерно в 1-3 минуты и рост зоны горения в течение 5-6 минут.

При этом происходит преимущественно линейное распространение огня вдоль горючих веществ и материалов, что сопровождается обильным дымовыделением.

На этой фазе очень важно обеспечить изоляцию помещения от поступления наружного воздуха, так как в некоторых случаях в герметичном помещении наступает самозатухание пожара.

Вторая фаза — стадия объемного развития пожара, занимающая по времени 30-40 минут. Характеризуется бурным процессом горения с переходом в объемное горение; процесс распространения пламени происходит дистанционно за счет передачи энергии горения на другие материалы.

Через 15-20 минут происходит разрушение остекления, резко увеличивается приток кислорода, максимальных значений достигают температура (до 800-900 °C) и скорость выгорания. Стабилизация пожара при максимальных его значениях происходит на 20-25 минутах и продолжается еще 20-30 минут. При этом выгорает основная масса горючих материалов.

Третья фаза — стадия затухания пожара, т. е. догорание в виде медленного тления, после которого пожар прекращается.

Анализ динамики развития пожара позволяет сделать следующие выводы.

Технические системы пожарной безопасности (сигнализации и автоматического тушения пожара) должны сработать до достижения максимальной интенсивности горения, а лучше — в начальной стадии пожара. Это позволит руководителю учреждения иметь запас времени, чтобы организовать мероприятия по защите людей.

Пожарные подразделения прибывают, как правило, через 10-15 минут после вызова, т. е. через 15-20 минут после возникновения пожара, когда он принимает объемнуюформу и максимальную интенсивность.

Источник: https://studwood.ru/681296/bzhd/pozhary_opasnye_faktory

Горение — экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся, по крайней мере, одним из трёх факторов: пламенем, свечением, выделением дыма

Горение:  - экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

Реакции горения протекают при высоких температурах (Т > 1000 К), поэтому они происходят быстро и до конца (т. е. до полного окисления го­рючего вещества). При горении в основном образуются продукты полного окисления: для углерода — это СО2, для водорода — Н2О, для серы — SО2 и т. д.

При невысоких температурах (Т ~ 500-700 К) между горючим веще­ством и кислородом может происходить медленная реакция — окисление. Например, метан окисляется до метилового спирта (СН3ОН), который в дальнейшем может окисляться до альдегида (СН2О), а альдегид до муравьи­ной кислоты (НСООН).

Все эти реакции экзотермические (происходят с вы­делением тепла). Однако скорость выделения тепла в такой реагирующей смеси недостаточна для поддержания температуры реакции (500-700 К). Поэтому для того, чтобы в такой системе происходило окисление, реаги­рующую смесь необходимо подогревать, т. е. сообщать ей дополнительное количество тепла.

Если этого не сделать, то температура реагирующей смеси вследствие теплопотерь понизится до температуры окружающей среды (~300 К) и реакция окисления прекратится.

Если же эту систему (смесь метана с кислородом) нагреть до очень высокой температуры (>1000 К), то в ней возникнет качественно другая реакция окисления — ре­акция горения, которая протекает с большой скоростью, окисление идет сразу до конца (образуются продукты полного окисления), поэтому выде­ляется максимальное количество тепла, и скорость тепловыделения обес­печивает поддержание в системе высокой температуры. В этом случае ре­акционную смесь больше подогревать не нужно, собственного тепла дос­таточно для нагревания этой системы до температуры, при которой проис­ходит химическая реакция горения.

Таким образом, реакция горения, однажды возникнув, в дальнейшем способна сама себя поддерживать. Именно это является отличительной осо­бенностью реакций горения.

Пламя, являющееся зоной химических реакций горения, будет существовать до тех пор, пока обеспечивается поступление в эту зону свежих порций горючего и окислителя.

С этим связана и способ­ность пламени самопроизвольно распространяться по горючей смеси.

Горение — быстропротекающий окислительно-восстановительный, экзотермический, самоподдерживающийся процесс, часто сопровождающийся образованием пламени.

К такому же типу реакций можно отнести горение пороха и некото­рых твердых ракетных топлив.

Горение веществ может происходить не только при их взаимодейст­вии с кислородом, но и при взаимодействии с другими окислителями, та­кими, как хлор, фтор, окислы азота.

Например, водород и многие углеводороды хорошо горят в атмосфе­ре хлора. При горении водорода происходит реакция образования хлори­стого водорода:

Н2 + С12 → 2 НС1

Горение в хлоре сопровождается меньшим тепловыделением и про­исходит с меньшей скоростью, чем в кислороде.

Реже, но встречается и такое горение, при котором имеет место пре­вращение только одного вещества. Примером тому может служить взрыв­ное разложение ацетилена:

СН = СН → 2С (сажа) + Н2

К такому же типу реакций можно отнести горение пороха и некото­рых твердых ракетных топлив.

Специалистам, работающим в области пожарной безопасности, при­ходится в основном иметь дело с горением в атмосфере воздуха, где окисли­телем является кислород. Именно реакция горючего вещества с кислородом лежит в основе процесса горения, который происходит на пожаре.

Для возникновения горения необходимо образование смеси горючего вещества и окислителя в определенном соотношении и наличие источника зажигания. Условия возникновения горения иллюстрирует треугольник горения:

Классификация видов и режимов горения

1. В зависимости от условий смесеобразования горючих компонентов и соотношения скорости реакции горения и скорости смесеобразования различают два режима горения: кинетический и диффузионный.

Кинетическое горение – процесс горения гомогенной однородной (предварительно перемешанной) горючей смеси.

Скорость кинетического горения определяется скоростью химической реакции, которая, в свою очередь, находится в степенной зависимости от температуры.

В большинстве случаев на реальных пожарах горючее и окислитель предварительно не перемешаны. В этом случае окислитель (кислород воздуха) поступает в пламя из окружающей среды преимущественно за счёт процессов диффузии.

Диффузионное горение — процесс горения неоднородной (предварительно не перемешанной) горючей смеси, в котором существенную роль играют процессы диффузии окислителя к фронту пламени.

Скорость диффузионного горения лимитируется скоростью диффузии окислителя к зоне горения.

В условиях пожара газы, жидкости и твёрдые вещества горят диффузионным пламенем. Структура диффузионного пламени существенно зависит от сечения потока горючих паров и газов и его скорости.

2. В зависимости от механизма распространения зоны горения по горючей смеси различают два характерных режима горения:

дефлаграционноегорение —горение, при котором передача тепловой энергии к свежей горючей смеси осуществляется за счет излучения и теплопроводности (скорость движения тепловой волны по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с);

детонационное горение — горение, при котором передача тепловой энергии к свежей горючей смеси осуществляется за счет быстрого сжатия, достаточно интенсивного, чтобы довести реагирующую среду до состояния адиабатического воспламенения (без теплообмена с окружающей средой). Скорость движения тепловой волны по горючей смеси более 50 м/с (до нескольких тысяч м/с).

Скорость распространения фронта пламени по газовоздушным сме­сям может изменяться в пределах от 0,5 до 50 м/с в зависимости от горю­чего вещества.

Скорость распространения пламени зависит не только от скорости химической реакции между горючим и окислителем, но и от ско­рости передачи тепла от зоны горения в холодную свежую смесь, так как процесс горения представляет собой непрерывное последовательное вос­пламенение и сгорание все новых и новых порций горючей смеси. Распро­странение пламени со скоростью движения тепловой волны называется нормальным или дефлаграционным.

При определенных условиях в некоторых горючих смесях, таких, как Н2+О2 (гремучая смесь), С2Н2+О2, С3Н6+О2 и др., может возникнуть совер­шенно другой режим распространения пламени, когда пламя распространя­ется не по механизму теплопроводности, а по механизму ударной волны — волны сжатия.

В этом случае скорость распространения пламени превыша­ет скорость звука и достигает значений от нескольких сот метров до не­скольких километров в секунду. Такое горение называют взрывным или детонационным. Таким образом, по механизму распространения пламени и соответственно по скорости распространения пламени различают дефла­грационное и детонационное горение.

Дефлаграционному (нормальному) горению свойственны скорости распространения пламени 0,5-50 м/с, а де­тонационному (взрывному) горению 500-3000 м/с. Детонационное горе­ние обладает большой разрушительной силой. Однако встречается этот вид горения достаточно редко. Для возникновения детонационного горения даже в системах, склонных к детонации (Н2+О2, С2Н2+О2, …

), необходимы специальные условия. Детонация, как правило, возникает в закрытых объ­емах и длинных трубах, когда создаются условия для ускорения пламени.

3. В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси различают гомогенное и гетерогенное горение.

Во всех рассмотренных примерах горение происходило в газовой фа­зе, горючее и окислитель в зоне горения находились в одинаковом состоя­нии — газообразном.

Такое горение, при котором оба компонента (горючее и окислитель) в зоне химических реакций находятся в одинаковой фазе, называют гомогенным или однофазным.

Если же в зоне горения горючее и окислитель находятся в разных фазах, горение называют гетерогенным (разнофазным).

Гомогенным горением является не только горение газов, но и горе­ние жидкостей, а также большинства твердых горючих материалов. Объ­ясняется это тем, что при горении жидкостей горит не сама жидкость, а ее пары.

В результате испарения с поверхности жидкости непрерывно в газо­вую фазу поступают пары горючего вещества, которые, смешиваясь с ок­ружающим воздухом, образуют горючую паровоздушную смесь. Именно здесь в паровоздушной смеси, а не на поверхности жидкости будут проис­ходить химические реакции горения.

Визуально можно наблюдать, что пламя (зона горения) как бы немного оторвано от поверхности жидкости.

Похожая картина наблюдается и при горении большинства твердых горючих материалов: парафина, оргстекла, полиэтилена, древесины, тор­фа, хлопка, резины, различных пластмасс.

На их поверхности под воздей­ствием тепловых потоков могут происходить различные физико­химические процессы (плавление, испарение, термическое разложение).

В результате образуются газообразные горючие вещества, которые и вступают в химическую реакцию горения с кислородом воздуха.

Таким образом, и в случае твердых горючих материалов горючее вещество и окислитель в зоне горения оказываются в одной фазе, в одном агрегатном состоянии. Поскольку химические реакции горения происходят в газовой фазе, то над поверхностью твердого горючего материала наблюдается пламя. Наличие пламени является отличительным признаком гомогенно­го горения.

Примером гетерогенного горения может служить горение углерода (графит или углистый остаток после термического разложения древесины), который даже при высоких температурах остается в твердом состоянии.

Кислород воздуха диффундирует к твердой поверхности и при достаточно высокой температуре (700-800°С) на поверхности будет происходить хи­мическая реакция между твердым углеродом и газообразным кислородом.

Пламя в этом случае отсутствует, а признаком гетерогенного горения угле­рода будет являться ярко красное свечение поверхности углерода. Такое горение называется тлением. Некоторые твердые горючие материалы, спо­собные к гомогенному горению, такие, как древесина, бумага, хлопок и др.

, могут тлеть в случае, если количество теплоты, поступающее к по­верхности этого материала, мало для обеспечения интенсивного термиче­ского разложения материала с образованием газообразных горючих ве­ществ.

При гетерогенном горении существует поверхность раздела фаз (твердой и газовой), именно на поверхности раздела фаз и происходят химические реакции. Гетерогенное горение является диффузионным, так как прежде чем произойдет химическая реакция между горючим и окислителем­ необходимо, чтобы кислород продиффундировал к поверхности раздела фаз, которая в данном случае и является зоной горения.

Гомогенное горение — процесс взаимодействия горючего и окислителя, находящихся в зоне химической реакции в одинаковом агрегатном состоянии.

Примером гомогенного горения является горение горючих газов и паров жидкостей, газообразных продуктов термического распада большинства твёрдых горючих веществ, а в ряде случаев пылевого аэрозоля в среде газообразного окислителя. При этом горючее и окислитель в зоне химической реакции перемешаны и не имеют поверхности раздела.

Гетерогенное горение — процесс взаимодействия горючего и
окислителя, находящихся в различных агрегатных состояниях, горение происходит на поверхности раздела фаз.

Особенностью гетерогенного горения является отсутствие пламени. Беспламенное горение называют тлением. Примерами являются горение антрацита, кокса, древесного угля, нелетучих металлов. При гетерогенном горении кислород (или другой газообразный окислитель) диффундирует сквозь продукты сгорания к поверхности горючего вещества, а затем вступает с ним в химическую реакцию.

4. По газодинамическим параметрам различают ламинарное и турбулентное горение (пламя).

Ламинарное горение —процесс, при котором массообмен и перенос тепла происходят путем молекулярной диффузии и возникающих конвективных потоков окислителя и горючего вещества к зоне химической реакции. При этом наблюдается спокойное, безвихревое пламя устойчивой геометрической формы.

Турбулентное горение — процесс, при котором массообмен и перенос тепла осуществляются не только за счет молекулярной, но и турбулентной диффузии, в результате макроскопического вихревого движения газовых слоев горючей смеси.

Газодинамический режим горения зависит от линейной скорости горючего вещества или смеси и характеризуется критерием Рейнольдса (мера отношения сил инерции и внутреннего трения в потоке):

, (1.1)

где υ – линейная скорость газового потока, м/с;

d – диаметр, м;

ρ – плотность потока, кг/м3;

μ – динамическая вязкость, Н·с/м2.

При Re < 2300 режим горения ламинарный, при 2300 < Re < 10000 – переходный, при Re > 10000 – турбулентный.

Гомогенное, диффузионное горение образовано потоком горючего газа, втекающим в окислительную среду. В зависимости от скорости пото­ка, его диаметра и вязкости среды движение может быть ламинарным или турбулентным. Также и возникающее диффузионное пламя может быть ламинарным или турбулентным.

Ламинарное пламя образуется при низких скоростях потока горючего и небольшом его диаметре. Ламинарное горе­ние воспринимается как спокойное горение, когда пламя неподвижно от­носительно окружающей среды.

Такое пламя можно наблюдать при горе­нии свечи, при горении газа в горелке, если скорость истечения небольшая, а также при горении жидкости в небольших тиглях.

С увеличением скорости и диаметра потока газообразного горючего вещества происходит его турбулизация, появляются завихрения, пламя становится неустойчивым. Турбулизация пламени приводит к увеличению скорости смесеобразования и, как следствие, к увеличению скорости горе­ния.

Развитый турбулентный режим горения наблюдается на пожарах га­зовых фонтанов, крупных резервуаров с горючими жидкостями, больших штабелей древесины.

Ламинарный и турбулентный режимы горения характерны как для диффузионного, так и для кинетического пламени. При ламинарном ки­нетическом горении фронт пламени гладкий, движение его спокойное. При турбулизации кинетического горения происходит искривление фронта, образуются вихри и фронт разбивается на отдельные очаги.

При этом скорость горения увеличивается, увеличивается и скорость движе­ния зоны горения. Турбулизации кинетического горения и его ускорению способствует наличие препятствий на пути движения фронта. Так, кинети­ческое пламя хорошо турбулизуется и ускоряется в загроможденных поме­щениях.

Турбулизация и ускорение кинетического пламени может способ­ствовать переходу дефлаграционного горения в детонацию.

5.В зависимости от объёма окислителя, давления и температуры, горение вещества может быть полным и неполным.

При полном сгорании веществ образуются продукты, не способные к дальнейшему взаимодействию (СО2, Н2О, НСl).

При неполном сгорании образуются продукты, способные к дальнейшему горению (СО, НСN, NН3).

В условиях пожара при горении органических веществ на воздухе чаще всего полного сгорания не происходит. Признаком неполного сгорания является наличие дыма, содержащего несгоревшие частицы углерода.

Пламя

Горение большинства горючих веществ сопровождается появлением пламени. Пламя образуется при горении тех веществ, которые при разложении, испарении или окислении выделяют горючие газы и пары, которые при горении нагреваются и светят.

Пламя — это газовый объём, в котором непосредственно происходит реакция горения. Пламя выделяет лучистую теплоту, а также конвективный поток теплоты и газов. Наиболее высокотемпературная поверхность пламени, где протекают окислительно-восстановительные процессы, называется реакционной зоной или фронтом пламени.

Накаленные пары и газы сами по себе светят мало и поэтому горение, например, водорода, этилового спирта, сопровождается бледным пламенем. Бледное пламя можно сделать светящимся, внося в него мелкие частицы твердых тел.

Так, например, если в бледное пламя горения спирта или в пламя горения водорода поместить самую тонкую платиновую проволоку, то она будет ярко светить.

Такой же эффект достигается, если в бледное пламя поместить тонкий порошок песка или в пламя ввести сетку, покрытую окислами, например, церия. В ярком пламени содержатся какие-либо твердые частицы или, по крайней мере, очень плотные тяжелые пары.

Пламя горящей свечи, дерева, парафина и т. п. веществ яркое потому, что в этом пламени находятся частицы продуктов осмоления и угля, получающиеся в результате пиролиза вещества при горении.

Практически без пламени горят графит, кокс, древесный уголь и ряд других веществ потому, что они при горении не выделяют горючих газообразных продуктов.

Наблюдаемое при горении этих веществ бледное синее пламя есть результат догорания угарного газа (СО).

Вот почему нельзя закрывать трубу печи до тех пор, пока не прекратится синее бледное пламя, хорошо заметное в темноте, иначе помещение наполняется окисью углерода (II), газом весьма опасным для жизни животных и людей.

Пары и газы, выделяющиеся при горении горючих веществ, как правило, не содержат свободного кислорода и для горения им необходим кислород воздуха, который проникает к месту горения путем диффузии, поэтому пламя имеет определенное строение. На рисунке 1.1 приводится примерная схема диффузионного пламени, на примере пламени свечи:

Рис. 1.1. Схема диффузионного пламени (на примере пламени свечи).

Внутренняя зона (1) заполнена парами и продуктами разложения, выделяющимися из горючего вещества в результате его нагревания. Количество диффундирующего из окружающего воздуха кислорода в этой зоне мало и температура сравнительно невысока.

На фотографии хорошо видно, что первая зона имеет характерный окрас, усиливающийся к краям зоны, что связано с тем что в этой зоне происходит неполное горение с образованием СO, являющимся источником синеватого окраса.

По мере приближения к краям зоны количество диффундирующего кислорода увеличивается, и горение идет более интенсивно, что хорошо заметно по усилению окраса.

В зоне (2), куда частично, проникает кислород воздуха, происходит окисление паров и продуктов разложения, но вследствие недостаточности кислорода именно в этой зоне происходит осмоление и образование мелких частиц угля и поэтому эта зона ярко светится (напомним, что свечение пламени обусловлено наличием в пламени взвешенных частиц твердой фазы). Температура в этой зоне значительно выше, чем в зоне (1).

В зоне (3) происходит догорание продуктов, образовавшихся уже в зоне (2), и частично тех паров и продуктов разложения, которые не успели прореагировать в зоне (2). Зона (3) содержит самое большое количество диффундировавшего кислорода, т.к. она является самой внешней и имеет наибольшую поверхность.

При достаточном количестве кислорода происходит полное окисление паров до газообразных продуктов, поэтому именно в этой зоне выделяется наибольшее количество тепла. Температура в этой зоне еще выше, чем в зоне (2), но яркости пламени уже нет, т.к. в зоне почти отсутствуют частицы недогоревшей твердой фазы.

Зона горения в диффузионном пламени представляет собой очень тонкий слой, в котором протекает реакция горения. Толщина этого слоя порядка 0,1 — 1,0 мм.

Характер свечения пламени зависит от состава горючего вещества (главным образом от процентного соотношения углерода и кислорода, таблица 1.1.).

Таблица 1.1.

Характер свечения пламени в зависимости от состава горючего вещества.

Характер свечения пламени кислорода в горючем веществе, % углерода в горючем веществе, %
Пламя бесцветное Более 30 До 50
Пламя яркое, не коптящее Отсутствует или менее 30 Не более 75
Пламя яркое, коптящее Отсутствует или менее 25 Более 75

Как уже отмечалось выше, свечение пламени связано с наличием несгоревших раскалённых твёрдых частиц углерода. При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своём составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО или СО2.

Такие вещества имеют бесцветное пламя. При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (бензол, керосин), в зоне горения образуется настолько много частиц углерода, что поступающего путём диффузии в зону горения воздуха не хватает для его полного окисления.

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким коптящим.

Процентное содержание элементов рассчитывают по формуле:

где А – атомный вес элемента,

n – число атомов данного элемента в формуле горючего вещества,

молекулярная масса горючего вещества

Источник: https://poisk-ru.ru/s39089t18.html

Вопрос № 1. Общие сведения о горении и взрыве

Горение:  - экзотермическая реакция окисления вещества, сопровождающаяся одним

V. Текст лекции

IV. Учебно-материальное обеспечение

III. Литература

II. Расчет учебного времени

I. Цели и задачи занятия

1. Изучить физико-химическую природу процессов горения.

2. Изучить классификацию процессов горения и взрыва.

3. Изучить необходимые условия возникновения горения.

Воспитательные:

1. Воспитывать у обучающихся стремление к повышению уровня профессиональных знаний.

Развивающие:

2. Развитие ассоциативного мышления, умения анализировать информацию и на ее основе делать выводы.

и порядок проведения занятия Время, мин
ВВОДНАЯ ЧАСТЬ ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ Учебные вопросы 1. Общие сведения о горении и взрыве. 2. Механизм химического взаимодействия при горении. Энергия активации. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

основная

1. Корольченко А.Я. Процессы горения и взрыва. – М.: Пожнаука, 2007. – 266 с., ил.

дополнительная

1. Расчетно-аналитические зависимости для решения задач по курсу «Теория горения и взрыва»: справочный материал / сост. Д.В. Батов, Т.А. Мочалова, А.В. Петров. – Иваново: ООНИ ИвИ ГПС МЧС России, 2008. – 35 с.

2. Марков В.Ф., Маскаева Л.Н., Миронов М.П., Пазникова С.Н. Физико-химические основы развития и тушения пожаров: Учебное пособие для курсантов, студентов и слушателей образовательных учреждений МЧС России / Под ред. В.Ф.Маркова. Екатеринбург: УрО РАН. 2009. 274 с.

1. Технические средства обучения: мультимедийный проектор, ноутбук, экран.

Процесс горения занимает важное место в большинстве областей жизнедеятельности людей. Овладев процессами горения и превратив их в один из мощных источников развития всех существующих цивилизаций, человечество столкнулось с негативной стороной собственных достижений, когда процессы горения возникали и развивались вопреки общественным потребностям.

Они оказывались неуправляемыми и приносили людям огромные потери и несчастья. Такие процессы горения назвали пожарами.

Поскольку всякий пожар связан с возникновением и развитием процесса горения, а его ликвидация означает целенаправленное прекращение этого процесса, то научные основы процессов горения составляют фундамент научных основ процессов тушения пожаров.

Горение является сложным физико-химическим процессом, состоящим из химических реакций окислительно-восстановительного типа. Оно характеризуется самоподдерживанием и саморазвитием и происходит в условиях прогрессивного самоускорения.

Из курса химии известно, что окислительно-восстановительные реакции, сопровождаются переносом электронов с изменением окислительных чисел атомов. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, являются окислителями. Во время реакции они восстанавливаются. Атомы, молекулы и ионы, отдающие электроны, являются восстановителями, они окисляются.

С0 + О20 ® С+4О2-2

восстановитель окислитель продукты реакции

Типичными окислителями являются:

1. Слайд. Простые вещества, атомы которых обладают большой электроотрицательностью (элементы VI и VII групп периодической системы).

С повышением порядкового номера элемента в периодической системе, восстановительные свойства простых веществ понижаются, а окислительные возрастают и становятся максимальными у галогенов: фтор – F, хлор — Cl, бром — Br, иод — I.

Наиболее активно присоединяют электроны атомы фтора, являющиеся самым сильным окислителем, не отдающие в реакциях электроны.

Вторым по величине электроотрицательности, и, следовательно, по окислительной способности является О2, атомы которого могут отдавать электроны только атомам фтора. Другие неметаллы могут не только принимать, но и отдавать электроны, а, значит, проявлять не только окислительные, но и восстановительные свойства.

При взаимодействии с железом сера является окислителем, а при взаимодействии с кислородом сера проявляет свойства восстановителя.

Fe0 + S0 ® Fe+2S-2 S0 + O20 ® S+4O2-2

2. Сложные анионы, в которых более электроположительный элемент имеет высшую или значительную степень окисления, (Mn+7O4)-, (S+6O4)2-. Растворы кислот более сильные окислители, чем растворы их солей, причём окислительная активность первых тем значительнее, чем выше их концентрация.

Так, KNO3 почти не проявляет окислительных свойств, разбавленный раствор HNO3 является слабым окислителем, а концентрированная азотная кислота – один из наиболее энергичных окислителей. Приписывание окислительных свойств молекулам вещества является условным. В действительности ими обладают атомы (ионы).

Так, принято говорить, что сильным окислителем является перманганат — КMnO4, хотя речь идёт об ионе (MnO4)-.

Процесс перераспределения электронных структур атомов, ионов и молекул сопровождается выделением или поглощением тепла, световым излучением, т.е. преобразованием химической энергии в другой вид энергии.

Горение – экзотермическая реакция окисления вещества сопровождающаяся, по крайней мере, одним из трёх факторов: пламенем, свечением, выделением дыма (СТ СЭВ 383-87. Пожарная безопасность в строительстве. Термины и определения).

Горение – быстропротекающий, окислительно-восстановительный, экзотермический, самоподдерживающийся процесс, часто сопровождающийся образованием пламени.

Для возникновения горения необходимы образование смеси горючего вещества и окислителя определенной концентрации и наличие теплового фактора (источник зажигания; физико-химический или биологический процесс, протекающий с выделением тепла). Условия возникновения горения иллюстрирует треугольник горения (слайд):

Под воздействием источника зажигания начинается интенсивное протекание реакции окисления между компонентами горючей смеси. Источником зажигания являются импульсы процессов, связанных с переходом в теплоту механической, химической, электрической и лучистой энергий. При этом нагрев горючего вещества осуществляется тремя способами:

— теплопроводностью, при непосредственном соприкосновении материала с источником тепла;

— излучением, при воздействии лучистой энергии от источника нагрева;

— конвекцией, при передаче тепла материалу посредством воздуха или иного газа, находящегося в движении.

Классификация видов и режимов горения

1. В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси различают гомогенное и гетерогенное горение.

Гомогенное горение – процесс взаимодействия горючего и окислителя, находящихся в зоне химической реакции в одинаковом агрегатном состоянии.

Примеры: горение горючих газов и паров жидкостей, газообразных продуктов термического распада большинства твёрдых горючих веществ, а в ряде случаев пылевого аэрозоля в среде газообразного окислителя.

При этом горючее и окислитель в зоне химической реакции перемешаны и не имеют поверхности раздела.

Гетерогенное горение – процесс взаимодействия горючего и окислителя, находящихся в различных агрегатных состояниях, горение происходит на поверхности раздела фаз. Особенностью гетерогенного горения является отсутствие пламени.

Беспламенное горение называют тлением. Примеры: горение антрацита, кокса, древесного угля, нелетучих металлов.

При гетерогенном горении кислород (или другой газообразный окислитель) диффундирует сквозь продукты сгорания к поверхности горючего вещества, а затем вступает с ним в химическую реакцию.

2. В зависимости от условий смесеобразования горючих компонентов различают два режима горения: кинетический и диффузионный.

Кинетическое горение – процесс горения гомогенной однородной (предварительно перемешанной) горючей смеси. Скорость кинетического горения определяется скоростью химической реакции, которая, в свою очередь, находится в степенной зависимости от температуры.

В большинстве случаев на реальных пожарах горючее и окислитель предварительно не перемешаны. В этом случае окислитель (кислород воздуха) поступает в пламя из окружающей среды преимущественно за счёт процессов диффузии.

Диффузионное горение – процесс горения неоднородной (предварительно не перемешанной) горючей смеси, в котором существенную роль играют процессы диффузии окислителя к фронту пламени. Скорость диффузионного горения лимитируется скоростью диффузии окислителя к зоне горения.

В условиях пожара газы, жидкости и твёрдые вещества горят диффузионным пламенем.

3. По газодинамическим параметрам различают ламинарное и турбулентное горение (пламя).

Ламинарное горение– процесс, при котором массообмен и перенос тепла происходят путем молекулярной диффузии и возникающих конвективных потоков окислителя и горючего вещества к зоне химической реакции. При этом наблюдается спокойное, безвихревое пламя устойчивой геометрической формы. Например, пламя свечи, горелки бытовой газовой плиты.

Турбулентное горение –процесс, при котором массообмен и перенос осуществляются не только за счет молекулярной, но и турбулентной диффузии, в результате макроскопического вихревого движения газовых слоев горючей смеси. Например, горение газового фонтана, лесные пожары.

4. В зависимости от механизма распространения зоны горения по горючей смеси различают два характерных режима горения:

— дефлаграционноегорение – горение, при котором передача тепловой энергии к свежей горючей смеси осуществляется за счет излучения и теплопроводности (скорость движения тепловой волны по горючей смеси от 0,5 до 50 м/с);

— детонационное горение – горение, при котором передача тепловой энергии к свежей горючей смеси осуществляется за счет быстрого сжатия, достаточно интенсивного, чтобы довести реагирующую среду до состояния адиабатического воспламенения (без теплообмена с окружающей средой). Скорость движения тепловой волны по горючей смеси более 50 м/с (до 2000 м/с).

Дефлаграционное горение наблюдается при воспламенении горючих веществ находящихся в жидком и твёрдом агрегатном состоянии. Детонационное горение в виде взрыва наблюдается в подготовленных равномерно перемешанных газовых смесях.

5. В зависимости от объёма окислителя, давления и температуры, горение вещества может быть полным и неполным.

При полном сгорании веществ, образуются продукты, не способные к дальнейшему взаимодействию (СО2, Н2О, НСl). При неполном сгорании образуются продукты, способные к дальнейшему горению (СО, НСN, NН3).

В условиях пожара при горении органических веществ на воздухе чаще всего полного сгорания не происходит. Признаком неполного сгорания является наличие дыма, содержащего несгоревшие частицы углерода.

Горение большинства горючих веществ сопровождается появлением пламени.

Пламя – это газовый объём, в котором непосредственно происходит реакция горения. Пламя выделяет лучистую теплоту, а также конвективный поток теплоты и газов. Наиболее высокотемпературная поверхность пламени, где протекают окислительно-восстановительные процессы, называется реакционной зоной или фронтом пламени.

Накаленные пары и газы сами по себе светят мало и поэтому горение, например, водорода, этилового спирта, сопровождается бледным пламенем. В ярком пламени содержатся какие-либо твердые частицы или, по крайней мере, очень плотные тяжелые пары.

В пламени горящей свечи, дерева, парафина находятся частицы продуктов осмоления и угля, получающиеся в результате пиролиза вещества при горении, поэтому данные пламена очень яркие.

Бледное, пламя можно сделать светящимся, внося в него мелкие частицы твердых тел (самую тонкую платиновую проволоку, тонкий порошок песка, сетку, покрытую окислами, например, церия).

Практически без пламени горят графит, кокс, древесный уголь и ряд других веществ потому, что они при горении не выделяют горючих газообразных продуктов.

Наблюдаемое при горении этих веществ бледное синее пламя есть результат догорания окиси углерода (СО).

Вот почему нельзя закрывать трубу печи до тех пор, пока не прекратится синее бледное пламя, хорошо заметное в темноте, иначе помещение наполняется окисью углерода, газом весьма опасным для жизни животных и людей.

Пары и газы, выделяющиеся при горении горючих веществ, как правило, не содержат свободного кислорода и для горения им необходим кислород воздуха, который проникает к месту горения путем диффузии, поэтому пламя имеет определенное строение. На слайде приводится примерная схема диффузионного пламени, на примере пламени свечи:

Рис. 1.1. Схема диффузионного пламени (на примере пламени свечи)

Внутренняя зона (1) заполнена парами и продуктами разложения, выделяющимися из горючего вещества в результате его нагревания. Количество диффундирующего из окружающего воздуха кислорода в этой зоне мало и температура в этой зоне сравнительно невысока.

На фотографии хорошо видно что первая зона имеет характерный окрас, усиливающийся к краям зоны, что связано с тем что в этой зоне происходит неполное горение с образованием СO являющимся источником синеватого окраса.

По мере приближения к краям зоны количество диффундирующего кислорода увеличивается, и горение идет более интенсивно, что хорошо заметно по усилению окраса.

В зоне (2), куда частично, проникает кислород воздуха, происходит окисление паров и продуктов разложения, но вследствие недостаточности кислорода именно в этой зоне происходит осмоление и образование мелких частиц угля и поэтому эта зона ярко светится (напомним, что свечение пламени обусловлено наличием в пламени взвешенных частиц твердой фазы). Температура в этой зоне значительно выше, чем в зоне (1). В зоне (3) происходит догорание продуктов, образовавшихся уже в зоне (2), и частично тех паров и продуктов разложения, которые не успели прореагировать в зоне (2). Зона (3) содержит самое большое количество диффундировавшего кислорода т.к. она является самой внешней и имеет наибольшую поверхность. При достатке кислорода происходит полное окисление паров до газообразных продуктов, поэтому именно в этой зоне выделяется наибольшее количество тепла. Температура в этой зоне еще выше, чем в зоне (2), но яркости пламени уже нет, т.к. в зоне почти отсутствуют частицы недогоревшей твердой фазы.

Зона горения в диффузионном пламени представляет собой очень тонкий слой, в котором протекает реакция горения. Его толщина порядка 0,1 — 1,0 мм.

На рис. 1.2. показана схема распределения концентраций газов и паров в ламинарном диффузионном пламени и окружающей его среде.

Рис. 1.2. Распределение концентраций газов и паров в ламинарном диффузионном пламени:

1 – пары горючего вещества, 2 – продукты горения, 3 – кислород воздуха.

Эта схема отражает процессы диффузии, происходящие в пламени. Образующиеся в зоне горения продукты сгорания диффундируют как в воздух, так и в горючие пары и газы.

Характер свечения пламени зависит от состава горючего вещества (главным образом от процентного соотношения углерода и кислорода, таблица 1.1.). При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своём составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО или СО2.

Такие вещества имеют бесцветное пламя. При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (бензол, керосин), в зоне горения образуется настолько много частиц углерода, что поступающего путём диффузии в зону горения воздуха не хватает для его полного окисления. Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким коптящим.

Таблица 1.1.

Характер свечения пламени в зависимости от состава горючего вещества

Характер свечения пламени кислорода в горючем веществе, % углерода в горючем веществе, %
Пламя бесцветное Более 30 До 50
Пламя яркое, не коптящее Отсутствует или менее 30 Не более 75
Пламя яркое, коптящее Отсутствует или менее 25 Более 75

*Процентное содержание элементов рассчитывают по формуле:

,

где Аrс – атомный вес элемента;

МrГВ – молекулярная масса горючего вещества;

nс – количество атомов данного элемента в формуле горючего вещества.

Быстрое горение смеси сопровождается нагреванием и расширением газов, что вызывает резкое повышение их давления приводящее к взрыву.

Взрыв – быстрое превращение вещества (взрывчатое горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить работу. (ГОСТ 12.1.010-76. Взрывобезопасность. Общие требования).

Под взрывом понимается явление, связанное с внезапным изменением состояния вещества, сопровождающимся резким звуковым эффектом и быстрым выделением энергии, приводящим к разогреву, движению и сжатию продуктов взрыва (горения) и окружающей среды.

Возникновение повышенного давления в области взрыва вызывает образование в окружающей среде ударной волны с сильным, разрушающим действием. При взрыве исходная потенциальная энергия вещества превращается в энергию нагретых сжатых газов, которая в свою очередь при их расширении переходит в энергию движения, сжатия, разогрева среды.

Часть энергии остаётся в виде внутренней (тепловой) энергии расширившихся газов.

ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПРИ ВЗРЫВЕ ß
ПРЕВРАЩЕНИЕИСХОДНОЙ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ энергии
ß
ЭНЕРГИЯ НАГРЕТЫХ СЖАТЫХ ГАЗОВ
ß ß
РАСШИРЕНИЕ ГАЗОВ ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ РАСШИРИВшИХСЯ ГАЗОВ
ß ß ß
ЭНЕРГИЯ ДВИЖЕНИЯ ЭНЕРГИЯ СЖАТИЯ ЭНЕРГИЯ РАЗОГРЕВА СРЕДЫ
ß ß ß
В З Р Ы В

Вывод по вопросу: в основе процесса горения и взрыва лежат реакции окислительно-восстановительного типа, протекающие с высокой скоростью, сопровождающиеся выделением большого количества тепловой и световой энергии.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/3_34417_vopros---obshchie-svedeniya-o-gorenii-i-vzrive.html

Scicenter1
Добавить комментарий