Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”




НазваниеНавчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння”
страница1/19
Дата20.01.2013
Размер1.76 Mb.
ТипДокументы
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19





Рецензенти. Д.х.н. проф. Левуш С.С. (Львівська Політехніка.)

К.х.н. доц.. Грималюк Б.Т.(Львівська Політехніка.)


Навчальний посібник.

“ Основи розвитку та припинення горння”.

ЛІПБ - 2003р.

Викладено теоретичний матеріал та розглянуті приклади задач щодо визначення вибухопожежонебезпечних параметрів горючих речовин. Приведено основні формули, в додатках - фізико- хімічні параметри горючих речовин.

Для курсантів і слухачів вищих пожежно – технічних закладів.













1. Вступ.

У сучасних умовах правильна розробка профілактичних заходів, а також науковий пошук й успішне застосування технічних засобів пожежегасіння не представляються можливими без досконалого знання фізико-хімічних основ процесу горіння. Процес горіння - дуже складне явище. Правильну сутність цього явища відкрив у середині XVІІІ століття великий росіянин - учений М. В. Ломоносов. Він перший у світі зробив висновок, що горіння є хімічний процес з'єднання горючої речовини з повітрям. Користаючись цим висновком, В. В. Петров (1762-1834 р.) провів численні досліди по горінню різних речовин і остаточно довів помилковість раніше існувавших теорій горіння.

З цього часу почалося посилене вивчення явища горіння. Вивчалися ті сторони процесу горіння, що найбільше широко використовувалися технікою того часу. Учені того часу внесли великий вклад у науку про процеси горіння речовин.

Нобелівська премія присуджені Н. Н. Семенову за створення теорії ланцюгових реакцій, що пояснює механізм окислювання і горіння речовин; Л. Н. Хитрину, О. А. Цухановій, X. И. Колодцеву і М. К. Гродзовскому- за дослідження процесу горіння вуглецю; К. И. Іванову - за дослідження проміжних продуктів та проміжних реакцій автоокисления вуглеводнів; Я. Б. Зельдович - за дослідження

"Швидкості поширення полум'я і детонації газових сумішей”; Н. А. Стрельчуку, Ю. Н. Корнееву і Л. М. Розенфельду - за розробку нових вогнегасних засобів і ін.

Досягнення вчених в області вивчення процесу горіння використовуються також для подальшої розробки ефективних методів попередження пожеж і боротьби з ними. Перший навчальний посібник з питань горіння речовин стосовно до специфіки пожежної справи було створено в 1928 р. проф. Б. Г. Тидеманом і Д. Б. Сциборским. Їхня книга "Хімія горіння" протягом ряду років була основним посібником з хімії для пожежних працівників. У даній книзі автор поставив собі метою, на підставі узагальнення результатів досліджень і літературних даних по процесах горіння створити посібник для слухачів пожежно-технічних навчальних закладів.

Одним з перших хімічних явищ, з яким людство познайомилося на зорі свого існування, було горіння. Спочатку воно використовувалося для варіння їжі й обігріву і лише через багато тисячоріч людина навчилася використовувати його для перетворення хімічної енергії палива в механічну, електричну й інші форми енергії. Представлення про це явище мінялися в людини в міру нагромадження нею усе нових і нових фактів. З перших теорій, що пояснювали сутність процесу горіння, необхідно вказати на теорію флогістону, оскільки вона зіграла відому роль у розвитку хімії взагалі, та в вивченні процесу горіння зокрема. Теорія флогістону з'явилася в XVІІ столітті, коли хімія була тісно пов'язана з металургійною промисловістю і широко вивчалися процеси горіння, окислення і відновлення речовин. По цій хімічній теорії всі тіла, здатні горіти, повинні містити особливу речовину "флогістон", що віділяється з них при їхньому горінні. Слово "флогістон" походить від грецького слова "флогістос", тобто горючий. Процес горіння по цій теорії полягав в розкладанні речовини на флогістон і залишок - в землю. Вважалося, що у вуглеці, сірці, водні міститься більше флогістону, ніж у металах.

Однак ряд явищ, що супроводжують процес горіння, ця помилкова теорія пояснити не могла. Виділити чистий флогістон і вивчити його, зрозуміло, також не вдавалося, тому теорія флогістону з фактора прогресу в розвитку хімії горіння перетворилась у його гальмо.

Більшість хіміків того часу, у тому числі й англійський хімік Бойль, дотримувались теорії флогістону. Бойль визнавал існування "вогненної матерії", що виділяється при горінні одних речовин і яка може приєднуватися іншими речовинами. При накалюванні, наприклад, металів він вважав, що "вогненна матерія" з'єднується з металами, перетворюючи їх в окалину. Тому що вага окалини була більше ваги металу, з якого вона вийшла, то, на думку Бойля, "вогненна матерія" мала вагу.

Геніальний росіянин, учений XVІІІ століття, Михайло Васильович Ломоносов (1711-1765 р.), що заклав основи вітчизняної науки й установив ряд найважливіших законів сучасної хімії і фізики, не міг погодитися з існуванням теорії флогістону. Він провів велику кількість досвідів із прожарюванням свинцю й олова у відкритих і запаяних судинах. В усіх досвідах М. В. Ломоносов робив зважування речовини до прожарювання і після нього. При цьому він переконався, що метали при прожарюванні з'єднуються - з "повітрям" і збільшуються у вазі. Прожарюючи метал у запаяній реторті і застосовуючи зважування, М. В. Ломоносов знайшов, що хоча на металі й утворюється окалина, але загальна вага реторти з металом залишається без зміни. Про ці досліди він зробив наступний запис: "зроблені досліди в сильно запаяних судинах, щоб досліджувати, чи збільшується вага металу від чистого жару”. Даними дослідами знайшлося, що славного Роберта Бойля думка помилкова, тому що без пропущення зовнішнього повітря вага спаленого металу залишається в одній мірі". М. В. Ломоносов довів, що "вогненна матерія" не.проникае крізь скло запаяної реторти, щоб з'єднатися з металом, а окалина утвориться внаслідок приєднання до металу повітря, що знаходиться в реторті. Своїми досвідами М. В. Ломоносов виявив не тільки сутність процесу горіння, але й встановив основний закон сучасної хімії - закон збереження маси речовини.

Ломоносов ще в 1756 р., набагато раніше Лавуазьє, відкрив сутність процесів окислювання і горіння, показавши, що горіння це хімічна реакція з'єднання горючої речовини з повітрям. У 1773 р. Лавуазьє повторюючи і доповнюючи досвід М. В. Ломоносова, зробив висновок, що тільки частина повітря з'єднується з металом, причому ця частина складає одну п'яту об’єму повітря.

Сучасний погляд на сутність процесу горіння було встановлено в другій половині XVІІІ століття дослідами М. В. Ломоносова, та являються актуальними й на даний час.


1. СУТНІСТЬ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ ТА УМОВИ ЙОГО ПРОТІКАННЯ.

Структура та задачі курсу Основи теорії розвитку та припинення горіння.

Горінням будемо називати складний процес при якому горючі речовини та матеріали під дією високих температур вступають в хімічну взаємодію з окисником (киснем повітря) перетворюючись на в продукти горіння та який супроводжується інтенсивним виділенням тепла та світовим випромінюванням.

Задамо собі питання – чи так необхідно знати теорію горіння працівникам пожежної охорони. Відповідь одна – так як основним процесом являється горіння що видно з самого визначення пожежі як не контролюємого горіння поза спеціальним вогнищем, що несе матеріальний збиток.

Що ж вивчає наш предмет ? Вкурсі: “Основи теорії розвитку і припинення процесів горіння” ми з вами розглядали процеси зв’язані з виникненням, розвитком та припиненням процесів горіння, навчаємось визначати можливість спалахування горючих речовин і матеріалів, визначати параметри пожежної небезпеки речовин і характерні параметри розвитку горіння їх в умовах пожежі, теоретичні основи та практичні методи припинення горіння на пожежі.

Для підготовки до практичних занять, семінарам і лабораторним роботам рекомендується використовувати наступну літературу:

  1. П.Г. Демидов и др. “Горения и свойства горючих веществ”

  2. И.М. Абдурагимов “Процесы горения”1984 г.

  3. И.М. Абдурагимов “Физико-химические основы развития и тушения пожаров”1980 г.

  4. И.Ф. Кимстач “Пожарная тактика”1984 г.

  5. Я.С. Повзик “Пожарная тактика”1990 г.

  6. П.П. Клюс, В.П. Иванников Справочник руководителя тушения пожара. 1987 г.

  7. В.Т. Монахов “Методы исследования пожарной опасности веществ”1979 г.

  8. Д. Драйздейл “Введение в динамику пожаров”1990 г.

  9. А.Н. Корольченко, А.Я. Баратов “Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и способы их тушения”1990 г.

  10. Лабораторний практикум по предмету та інша література.

  11. Методичні вказівки по курсу ТГ і РП.

По всім темам заплановані лабораторні роботи, виконання яких для курсантів та слухачів обов’язкове.


Умови виникнення і протікання горіння.

В курсі загальної хімії ви розглядали процеси горіння, як процес окислення, давайте вияснимо чи є різниця між процесом окислення і горінням. Процес окислення горючих речовин протікає при нормальних умовах практично весь час, так киснево-воднева суміш, при кімнатній температурі реагує і повністю реакція може закінчитися приблизно через 1,6 мільйона років.

2 + О2 = 2Н2О

Врахування цього процесу практичного значення немає, але при підвищенні температури до 4000 С окислення закінчиться через 80 діб, а при наявності джерела запалювання з температурою більше 6000 С зразу.

Таким чином можна сказати, що процес горіння – це важливий фізико-хімічний процес, основою якого являється швидка хімічна реакція окислення, яка супроводжується виділенням великої кількості енергії у вигляді тепла і світла. Тепер зробимо висновок, що для протікання процесу горіння – Перша умова перед усім потрібна наявність горючої речовини і окисника. Не дивлячись на те, що є паливо і окислювач – горіння немає, значить їх простого фізичного контакту недостатньо для виникнення процесу горіння.

Другою умовою виникнення і протікання горіння – наявність джерела запалювання.

Для обміну валентними електронами атоми реагуючих речовин повинні зустрітися, тому співвідношення компонентів в реагуючій суміші повинно знаходитись в строго визначеній пропорції інакше такі ефективні стикання, які приводять до закінчення реакції будуть надзвичайно рідкими і реакція практично не йде у випадку недостатку одного з компонентів. Тому, наявність палива в повітрі в даному випадку недостатньо для протікання хімічної реакції, щоб збільшити вміст (концентрацію) палива підігріємо його.

Висновок: для виникнення пожежі необхідна наявність:

  1. Горючої речовини

  2. Окисника, у визначеній пропорції.

  3. Джерела запалювання достатньої потужності.

Відсутність однієї з умов приводить до припинення горіння або недопущенню його виникнення.

Класифікація процесів горіння.

Процеси горіння класифікують:

  1. По агрегатному стану компонентів горючої суміші;

  2. По способу утворення горючої суміші;

  3. По швидкості розповсюдження полум’я.



Класифікація процесів горіння по агрегатному стану.

Як відомо, паливо і окислювач можуть знаходитись в трьох агрегатних станах: газоподібному, рідкому і твердому. А в залежності від того, в якому агрегатному стані знаходяться ці компоненти горючої суміші розрізняють два види або два режими горіння: гомогенне горіння, коли обидва компоненти знаходяться (хімічно однорідна суміш) і гетерогенне (різнофазне) горіння (хімічно неоднорідна система). Так як на пожежі більше всього в якості окисника виступає кисень повітря, то гомогенним горінням в цьому випадку буде, коли і горюча речовина буде знаходитись в газо, або пароподібному стані.

Горючі рідини і багато твердих горючих матеріалів також горять на пожежі винятково в режимі гомогенного полум’яного горіння, так як в зону горіння поступають не самі ці рідини і тверді речовини, а газо і пароподібні продукти їх випаровування і хімічного розкладу. Прикладом гетерогенного, безполум’яного горіння являється горіння антрациту, коксу, а в умовах пожежі твердого вуглеводневого залишку твердих горючих матеріалів, наприклад дерев’яного вугілля. В цьому випадку всі летучі продукти пролізу уже вигоріли і горіння проходить на поверхні матеріалу. Безполум’яне горіння може бути інтенсивним, з виділенням великої кількості тепла і можливості повторного переходу в полум’яне горіння. Гетерогенне горіння може виникати і в початковій стадії пожежі, коли потужності джерела запалювання не вистачає для попереднього прогріву твердих горючих матеріалів, їх інтенсивного пролізу (розкладу) і утворення горючої газоповітряної суміші, здатної до полум’яного (гомогенного) горіння.По мірі накопичення тепла в твердому горючому матеріалі, підвищення його температури і збільшення прогрітого слою, інтенсифікується процес пролізу. При цьому летючі фракції, змішуючись з повітрям, утворюють горючі суміші, які спалахують під дією високих температур гетерогенного горіння. Починається інтенсивне полум’яне горіння, що швидко розповсюджується по поверхні твердих горючих матеріалів. По такому механізму виникає багато пожеж, зв’язаних з горінням твердих горючих матеріалів, починається під дією слабких джерел запалювання: іскор, тліючих недопалків, непогашених сірників і так далі.

Швидкість протікання гомогенного і гетерогенного горіння визначається законом діючих мас: - рівняння Арреніуса:

Wx.p. = h [A]n [B]m

де А, В – концентрації першого і другого компонента реакції;

h – константа швидкості реакції.

На пожежі гомогенне горіння протікає з великою швидкістю. Вона залежить від концентрації палива, окисника і температури:



де г,ок- концентрації горючої речовини і окисника в системі.

Ro- константа швидкості реакції:

R – універсальна газова стала.

Т- температура горіння.

Еакт - енергія активації.

Швидкість гетерогенного горіння залежить тільки від концентрації окисника на поверхності горіння:



Аналізуючи дане рівняння можна стверджувати, що підвищення швидкості хімічної реакції горіння можливе при збільшенні концентрації окисника і при підвищенні температури горючої системи. Швидкість розповсюдження гетерогенного горіння, як правило, нижче швидкості розповсюдження гомогенного (полум’яного) горіння. Інтенсивність гетерогенного горіння залежить як від поступлення окисника (перевага кисню повітря) в зону горіння, так і від степені розвитку поверхні горючого матеріалу, на якій ідуть хімічні реакції окисника.

Класифікація процесів горіння по способу утворення горючої суміші.

В залежності від умов сумішоутворення горючих компонентів і їх співвідношення швидкості хімічної реакції горіння і швидкості сумішоутворення розрізняють два характерних режими горіння: кінетичний і дифузійний. Визначаючим в цьому випадку являється питання про те, яка із стадій лімітуюча в сумарній швидкості процесу горіння: швидкість сумішоутворення або швидкість хімічного перетворення компонентів суміші в продукти горіння. Горіння попередньо рівномірно перемішаних газо і пароповітряних сумішей завжди проходить в кінетичному режимі, так як суміш палива з окислювачем (рівномірна на молекулярному рівні зміщення) існує ще два моменти його спалахування. Сумарна швидкість процесу горіння обмежується тільки швидкістю (кінетичної) хімічної реакції.



Повний час горіння хімічно однорідної суміші приблизно рівний часу, що витрачається на протікання самої хімічної реакції. Якщо горіння такої газоповітряної суміші проходить в обмеженому об’ємі, воно сприймається як вибух, так як енергія що виділяється при згоранні суміші не встигає розсіятись та виводитись за межі даного об’єму тиск наростає та приводить до руйнування конструкцій. Горіння таких сумішей проходить миттєво внаслідок високої швидкості хімічної реакції при високій температурі. В випадку коли компоненти горючої суміші змішуються безпосередньо перед зоною горіння або в самій зоні, то спостерігається дифузійний або дифузійно- кінетичний режим горіння. Повний час горіння хімічно- неоднорідної системи складається з часу необхідного для виникнення фізичного контакту між горючою речовиною та киснем повітря -

Час дифузії кисню до горючої речовини незрівнянно більший часу необхідного для протікання хімічної реакції, в цьому випадку

Швидкість горіння визначається швидкістю дифузіэю кисню до горючої речовини.



де - концентрація окисника в об’ємі:

-коефіцієнт тепловіддачі



Горіння в цьому випадку протікає в дифузійному режимі. В більшості випадків горіння на пожежі - це дифузійне горіння речовин та матеріалів. Кінетичне горіння найбільш часто протікає на початковій стадії горіння. Режим горіння залежить також від інтенсивності змішування, степені рівномірності та пропорцій змішування компонентів горючої суміші. Наприклад, при аварійному фонтануванні газу з скважини, при його витіканні від високим тиском сумішоутворення буде настільки швидким та рівномірним що горіння буде повністю кінетичним. При наявності в газі конденсату воно буде дифузійно- кінетичним, а при встановленому режимі горіння фонтануючої нафти режим горіння буде дифузійним.

При дифузійно- кінетичному горінні (проміжкова область) швидкість хімічної реакції горіння та швидкість дифузії кисню можна виміряти, а на швидкість горіння впливають як хімічні так і фізичні фактори.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   19

Похожие:

Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconВ. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва Навчальний посібник За редакцією В. С. Білецького Донецьк-2005
Смирнов В. О., Білецький В. С. Фізичні та хімічні основи виробництва. Навчальний посібник. – Донецьк: Східний видавничий дім, 2005....
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хнамг 2010
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України. 2-е видання
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconОснови охорони праці лабораторний практикум навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти харків хдамг 2002
Основи охорони праці. Лабораторний практикум. Навчальний посібник для студентів вищих закладів освіти України
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconМеханізмів І машин навчальний посібник 2010
Рекомендовано Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДипломатичне представництво: організація І форми работи: навчальний посібник
Порівняльне право Європи: Основи порівняльного правознавства. Європейські традиції
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon№1: Сутність, роль та методологічні основи менеджменту 9
Навчальний посібник для студентів напрямів 100400 «Транспортні технології» І 050200 «Менеджмент організацій»
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconДмитриченко М. Ф., Навчальний посібник
Вища освіта І болонський процес / Дмитриченко М. Ф., Навчальний посібник. К.: 2006. 440 с
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” icon«Основи готельного менеджменту» Роглев Х. Й
Затверджено Міністерством освіти І науки України як навчальний посібник для студентів економічних спеціальностей вищих навчальних...
Навчальний посібник. “ Основи розвитку та припинення горння” iconModule : Evolutional studies Module code
Корж О. П. Основи еволюціі: Навчальний посібник. – Суми: Університетська книга, 2006. 381 с
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib.znate.ru 2014
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница