Теория горения и взрывов. Горючее вещество. Лекция 1

температур вступают в химическое взаимодействие с окислителем превращаясь в продукты го­рения.
Горение сопровождается интенсивным выделением теплоты и световым излучением.
По этим признакам горение можно отличить от других явлений. Например, горение электрической лампочки нельзя назвать горением, хотя при этом выделяется теплота и излучается свет. В этом явлении нет одного из главных признаков горения — химической реакции, приводящей к выделению огромного количества теплоты с по­следующим образованием пламени.
Горение в большинстве случаев сложный химический процесс, состоящий из реакций окислительно-восстановительного типа. Для возникновения горения необходимы определенные условия.

его длительного существования необходимо выполнение определенных условий, без которых этот процесс невозможен.
Для возникновения горения необходимы:
* наличие горючей смеси, т. е. определенное сочетание горючего вещества с окислителем (обычно кислородом воздуха);
* инициация реакции между горючим веществом и окислителем.
Основными факторами, определяющими возникновение реакции между горючим веществом и окислителем, являются:
* нагревание горючей смеси до температуры самовоспламенения или самовозгорания;
* воздействие внешнего источника зажигания (ИЗ).

или самовозгорания процесс горения осуществляется в режиме самовоспламенения (самовозгорания). При возникновении горения от источника зажигания происходит вынужденное воспламенение или вынужденное зажигание горючей смеси.
Основными условиями вынужденного зажигания являются:
* наличие горючего вещества или горючей смеси веществ;
* наличие окислителя;
* наличие источника зажигания, под воздействием которого начинается протекание химических реакций горения между компонентами горючей смеси.

характеризуются горючестью.
Горючесть — это способность вещества или материала к распространению пламенного горения или тления.
Горючесть веществ характеризуется физико-химическими свойствами, агрегатным состоянием, особенностями загорания и горения.
По горючести вещества или материалы подразделяются на три группы:
* негорючие (несгораемые);
* трудногорючие (трудносгораемые);
* горючие (сгораемые).

материалы и др.).
Трудногорючие вещества и материмы могут загораться на воздухе от источника зажигания, но не способны самостоятельно гореть после его удаления. К таким веществам относятся полихлорвиниловая плитка, фенолформальдегидный стеклопластик, древесина, подвергнутая поверхностной огнезащитной обработке и др.
Горючие вещества и материалы способны самовозгораться или возгораться от источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления (древесина, торф, уголь, нефтепродукты, органические химические вещества и пр.)

или системы могут быть химически однородными и химически неоднородными.
Химически однородные горючие системы — это смеси горючих газов, паров или пылей с воздухом, в которых равномерно перемешаны горючее вещество и воздух. Горение таких горючих смесей называется гомогенным.
Хищнически неоднородные горючие системы — это системы, в которых горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют границу раздела фаз. Чаще всего химически неоднородные системы - это твердые вещества. Однако такими системами могут быть и жидкости, находящиеся в воздухе, струи горючих газов и паров, поступающие в воздух.
Горение таких веществ называется гетерогенным.

вещества включает углерод (С), водород (Н), серу (S), а также кислород (О), азот (N).
Кроме того, в смеси горючих веществ (например, в нефти, мазуте и др.) могут присутствовать минеральные примеси, превращающиеся при сжигании в золу (А) и влагу (W).
Горючая смесь сложного состава, используемая для сжигания с целью получения теплоты, называется топливом. В общем виде элементный химический состав топлив может быть представлен следую­щим образом:
Ср+ Hp + Op+Np + Sp + Ap + Wp = 100%,
где индекс р означает рабочую массу топлива (%), поступающего к потребителю.
Например, рабочая масса древесины имеет состав: 49 % С, 6 % Н, 43 % О и 2 % других примесей, включая влагу.

(W), так как эти составляющие определяют качество и тепло­технические характеристики топлив. Для сравнительной теплотехни­ческой оценки топлив ввели условные понятия сухой, горючей и органической масс топлив, Содержание сухой горючей, органической масс выражается в процентах (%) и обозначается соответственно ин­дексами «с», «г», «о» вместо рабочей массы «р».
Сухое горючее вещество не содержит влаги, и такое топливо называется обезвоженным. Элементный состав сухого горючего топлива записывается с индексом «с» следующим выражением:
Cc + Hc + Oc + Nc+Sc + Ac= 100 %.

воздушно-сухими, и состав такого топлива записывается с индексом «а»:
Са + H а + О а + Na + S а + A а + W а = 100%.
Безводная и беззольная масса топлив называется горючей, и состав ее отмечается индексом « г»:
Сг+ Hr + Or + Nr + Sr = 100 %.
Топлива с органической массой - это особый вид топлив, в которых присутствует сера в виде органических соединений и отсутствует сера в неорганической форме (например, нет примесей серного колчедана). Уравнение таких топлив записываются с индексом «о», указывающим на органическую массу:
С°+ H° + О о + N o + S°= 100 %.

качестве окислителей могут выступать не только кислород или воздух, но и множество других соединений: хлор, бром, сера, марганцевокислый калий, различные перекиси и другие кислород о содержащие вещества.
Однако на практике чаще всего горение протекает в атмосфере воздуха.
Воздух представляет собой смесь газов, основными компонентами которого являются: азот -78,084 %; кислород - 20,948 %, ар­гон - 0,934 %.
В незначительных количествах присутствуют неон, гелий, криптон, аммиак, диоксиды углерода и серы и др.
Аргон, содержащийся в воздухе, является инертным газом и в процессе горения участия не принимает.
Азот также не участвует в химическом взаимо­действии с горючим веществом. Однако азот оказывает существенное влияние на скорость протекания процесса горения. Присутствие азота следует учитывать, так как он участвует во многих физических про­цессах, сопровождающих горение: участвует в диффузии воздуха в горючее вещество; выступает в качестве инертного разбавителя горюче­го и окислителя (кислорода); влияет на скорость нагревания и скорость горения горючей смеси.
При составлении уравнения реакции горения вещества в воздухе необходимо учитывать присутствие азота следующим образом: горючее вещество и участвующий в горении воздух пишутся в левой части уравнения, а после знака равенства - образующиеся продукты реакции..

расчетов принимаем, что воздух состоит из 21 % кислорода и 79 % азота с другими инертными газами, т. е. на один объем кислорода приходится 79 : 21 = 3,76 объема азота, или на каждую молекулу кислорода приходится 3,76 молекулы азота.
Таким образом, состав воздуха может быть представлен следующим выражением: 03 + 3,76N2.
Исходя из этого выражения, уравнение горения природного газа с учетом коэффициентов перед формулами будет иметь следующий вид:
СН4 + 202 + 2 - 3,76 N2 = С02 + 2Н20 + 2 ■ 3,76 N2
Кроме продуктов сгорания: углекислого газа и воды, остается 3,76 молекулы азота. Азот воздуха в процессе горения участия не при­нимает, он целиком переходит в продукты сгорания.

нагреты до определенной температуры источником теплоты, источником воспламенения или зажигания.
Источник зажигания (воспламенения) - это любой источник теплоты, способный нагреть горючее вещество до определенной температуры (температуры воспламенения или самовоспламенения).
Наиболее распространенными источниками зажигания являются:
* искры различного происхождения: появляющиеся при неисправности электрооборудования; при соударении металличе­ских тел, при сварке, кузнечных работах и т. д.;
* нагретые тела;
* теплота, возникающая в результате трения;
* аппараты огневого действия;
* искровые заряды статического электричества;
* теплота адиабатического сжатия;
* перегрев электрических контактов;
* химические реакции, протекающие с выделением теплоты;
* пламя и др.

Состав продуктов сгорания зависит от состава горючего вещества и условий протекания горения.
Горение может быть полным и неполным, В том случае, когда в зону горения окислительная среда поступает в количестве, достаточном для полного окисления компонентов горючего вещества, образуются продукты полного сгорания. При полном сгорании веществ образуются продукты, не способные к дальнейшему горению: диоксид углерода, вода, азот, сернистый ангидрид.
В условиях пожара окислительной средой является воздух. Поэтому в состав продуктов сгорания будет входить азот, поступающий в зону горения вместе с кислородом воздуха. В том случае когда в зону горения поступает воздуха больше, чем требуется по стехиомет­рии реакции, в состав продуктов сгорания будет входить и избыток кислорода.
Полное сгорание на практике происходит при избытке кислорода,

реакции горения, или когда горение осуществляется при низкой температуре, кроме продуктов полного сгорания, образу­ются продукты неполного сгорания. При неполном сгорании горючих веществ образующиеся продукты способны к дальнейшему горению. Продуктами неполного сгорания являются оксид углерода (угарный газ), сажа, продукты термоокислительной деструкции спиртов, кетоновов и других органических соединений. Неполное сгорание горю­чих веществ, происходит при недостатке кислорода.
Состав продуктов термоокислительной деструкции зависит от природы горючего вещества, температуры и условий взаимодействия горючей смеси с окислителем. Если в состав горючего вещества вхо­дят С, Н, О, CL, N, то ими являются углеводороды, диоксины, (хлор- содержащие органические соединения), синильная кислота, спирты, альдегиды, кислоты, оксиды азота и т. л. При сгорании древесины, например, образуется более 200 компонентов продуктов сгорания, а при сгорании поливинилхлорида (полимер ПВХ) образуется более 75 различных компонентов.
Если сгорают неорганические вещества, в составе которых есть Р (фосфор), Na (натрий), К (калий), Са (кальций), А| (алюминий), Mg (магний), то продуктами сгорания будут оксиды этих веществ, нахо­