Возникновение горения и распространение пламени. Лекция 5

Август 21, 2022

Главная
ОБЖ
Возникновение горения и распространение пламени. Лекция 5

Содержание

2. ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ Условием возникновения теплового самовоспламенения является превышение скорости выделения тепла (q1) над скоростью его отвода
3. Установлено, что Тсв зависит не только от V горючей смеси, по и от формы сосуда, в
4. Температура самовоспламенения уменьшается с увеличением объема до тех пор, пока он не достигнет какой-то определенной ветчины,
5. При очень малом объеме сосуда удельная поверхность теплоотвода (F/V) становится такой большой, что q1 не может
6. Большую F/V можно получить не только уменьшая V сосуда, но и придавая ему соответствующую форму, например
7. Если мы обратимся к уравнению теплового равновесия выражающему условие самовоспламенения, то увидим, что скорость тепловыделения является
8. Зависимость температуры самовоспламенения от состава горючей смеси
9. Из графика следует: для стехиометрической смеси Тсв минимальна, а при концентрации горючего, равной Сн или Св,
10. Температура самовоспламенения зависит от химического строения горючего вещества.
11. Окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе горения, протекают по цепному механизму через ряд стадий, связанных с разрывом
12. В одном гомологическом ряду углеводородов первые члены ряда обладают наибольшей Тсв. По мере увеличения длины углеродной
13. На величину температуры самовоспламенения влияет наличие примесей в горючей смеси, катализирующих или ингибирующих процесс ее окисления.
14. Температура самовоспламенения как показатель пожарной опасности имеет большое практическое значение.
15. По ее величине определяют группу взрывоопасных смесей. Существует шесть групп смесей — от температур Т1 до
16. Допустимая температура нагрева рабочей поверхности технологических аппаратов, электрического оборудования не должна превышать 80% от стандартной Тсв.
17. Стандартной Тсв называется самая низкая температура, до которой должна быть нагрета наиболее легковоспламеняемая смесь данного газа
18. Стандартную Тсв для стехиометрического состава смеси определяют в сосудах стандартных размеров. Существует несколько экспериментальных методов определения
19. 1. Метод впуска для газов. Впервые предложен Ле-Шателье. Метод рекомендован для определения Тсв и периода индукции.
20. Схема установки для определения температуры самовоспламенения газов методом впуска 1 — нагревательная печь; 2 — термопары;
21. 2. Метод струй впервые применен Диксоном. Потоки горючего газа и окислителя нагреваются раздельно в концентрических трубках.
22. 3. Метод капли — наиболее простой и распространенный (ГОСТ 13920-68). Его применяют для определения Тсв жидкостей
23. 3. САМОВОЗГОРАНИЕ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ Процесс самовозгорания — это возникновение горения веществ и материалов в результате
24. Самонагревание веществ, находящихся в атмосфере воздуха, обусловлено химическими и физическими процессами, происходящими в них с выделением
25. Температурой самонагревания называется самая низкая температура вещества, при которой возникает его самонагревание.
26. Температура самонагревания многих горючих веществ и материалов ниже обычной комнатной температуры. Так, например, алюминиевый порошок при
27. Вещества, имеющие температуру самонагревания менее 50 °С, условно выделены в отдельную группу и названы пирофорными.
28. В зависимости от причин выделения теплоты в начальной стадии самонагревания различают самовозгорание тепловое, химическое и микробиологическое.
29. Тепловое самовозгорание возникает под воздействием внешнего нагрева вещества выше температуры самонагревания. К нему способны масла, жиры,
30. Химическим называется самовозгорание, возникающее в результате химического взаимодействия веществ. Оно возникает в месте контакта реагирующих веществ,
31. Различают две группы веществ: • вещества, самовозгорающиеся при контакте с воздухом и водой; • вещества, самовозгорающиеся
32. Самовозгорание в результате самонагревания, возникшего под действием жизнедеятельности микроорганизмов в массе материала, называется микробиологическим. К нему
33. Основные стадии самовозгорания: а) самонагревание при условии: q+ > q– — тепловыделение превышает теплоотвод; б) самоускорение
34. Таким образом, самовоспламенение и самовозгорание, приводящие к возникновению горения веществ и материалов, имеют одну и туже
35. 3.1. Самовозгорание веществ от контакта с воздухом и водой Сульфиды железа (FeS, FeS2, Fe2S3) способны самовозгораться
36. Самовозгорание пирита протекает по реакции FeS2 + O2 = FeS2 + SO2 + 222,5 кДж. Такие
37. При образовании Fe2(SO4)3 объем пирита увеличивается, происходит его растрескивание и измельчение, что благоприятствует его самовозгоранию.
38. Еще большую пожарную опасность, чем самовозгорание пирита, представляет самовозгорание сульфидов, образующихся в технологической аппаратуре, так как
39. Самовозгорание сульфидов железа в производственной аппаратуре предотвращают следующими методами: • очисткой от H2S обрабатываемого или хранимого
40. К группе веществ, самовозгорающихся от воздействия на них кислорода воздуха, относятся: • фосфор белый (желтый); •
41. 3.2. Самовозгорание жиров и масел По своему происхождению масла подразделяются на минеральные, растительные и животные. Минеральные
42. В общем виде формулу глицеридов можно представить следующим образом: C3H5(COOR)3, где COOR — остаток кислоты; С3Н5
43. Глицериды могут образоваться при взаимодействии глицерина с предельными кислотами общей формулы СnН2n+1СООН. Например, глицерид пальмитиновой кислоты
44. Масла с высоким содержанием глицеридов предельных кислот незначительно подвержены самонагреванию и самовозгоранию. С малым содержанием глицеридов
45. Процесс самонагревания и самовозгорания масел, содержащих большое количество глицеридов непредельных кислот, протекает за счет процессов их
46. У многих органических веществ способность самоокисляться связана с наличием в их структуре двойных связей. Электроны этой
47. Пероксиды разлагаются с выделением атомарного кислорода (О•), который вызывает цепную реакцию окисления органических соединений, и процесс
48. Органические пероксиды также инициируют реакции полимеризации:
49. Радикал О• взаимодействует даже с трудноокисляющимися компонентами масел (глицеридами предельных кислот). Процесс протекает экзотермически. Чем больше
50. Увеличение поверхности окисления (смачивание маслом волокнистых материалов) также увеличивает вероятность самовозгорания, поэтому нельзя складировать промасленные материалы
51. Наличие двойных связей определяют из структуры масел, а склонность к самовозгоранию — по йодному числу (mJ),
52. ПРИМЕР 1 1. Записываем химическую реакцию взаимодействия глицерида олеиновой кислоты с йодом J2: С3Н5(С17Н33СОО)3 + 3J2
53. 3. Составляем пропорцию по реакции: • с 884 г глицерида взаимодействует 127 · 2 · 3
54. ПРИМЕР 2 Рассчитайте йодное число подсолнечного масла, имеющего состав: • тристеарата — 9%; • триолеата —
55. РЕШЕНИЕ Расчет будем производить по содержанию триолеата и трилинолеата. Содержание тристеарата при расчете не учитываем, так
56. 2. Рассчитываем молекулярную массу триолеата по брутто-формуле: М= 884 г/моль. 3. Составляем пропорцию и определяем mJ:
57. 4. Записываем химическую реакцию взаимодействия трилинолеата с йодом: С3Н5(С17Н31СОО)3 + 6J2 = C3H5(C17H31J4COO)3. 5. Рассчитываем молекулярную
59. Скачать презентацию

Слайд 2

ТЕМПЕРАТУРА САМОВОСПЛАМЕНЕНИЯ
Условием возникновения теплового самовоспламенения является превышение скорости выделения тепла

(q1) над скоростью его отвода (q2).
Согласно теории теплового самовоспламенения Тсв зависит от скорости тепловыделения и теплоотвода, поскольку является температурой теплового равновесия (q1 = q2):

Слайд 3

Установлено, что Тсв зависит не только от V горючей смеси, по

и от формы сосуда, в котором вещество находится, так как с изменением формы сосуда изменяется удельная поверхность тепловода (F:/V). В одинаковых по форме сосудах она тем меньше, чем больше объем сосуда (V). С увеличением объема (V) удельная поверхность тепловода (F/ V) уменьшается, q2 падает и Тсв понижается.

Слайд 4

Температура самовоспламенения уменьшается с увеличением объема до тех пор, пока он

не достигнет какой-то определенной ветчины, дальнейшее увеличение объема уже практически не сказывается на величине Тсв. Это связано с тем, что в больших объемах горючая смесь самовоспламеняется не во всем объеме одновременно, а в его части, в которой созданы для этого оптимальные условия.

Слайд 5

При очень малом объеме сосуда удельная поверхность теплоотвода (F/V) становится такой

большой, что q1 не может превысить q2 и самовоспламенение не наблюдается. На этом принципе сконструированы огнепреградители, предназначенные для предотвращения распространения горения по газовым смесям.

Слайд 6

Большую F/V можно получить не только уменьшая V сосуда, но и

придавая ему соответствующую форму, например форму щели.
Щелевыми огнепреградителями снабжены взрывоопасные светильники и электромоторы.

Слайд 7

Если мы обратимся к уравнению теплового равновесия
выражающему условие самовоспламенения, то

увидим, что скорость тепловыделения является функцией концентрации горючего (Сг) и окислителя (Со). С ростом концентрации компонентов горючей смеси скорость тепловыделения растет и достигает своего максимального значения для стехиометрической смеси.

Слайд 8

Зависимость температуры самовоспламенения от состава горючей смеси

Слайд 9

Из графика следует: для стехиометрической смеси Тсв минимальна, а при концентрации

горючего, равной Сн или Св, температура Тсв максимальна. При возникновении воспламенения наиболее опасны стехиометрические и близкие к ним составы горючей смеси, так как они имеют наименьшую температуру самовоспламенения Тсв.

Слайд 10

Температура самовоспламенения зависит от химического строения горючего вещества.

Слайд 11

Окислительно-восстановительные реакции, лежащие в основе горения, протекают по цепному механизму через

ряд стадий, связанных с разрывом связей в молекулах и образованием активных радикалов. Чем выше энергия разрыва связи, тем труднее протекает реакция окисления и, следовательно, тем выше Тсв.

Слайд 12

В одном гомологическом ряду углеводородов первые члены ряда обладают наибольшей Тсв.

По мере увеличения длины углеродной цепи энергия связи С–Н ослабевает и Тсв уменьшается. Соединения с кратными связями окисляются легче и имеют меньшую температуру самовоспламенения по сравнению с предельными углеводородами. Для твердых горючих веществ Тсв тем ниже, чем больше степень их измельчения.

Слайд 13

На величину температуры самовоспламенения влияет наличие примесей в горючей смеси, катализирующих

или ингибирующих процесс ее окисления. Например, Тсв бензола в стеклянном сосуде — 853 К, в железном сосуде — 1026 К. Введение флегматизаторов и ингибиторов в горючую смесь уменьшает скорость химической реакции W повышает ее Тсв и способствует прекращению горения.

Слайд 14

Температура самовоспламенения как показатель пожарной опасности имеет большое практическое значение.

Слайд 15

По ее величине определяют группу взрывоопасных смесей. Существует шесть групп смесей

— от температур Т1 до Т6 (к Т1 относятся горючие вещества с Тсв > 450 °С, к Т6 — от 85 до 100 °С).

Слайд 16

Допустимая температура нагрева рабочей поверхности технологических аппаратов, электрического оборудования не должна

превышать 80% от стандартной Тсв.

Слайд 17

Стандартной Тсв называется самая низкая температура, до которой должна быть нагрета

наиболее легковоспламеняемая смесь данного газа или пара с воздухом, близкая к стехиометрической концентрации, чтобы она воспламенилась без внесения в нее постороннего источника зажигания.

Слайд 18

Стандартную Тсв для стехиометрического состава смеси определяют в сосудах стандартных размеров.

Существует несколько экспериментальных методов определения стандартной Тсв, которые различаются способами нагрева и смешения горючего с окислитем.

Слайд 19

1. Метод впуска для газов. Впервые предложен Ле-Шателье.
Метод рекомендован для

определения Тсв и периода индукции. Газообразную смесь горючего с окислителем впускают в предварительно вакуумированный до остаточного давления 400—670 Па реакционный сосуд, помещенный в печь с регулируемым нагревом. За Тсв принимают температуру стенок сосуда, при которой после установления нормального давления горючей смеси наблюдается ее самовоспламенение.

Слайд 20

Схема установки для определения температуры самовоспламенения газов методом впуска
1 — нагревательная

печь; 2 — термопары; 3 — реакционный сосуд; 4 — датчики давления; 5 — блок записи давления; 6 — электромагнитный клапан; 7 — огнепреградитель; 8 — смеситель; 9 — предохранительный клапан; 10 — ртутный манометр; 11 — насос-мешалка; 12 — краны

Слайд 21

2. Метод струй впервые применен Диксоном. Потоки горючего газа и окислителя

нагреваются раздельно в концентрических трубках.
Самовоспламенение происходит при смешении потоков при произвольном и неопределенном составе смеси.

Слайд 22

3. Метод капли — наиболее простой и распространенный (ГОСТ 13920-68). Его

применяют для определения Тсв жидкостей и легкоплавких твердых веществ. В нагретый до определенной температуры сосуд вводят по каплям горючую жидкость. Та температура сосуда, при которой произойдет самовоспламенение жидкости, является ее стандартной Тсв.

Слайд 23

3. САМОВОЗГОРАНИЕ ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
Процесс самовозгорания —
это возникновение горения

веществ и материалов в результате их самонагревания.

Слайд 24

Самонагревание веществ, находящихся в атмосфере воздуха, обусловлено химическими и физическими процессами,

происходящими в них с выделением тепла: окисление, разложение, полимеризация, адсорбция и др. Склонность вещества к самонагреванию является функцией: 1) скорости физико-химического процесса, протекающего с выделением теплоты, 2) коэффициента теплопроводности λ, 3) удельной поверхности теплоотвода F/V и т.д.

Слайд 25

Температурой самонагревания называется самая низкая температура вещества, при которой возникает его

самонагревание.

Слайд 26

Температура самонагревания многих горючих веществ и материалов ниже обычной комнатной температуры.

Так, например, алюминиевый порошок при соприкосновении с воздухом способен окисляться и самонагреваться до возникновения горения уже при 10 °С. Это объясняется тем, что теплопроводность λ алюминиевого порошка в 3200 раз меньше теплопроводности кускового алюминия. Вследствие этого выделяющееся при окислении тепло аккумулируется порошком, что ведет к подъему температуры, повышению скорости реакции окисления и к самовозгоранию.

Слайд 27

Вещества, имеющие температуру самонагревания менее 50 °С, условно выделены в отдельную

группу и названы пирофорными.

Слайд 28

В зависимости от причин выделения теплоты в начальной стадии самонагревания различают

самовозгорание тепловое, химическое и микробиологическое.

Слайд 29

Тепловое самовозгорание возникает под воздействием внешнего нагрева вещества выше температуры самонагревания.

К нему способны масла, жиры, каменные угли, некоторые химические соединения. Их самонагревание обусловливается процессами самоокисления.

Слайд 30

Химическим называется самовозгорание, возникающее в результате химического взаимодействия веществ. Оно возникает

в месте контакта реагирующих веществ, протекающего с выделением теплоты.

Слайд 31

Различают две группы веществ:
• вещества, самовозгорающиеся при контакте с воздухом

и водой;
• вещества, самовозгорающиеся при контакте с окислителями (С12, F2 и другими окислителями).

Слайд 32

Самовозгорание в результате самонагревания, возникшего под действием жизнедеятельности микроорганизмов в массе

материала, называется микробиологическим. К нему способны многие растительные материалы (сено, хлопок, силосная масса и др.)

Слайд 33

Основные стадии самовозгорания:
а) самонагревание при условии: q+ > q– —

тепловыделение превышает теплоотвод;
б) самоускорение экзотермического физико-химического процесса, приводящее к горению.

Слайд 34

Таким образом, самовоспламенение и самовозгорание, приводящие к возникновению горения веществ и

материалов, имеют одну и туже сущность. Различия этих процессов определяются разными скоростями физико-химических экзотермических процессов, лежащих в их основе. При возникновении самовоспламенения горение горючей смеси протекает сразу во всем объеме. Самовозгорание приводит к возникновению очага пожара.

Слайд 35

3.1. Самовозгорание веществ от контакта с воздухом и водой
Сульфиды железа

(FeS, FeS2, Fe2S3) способны самовозгораться на воздухе при низких температурах вследствие их способности окисляться кислородом воздуха. Пирит (FeS2) встречается в природе — в каменном угле, в рудах цветных металлов, в железной руде.
Сульфиды (FeS, Fe2S3) образуются в технологическом оборудовании (аппаратах), где обрабатываются или хранятся продукты, содержащие сероводород, серу и органические сернистые соединения.

Слайд 36

Самовозгорание пирита протекает по реакции
FeS2 + O2 = FeS2 +

SO2 + 222,5 кДж.
Такие процессы отмечены на заводах по производству серной кислоты (H2SO4), в рудниках, на складах.
Самовозгоранию пирита способствует влага:
2FeS2 + 7,5O2 + Н2O =
= Fe2(SO4)3 + H2SO4 + 277 кДж.

Слайд 37

При образовании Fe2(SO4)3 объем пирита увеличивается, происходит его растрескивание и измельчение,

что благоприятствует его самовозгоранию.

Слайд 38

Еще большую пожарную опасность, чем самовозгорание пирита, представляет самовозгорание сульфидов, образующихся

в технологической аппаратуре, так как их самовозгорание чаще всего протекает в воздухе, смешанном с горючими парами и газами. Обычно самовозгорание в технологических аппаратах происходит после их освобождения от хранимого или обрабатываемого продукта, т.е. при возникновении контакта с кислородом воздуха.

Слайд 39

Самовозгорание сульфидов железа в производственной аппаратуре предотвращают следующими методами:
• очисткой

от H2S обрабатываемого или хранимого продукта, так как Fe2S.образуется при взаимодействии с сероводородом:
2Fe(OH)3 + 3H2S → Fe2S3 + 6Н2O;
• антикоррозионным покрытием внутренней поверхности аппаратуры;
• продуванием аппаратуры паром или продуктами сгорания для удаления горючих паров и газов;
• заполнением аппаратуры водой и медленным спуском ее, что ведет к окислению сульфидов без ускорения реакции.

Слайд 40

К группе веществ, самовозгорающихся от воздействия на них кислорода воздуха, относятся:

• фосфор белый (желтый);
• фосфористый водород (фосфин);
• водородистый кремний SiН4 (силан);
• цинковая пыль;
• алюминиевая пудра;
• карбиды щелочных металлов;
• сульфиды рубидия, цезия и другие вещества, способные окисляться на воздухе с выделением теплоты, реакция ускоряется до горения.

Слайд 41

3.2. Самовозгорание жиров и масел
По своему происхождению масла подразделяются на

минеральные, растительные и животные. Минеральные масла представляют собой смесь глицеридов предельных карбоновых кислот, не имеющих двойных связей. Растительные и животные жиры — это смесь глицеридов предельных и непредельных. Глицериды — сложные эфиры глицерина и карбоновых кислот.

Слайд 42

В общем виде формулу глицеридов можно представить следующим образом:
C3H5(COOR)3,
где COOR

— остаток кислоты; С3Н5 — остаток глицерина.
Реакция образования глицеридов:
С3Н5(ОН)3 + 3RCOOH →
→ C3H5(COOR)3 + 3Н2O.

Слайд 43

Глицериды могут образоваться при взаимодействии глицерина с предельными кислотами общей формулы

СnН2n+1СООН.
Например, глицерид пальмитиновой кислоты (С15Н31СООН) имеет формулу С3Н5(С15Н31СОО)3, а стеариновой кислоты (С17Н35СООН) – С3Н5(С17Н35СОО)3.

Слайд 44

Масла с высоким содержанием глицеридов предельных кислот незначительно подвержены самонагреванию и

самовозгоранию. С малым содержанием глицеридов предельных кислот — не склоны к нему.
Масла с высоким содержанием глицеридов непредельных карбоновых кислот имеют склонность к самонагреванию и самовозгоранию.

Слайд 45

Процесс самонагревания и самовозгорания масел, содержащих большое количество глицеридов непредельных кислот,

протекает за счет процессов их самоокисления под действием O2 воздуха.

Слайд 46

У многих органических веществ способность самоокисляться связана с наличием в их

структуре двойных связей. Электроны этой связи подвижны и легко поляризуемы. При взаимодействии с O2 воздуха они легко раскрываются, присоединяя кислород и образуя пероксиды по схеме

Слайд 47

Пероксиды разлагаются с выделением атомарного кислорода (О•), который вызывает цепную реакцию

окисления органических соединений, и процесс приобретает цепной характер:

Слайд 48

Органические пероксиды также инициируют реакции полимеризации:

Слайд 49

Радикал О• взаимодействует даже с трудноокисляющимися компонентами масел (глицеридами предельных кислот).

Процесс протекает экзотермически.
Чем больше двойных связей содержится в глицериде, тем больше O2 присоединяется к его молекуле, тем больше тепла выделяется при окислении (так как процесс экзотермический) и тем больше способность глицеридов (соответственно и масел) к самовозгоранию.

Слайд 50

Увеличение поверхности окисления (смачивание маслом волокнистых материалов) также увеличивает вероятность самовозгорания,

поэтому нельзя складировать промасленные материалы в кучи и штабеля.

Слайд 51

Наличие двойных связей определяют из структуры масел, а склонность к самовозгоранию

— по йодному числу (mJ), массе йода, которую присоединит 100 г масла, содержащего непредельные соединения.

Слайд 52

ПРИМЕР 1
1. Записываем химическую реакцию взаимодействия глицерида олеиновой кислоты с йодом

J2:
С3Н5(С17Н33СОО)3 + 3J2 = C3H5(C17H33J2COO)3.
2. Рассчитываем молекулярную массу глицерида — она равна 884 г/моль.

Слайд 53

3. Составляем пропорцию по реакции:
• с 884 г глицерида взаимодействует

127 · 2 · 3 г J2;
• со 100 г масла взаимодействует x г J2;
x = mJ = 86,2 г.
4. Определяем склонность к самовозгоранию.
Масла, у которых:
• mJ > 100 — склонны к самовозгоранию;
• mJ < 100 — мало склонны к самовозгоранию;
• mJ < 50 — не склонны к самовозгоранию.
Сделаем вывод о склонности к самовозгоранию.

Слайд 54

ПРИМЕР 2
Рассчитайте йодное число подсолнечного масла, имеющего состав:
• тристеарата —

9%;
• триолеата — 38%;
• трилинолеата — 53%.

Слайд 55

РЕШЕНИЕ
Расчет будем производить по содержанию триолеата и трилинолеата.
Содержание тристеарата

при расчете не учитываем, так как он не содержит двойных связей и не присоединяет йод.
1. Составляем уравнение химической реакции взаимодействия триолеата с йодом:
С3Н5(С17Н33СОО)3 + 3J2 = C3H5(C17H33J2COO)3.

Слайд 56

2. Рассчитываем молекулярную массу триолеата по брутто-формуле:
М= 884 г/моль.
3.

Составляем пропорцию и определяем mJ:
884 – 254 · 3
38 – х;
4. Записываем химическую реакцию взаимодействия трилинолеата с йодом:
С3Н5(С17Н31СОО)3 + 6J2 = C3H5(C17H31J4COO)3.

Слайд 57

4. Записываем химическую реакцию взаимодействия трилинолеата с йодом:
С3Н5(С17Н31СОО)3 + 6J2

= C3H5(C17H31J4COO)3.
5. Рассчитываем молекулярную массу трилинолеата:
М= 878 г/моль.
6. Составляем пропорцию и определяем mJ:
878 – 254 · 6
53 – х
7. Определяем суммарное йодное число:
mJ = 32,76 + 92= 124,76= 125 г.