الاحتراق هو عملية فيزيائية وكيميائية يصاحبها إطلاق الحرارة وانبعاث الضوء. يمكن أن يكون الاحتراق أي تفاعل كيميائي طارد للحرارة، سواء مزيج المواد أو تحللها. على سبيل المثال، انفجار الأسيتيلين هو رد فعل لتحلله.
تتطلب عملية الاحتراق شروطاً معينة: مادة قابلة للاشتعال ويمكن أن تحترق بشكل مستقل بعد إزالة مصدر الإشعال، والهواء (الأكسجين)، ومصدر اشتعال له درجة حرارة معينة واحتياطي حراري كافٍ. فإذا غاب أحد هذه الشروط فلن تحدث عملية احتراق.
يمكن أن تكون المادة القابلة للاشتعال في أي حالة من حالات التجمع (الصلبة والسائلة والغازية). يمكن أن يكون مصدر الاشتعال لهبًا أو شرارة أو جسمًا ساخنًا وحرارة يتم إطلاقها نتيجة تفاعل كيميائي، أثناء العمل الميكانيكي، من قوس كهربائي بين الموصلات، وما إلى ذلك.
بعد حدوث الاحتراق، يكون المصدر الثابت للاشتعال هو منطقة الاحتراق، أي المنطقة التي يحدث فيها التفاعل مع انطلاق الحرارة والضوء. الاحتراق ممكن عند نسبة كمية معينة من المادة القابلة للاحتراق والمؤكسد. على سبيل المثال، أثناء احتراق المواد في هواء منطقة الاحتراق، يجب أن يكون تركيز الأكسجين على الأقل 16-18%. ويتوقف الاحتراق عندما ينخفض محتوى الأكسجين في الهواء إلى أقل من 10%. ومع ذلك، يمكن أن يحدث الاحتراق أيضًا عندما يحتوي الهواء على 3٪ أكسجين.
الاستثناء هو بشكل أساسي المواد المتفجرة التي يحدث احتراقها بسبب العوامل المؤكسدة الموجودة في تركيبتها. تحتوي جزيئات المواد مثل الكلورات والنترات والكرومات والأكاسيد والبيروكسيدات وغيرها على ذرات أكسجين حرة. عند تسخينها، وأحيانًا عند ملامستها للماء، تطلق هذه المواد الأكسجين الذي يدعم الاحتراق.
الانفجار هو حالة خاصة من الاحتراق، حيث يتم إطلاق كمية كبيرة من الحرارة والضوء على الفور. وتؤدي الغازات الناتجة، التي تتوسع بسرعة، إلى خلق ضغط هائل على البيئة، حيث تظهر موجة هوائية كروية تتحرك بسرعة عالية. في ظل ظروف معينة، يمكن أن يشكل خليط الغازات والأبخرة والغبار مع الهواء خطر الانفجار. شروط حدوث الانفجار هي وجود تركيز معين من خليط الغاز أو الغبار أو البخار والهواء ونبض (لهب، شرارة، تأثير) قادر على تسخين الخليط إلى درجة حرارة الاشتعال الذاتي.
الاحتراق هو عملية كيميائية معقدة يمكن أن تحدث ليس فقط عندما تتأكسد المواد بالأكسجين، ولكن أيضًا عندما تتحد مع العديد من المواد الأخرى. على سبيل المثال، يحترق الفوسفور والهيدروجين والحديد المسحوق (نشارة الخشب) في الكلور، وتشتعل كربيدات المعادن القلوية في جو من الكلور وثاني أكسيد الكربون، ويحترق النحاس في بخار الكبريت، وما إلى ذلك.
المواد ذات التركيب الكيميائي المختلفة تحترق بشكل مختلف. على سبيل المثال، تولد السوائل القابلة للاشتعال حرارة أسرع بمعدل 3 إلى 10 مرات من الخشب، وبالتالي فهي شديدة خطر الحريق. بغض النظر عن الحالة الأولية للتجميع، فإن معظم المواد القابلة للاشتعال، عند تسخينها، تنتقل إلى الطور الغازي، وتختلط مع الأكسجين الجوي، وتشكل وسيلة قابلة للاشتعال. هذا! وتسمى هذه العملية الانحلال الحراري. عندما تحترق المواد، يتم إطلاق ثاني أكسيد الكربون وأول أكسيد الكربون والدخان. الدخان عبارة عن خليط من جزيئات صلبة صغيرة من المواد - منتجات الاحتراق (الفحم والرماد). ثاني أكسيد الكربون، أو ثاني أكسيد الكربون، هو غاز خامل. مع تركيز كبير منه في الغرفة (8-10٪ من حيث الحجم)، يفقد الشخص وعيه وقد يموت من الاختناق. أول أكسيد الكربون هو غاز عديم اللون والرائحة وله خصائص سامة قوية. عندما تكون نسبة أول أكسيد الكربون في الهواء الداخلي 1% أو أعلى، تحدث الوفاة على الفور تقريبًا.
يتم تحديد الخصائص الخطرة للحريق للمواد القابلة للاحتراق من خلال عدد من المؤشرات المميزة.
الوميض هو الاحتراق السريع لخليط من أبخرة مادة ما مع الهواء عند تسليط لهب مكشوف عليها. أدنى درجة حرارة للمادة القابلة للاشتعال والتي تتشكل فوق سطحها أبخرة أو غازات يمكن أن تشتعل في الهواء من مصدر اشتعال خارجي تسمى نقطة الوميض. نقطة الوميض، التي يتم تحديدها في ظل ظروف اختبار خاصة، هي مؤشر يحدد تقريبًا النظام الحراري الذي تصبح عنده المادة القابلة للاشتعال خطرة.
الاشتعال هو احتراق يحدث تحت تأثير مصدر الاشتعال ويصاحبه ظهور لهب. تسمى درجة حرارة المادة القابلة للاشتعال التي يحدث عندها احتراق مستقر بعد الاشتعال بدرجة حرارة الاشتعال.
الاحتراق التلقائي هو اشتعال مادة ما دون إمدادها بمصدر اشتعال، ويصاحب ذلك ظهور لهب. وأدنى درجة حرارة تبدأ عندها هذه العملية، أي عندما تتحول الأكسدة البطيئة إلى احتراق، تسمى درجة حرارة الاشتعال الذاتي. درجة الحرارة هذه أعلى بكثير من درجة حرارة اشتعال المادة.
يتم أخذ قدرة بعض المواد، التي تسمى القابلة للاشتعال (المنتجات النباتية، الفحم، السخام، الخرق الزيتية، لوازم السفن المختلفة، وما إلى ذلك) على الاشتعال تلقائيًا أثناء العمليات الحرارية أو الكيميائية أو الميكروبيولوجية في الاعتبار عند تطوير تدابير الوقاية من الحرائق.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية لجميع المواد الخطرة التي يمكن أن تشتعل تلقائيًا عند خلطها مع بعضها البعض، عندما تتلامس المادة مع مواد فعالة أخرى، والمعلومات الأخرى منصوص عليها في قواعد النقل البحري للبضائع الخطرة (RID)، والتي تستخدم في الممارسة البحرية. عند نقل البضائع الخطرة، يُطلب من جميع أفراد الطاقم اتخاذ الاحتياطات اللازمة عند التعامل: المواد المحددة التي يتم نقلها.
تعتمد شدة الاحتراق أيضًا على الحالة الفيزيائية للمادة. تحترق المواد المكسرة والمشتتة بقوة أكبر من المواد الضخمة أو الكثيفة.
يشكل الغبار الصناعي خطرًا كبيرًا على الحرائق. لها مساحة سطحية كبيرة وقدرة كهربائية كبيرة، ولذلك فهي تمتلك خاصية اكتساب شحنات الكهرباء الساكنة نتيجة حركة واحتكاك وتأثيرات ذرات الغبار على بعضها البعض، وكذلك على جزيئات الهواء. ولذلك، عند التعامل مع البضائع السائبة، يجب اتخاذ تدابير الوقاية من الحرائق وفقا للتعليمات.
حسب درجة القابلية للاشتعال، تنقسم جميع المواد والمواد إلى أربع فئات: غير قابلة للاحتراق، صعبة الاشتعال، صعبة الاشتعال (الإطفاء الذاتي) وقابلة للاحتراق.
يتم تقسيم السوائل القابلة للاشتعال بشكل تقليدي إلى ثلاث فئات اعتمادًا على نقطة الوميض، والتي يتم تحديدها في ظل ظروف الاختبارات المعملية الخاصة: I - وجود نقطة وميض بخار أقل من +23 درجة مئوية؛ II - وجود درجة حرارة وميض بخار تتراوح بين +23 إلى +60 درجة مئوية؛ III - وجود نقطة وميض بخار أعلى من +60 درجة مئوية.
تنقسم البضائع السائلة القابلة للاشتعال إلى سوائل قابلة للاشتعال (FLL) وسوائل قابلة للاشتعال (FL).
وتنقسم السوائل شديدة الاشتعال بدورها إلى ثلاث فئات اعتمادًا على نقطة الوميض ومخاطر الحريق: خطيرة بشكل خاص، وخطيرة باستمرار، وخطيرة في درجات حرارة الهواء المرتفعة.
شارك العلماء والمهندسون المحليون والأجانب في عمليات الاحتراق. مؤسس نموذج الاحتراق الحراري الحديث هو V.A. ميخلسون. مؤلف نظرية التفاعلات المتفرعة، والتي هي أساس مبادئ آلية الاحتراق، هو ن.ن. سيمينوف. تمت دراسة حركية (معدل) تفاعلات الاحتراق الكيميائي - V.N. كوندراتييف، ن.م. إيمانويل، زيلدوفيتش، فرانك كامينيتسكي، بريدفوديتليف، بيليايف، أندريف، ليبونسكي.
دعونا نفكر المفاهيم والمصطلحات والتعاريف في نظرية الاحتراق والانفجار، شروط حدوث وتطور عمليات الاحتراق، أساسيات الآليات الحرارية والسلسلة للاشتعال والاحتراق.
يُفهم الاحتراق على أنه عملية الأكسدة والاختزال الفيزيائية والكيميائية السريعة مع إطلاق الحرارة، القادرة على الانتشار الذاتي وغالبًا ما يكون مصحوبًا بالتوهج وتكوين اللهب. الأمثلة الكلاسيكية للاحتراق هي تفاعلات أكسدة المواد العضوية أو الكربون مع الأكسجين الجوي: احتراق الفحم والزيت والحطب وما إلى ذلك.
عملية الاحتراق معقدة وتتكون من العديد من العمليات الفردية المترابطة، الفيزيائية والكيميائية.
تتلخص فيزياء الاحتراق في عمليات نقل الحرارة والكتلة ونقلها في منطقة التفاعل.
تتكون كيمياء الاحتراق من حدوث تفاعلات تتكون من عدد من الأفعال الأولية وترتبط بانتقال الإلكترونات من ذرة في مادة إلى أخرى - من عامل اختزال إلى عامل مؤكسد.
الأكسدة والاختزال تفاعلات الاحتراق يمكن ان يكون بين الجزيئات وداخل الجزيئات :
– بين الجزيئاتتحدث التفاعلات مع تغير في حالة أكسدة الذرات في الجزيئات المختلفة؛
– ضمجزيئي عامل ضمن الجزيئ تحدث تفاعلات الاحتراق مع تغير في حالة أكسدة الذرات في نفس الجزيء (عادة ما يكون هذا تفاعل التحلل الحراري للمواد).
الإحتراق - عملية سريعة نسبياً، لذلك لا تصنف جميع التفاعلات على أنها احتراق. لا يتم تضمين التفاعلات البطيئة (الأكسدة ذات درجة الحرارة المنخفضة والكيمياء الحيوية) والسريعة جدًا (التحول المتفجر) في مفهوم الاحتراق.
يحدث الاحتراق نتيجة لتفاعلات تقاس مدتها عادة بالثواني أو أجزاء من الثواني.
يصاحب الاحتراق إطلاق الحرارة، لذلك تؤدي التفاعلات الطاردة للحرارة إلى الاحتراق. الاحتراق هو عملية مكتفية ذاتيا بسبب الطاقة، وبالتالي، فإن الاحتراق يحدث بسبب تلك التفاعلات الطاردة للحرارة التي يكون إجمالي حرارتها كافيا للانتشار الذاتي. في الممارسة العملية، يتم استخدام تفاعلات الاحتراق التي تكون حرارتها كافية للحصول على تأثير مفيد. التفاعلات التي تنطوي على إنفاق الحرارة من الخارج لا تصنف على أنها احتراق.
يشمل مفهوم الاحتراق مجموعة واسعة من التفاعلات الكيميائية بين العناصر ومركباتها وتفاعلات تحلل المركبات.
يحدث الاحتراق ليس فقط بسبب تكوين الأكاسيد، ولكن أيضًا الفلوريدات والكلوريدات والنيتريدات؛ بالإضافة إلى ذلك - البوريدات والكربيدات ومبيدات السيليكات لعدد من المعادن. يمكن أن يحدث إطلاق الحرارة والاحتراق أثناء تكوين الكبريتيدات والفوسفيدات لعناصر معينة.
طاقة، المنبعث أثناء الاحتراق نتيجة التفاعلات الكيميائية ، يتم إنفاقها على الحفاظ على عملية الاحتراق ، وجزء منه يتبدد في الفضاء المحيط . ثابت (مستقر) يحدث الاحتراق عندما المساواة في مدخلات الحرارة واستهلاك الحرارة للتحضير لاحتراق الأجزاء التالية من المادة.
في عملية الاحتراق مطلوب 2 مراحل :
– خلق الاتصال الجزيئي بين الكواشف و
– تفاعل الجزيئات ذاته مع تكوين منتجات التفاعل. يعتمد معدل تحويل المنتجات الأولية إلى المنتجات النهائية على معدل خلط الكواشف وعلى سرعة التفاعل الكيميائي.
في حالة الحد لا يمكن تحديد خصائص الاحتراق إلا من خلال معدل التفاعل الكيميائي - الثوابت والعوامل الحركية ( وضع الاحتراق الحركي )، أو فقط معدل الخلط - الانتشار ( وضع الاحتراق الانتشار ).
يمكن أن تكون المواد المشاركة في الاحتراق في حالة غازية أو سائلة أو صلبة، أو مخلوطة مع بعضها البعض أو غير مختلطة.
إذا لم تكن هناك واجهات بين المواد المتفاعلة في النظام، فسيتم استدعاء هذا النظام متجانس ، إذا كانت هناك واجهات – غير متجانسة.
غالبًا ما يكون الاحتراق مصحوبًا بتوهج منتجات الاحتراق وتكوين اللهب. اللهب هو وسط غازي، بما في ذلك المنتجات المكثفة المشتتة، التي تحدث فيها التحولات الفيزيائية والكيميائية للكواشف.
بالنسبة للأنظمة الغازية، تتم عملية الاحتراق بأكملها في اللهب. أثناء احتراق الأنظمة المكثفة، يمكن أن يحدث خارج اللهب جزء من التحولات الفيزيائية والكيميائية (التسخين والذوبان والتبخر والتحلل الأولي وتفاعل الكواشف. ومن المعروف أن الاحتراق عديم اللهب يحدث عندما تحدث العملية فقط في نظام مكثف مع عدم وجود أي لهب تقريبًا). تكوين الغاز وتشتته (احتراق خليط من المعادن مع غير المعادن).
ويتميز اللهب بالإشعاع المرئي، أما اللهب الشفاف فهو معروف أيضًا. الجزء الأعلى درجة حرارة من اللهب يسمى منطقة التفاعل الرئيسية، جبهة اللهب.
بعد بدء عملية الاحتراق، فإنه ينتشر في جميع أنحاء الحجم بأكمله. وعلى عكس الانفجار، تنتشر عملية الاحتراق بسرعة لا تتجاوز سرعة الصوت.
إذا لم يتم خلط الكواشف قبل بدء الاحتراق، فسيتم استدعاء الاحتراق واللهب انتشار ، لأن يتم خلط الوقود مع المؤكسد عن طريق الانتشار. مثال بسيط هو لهب الشمعة، وهنا العامل المؤكسد (الأكسجين) والمادة القابلة للاحتراق هي المادة العضوية للفتيل (الكتان والقطن).
إذا كانت المواد المتفاعلة مختلطة مسبقاً (خليط متجانس)، تسمى عملية الاحتراق احتراق متجانس . الاحتراق غير المتجانس يحدث في الواجهة أحد المتفاعلات يكون في الطور المكثف والآخر (الأكسجين) والآخر في الطور الغازي. ومن أمثلة الاحتراق غير المتجانس احتراق الفحم والمعادن غير المتطايرة.
في تكنولوجيا الاحتراق، لا يتم دائمًا استيفاء شرط الخلط الأولي الكامل للكواشف، كما أن أوضاع الاحتراق العابرة ممكنة.
اعتمادا على طبيعة تدفق الغاز الذي يشكل اللهب، يتم التمييز بين اللهب الصفحي والمضطرب. في اللهب الرقائقي، يكون التدفق صفائحيًا، متعدد الطبقات. تتم عمليات نقل ونقل الكتلة بسبب الانتشار الجزيئي والحمل الحراري.
الإحتراق- عملية كيميائية لدمج المواد مع الأكسجين، مصحوبة بإطلاق الحرارة والضوء. لكي يحدث الاحتراق، من الضروري ملامسة المادة القابلة للاشتعال مع عامل الأكسدة (الأكسجين، الفلور، الكلور، الأوزون) ومع مصدر الإشعال، القادر على نقل نبضات الطاقة اللازمة إلى النظام القابل للاحتراق. تحترق المواد بسرعة أكبر في الأكسجين النقي. ومع انخفاض تركيزه، يتباطأ الاحتراق. تتوقف معظم المواد عن الاحتراق عندما ينخفض تركيز الأكسجين في الهواء إلى 12...14%، ويتوقف الاحتراق عند 7...8% (الهيدروجين وثاني كبريتيد الكربون وأكسيد الإيثيلين وبعض المواد الأخرى يمكن أن تحترق في الهواء بنسبة 5% الأكسجين).
تسمى درجة الحرارة التي تشتعل عندها المادة وتبدأ في الاحتراق درجة حرارة الاشتعال.درجة الحرارة هذه ليست واحدة بالنسبة للمواد المختلفة وتعتمد على طبيعة المادة والضغط الجوي وتركيز الأكسجين وعوامل أخرى.
اشتعال الذاتي -عملية احتراق ناجمة عن مصدر حرارة خارجي وتسخين مادة دون ملامسة اللهب المكشوف.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي -أدنى درجة حرارة لمادة قابلة للاحتراق تحدث عندها زيادة حادة في معدل التفاعلات الطاردة للحرارة، وتنتهي بتكوين لهب. تعتمد درجة حرارة الاشتعال الذاتي على الضغط، وتركيب المواد المتطايرة، ودرجة طحن المادة الصلبة.
تتميز الأنواع التالية من عمليات الاحتراق: الفلاش، الاحتراق، الاشتعال، الاحتراق التلقائي.
فلاش- الاحتراق السريع للخليط القابل للاشتعال دون أن يصاحبه تكوين غازات مضغوطة.
نقطة الوميض- أدنى درجة حرارة للمادة القابلة للاحتراق والتي تتشكل فوق سطحها أبخرة أو غازات يمكن أن تشتعل من مصدر الاشتعال، ولكن معدل تكوينها لا يزال غير كاف للاحتراق اللاحق.
نار- حدوث احتراق تحت تأثير مصدر الاشتعال.
اشتعال- حريق يرافقه ظهور لهب.
نقطة الوميض- أدنى درجة حرارة للمادة التي تنبعث فيها المادة، في ظل ظروف اختبار خاصة، أبخرة وغازات قابلة للاشتعال بمعدل يحدث بعد اشتعالها احتراقًا مشتعلًا ثابتًا. تكون درجة حرارة الاشتعال دائمًا أعلى قليلاً من نقطة الوميض.
الاحتراق التلقائي -عملية التسخين الذاتي والاحتراق اللاحق لبعض المواد دون التعرض لمصدر اشتعال مفتوح.
الاحتراق الكيميائي التلقائيهو نتيجة تفاعل المواد مع الأكسجين الموجود في الهواء أو الماء أو بين المواد نفسها. الزيوت النباتية والدهون الحيوانية والخرق والخرق والصوف القطني المنقوع بها عرضة للاحتراق التلقائي. يحدث تسخين هذه المواد بسبب تفاعلات الأكسدة والبلمرة، والتي يمكن أن تبدأ عند درجات الحرارة العادية (10...30 درجة مئوية). الأسيتيلين والهيدروجين والميثان الممزوج بالكلور يشتعل تلقائيًا في وضح النهار؛ الأكسجين المضغوط يسبب الاحتراق التلقائي للزيوت المعدنية. حمض النيتريك - نشارة الخشب والقش والقطن.
ل الاحتراق الميكروبيولوجي التلقائيالعديد من منتجات المحاصيل عرضة لهذا - الحبوب الخام، القش، وما إلى ذلك، حيث يتم تعزيز النشاط الحيوي للكائنات الحية الدقيقة عند درجة حرارة معينة من الرطوبة ودرجة الحرارة ويتشكل نسيج العنكبوت (الفطريات). وهذا يسبب زيادة في درجة حرارة المواد إلى القيم الحرجة، وبعد ذلك يحدث التسارع الذاتي للتفاعلات الطاردة للحرارة.
الاحتراق الحراري التلقائييحدث أثناء التسخين الخارجي الأولي للمادة إلى درجة حرارة معينة. يمكن أن تشتعل الزيوت النباتية شبه الجافة (عباد الشمس، بذور القطن، وما إلى ذلك)، وورنيش ودهانات زيت التربنتين تلقائيًا عند درجات حرارة 80...100 درجة مئوية، ونشارة الخشب، والمشمع - عند 100 درجة مئوية. كلما انخفضت درجة حرارة الاحتراق التلقائي، زادت خطورة اشتعال المادة.
الحريق هو احتراق غير منضبط يتطور في الزمان والمكان، ويشكل خطورة على الناس ويسبب أضرارًا مادية.
تشمل عوامل الحريق التي تشكل خطورة على الأشخاص اللهب المكشوف، والشرر، ودرجات الحرارة المرتفعة، ومنتجات الاحتراق السامة، والدخان، وانخفاض محتوى الأكسجين، وانهيار المباني أو المنشآت.
الاحتراق هو تفاعل فيزيائي وكيميائي سريع الحدوث، يصاحبه إطلاق حرارة ودخان، وظهور لهب أو احتراق. في الظروف العادية، الاحتراق هو عملية أكسدة أو مزيج من مادة قابلة للاحتراق مع الأكسجين الموجود في الهواء. ومع ذلك، فإن بعض المواد (على سبيل المثال، الأسيتيلين المضغوط، وكلوريد النيتروجين، والأوزون) يمكن أن تنفجر بدون الأكسجين، مما يؤدي إلى إنتاج الحرارة واللهب. ونتيجة لذلك، يمكن أن ينتج الاحتراق عن تفاعلات ليس فقط من الاتحاد، ولكن أيضًا من التحلل. ومن المعروف أيضًا أن الهيدروجين والعديد من المعادن يمكن أن يحترق في جو من الكلور، والنحاس في بخار الكبريت، والمغنيسيوم في ثاني أكسيد الكربون، وما إلى ذلك.
يحدث الاحتراق الأكثر خطورة عندما تتأكسد مادة قابلة للاشتعال بواسطة الأكسجين الجوي. في هذه الحالة، من الضروري أن يكون لديك مصدر إشعال قادر على تزويد النظام القابل للاحتراق بالكمية المطلوبة من الطاقة. مصادر الاشتعال الأكثر شيوعًا هي: الشرر الذي يظهر أثناء عطل المعدات الكهربائية، وتأثير الأجسام المعدنية، واللحام، والتزوير؛ الحرارة الناتجة عن الاحتكاك. أجهزة التدفئة التكنولوجية. أجهزة إطلاق النار حرارة الضغط الأديابي. تفريغ شرارة الكهرباء الساكنة؛ ارتفاع درجة حرارة الاتصالات الكهربائية. التفاعلات الكيميائية التي تحدث مع إطلاق الحرارة.
تختلف درجة حرارة تسخين هذه المصادر. وبالتالي، فإن الشرارة الناشئة عن تأثير الهيئات المعدنية يمكن أن يكون لها درجة حرارة تصل إلى 1900 درجة مئوية، فإن لهب المباراة على وشك. 800 درجة مئوية، تصل درجة حرارة أسطوانة الحزام الناقل عند الانزلاق إلى 600 درجة مئوية، وفي حرارة التفريغ الكهربائي تصل درجة الحرارة إلى 10000 درجة مئوية، وتكتمل التفاعلات الكيميائية على الفور تقريبًا.
يمكن أن يكون الاحتراق كاملاً أو غير كامل. مع حدوث احتراق كامل بكمية زائدة من الأكسجين، تكون منتجات التفاعل هي ثاني أكسيد الكربون والماء والنيتروجين وثاني أكسيد الكبريت. يحدث الاحتراق غير الكامل عندما يكون هناك نقص في الأكسجين؛ ومنتجات الاحتراق في هذه الحالة هي مواد سامة وقابلة للاشتعال - أول أكسيد الكربون، والكحول، والكيتونات، والألدهيدات، وما إلى ذلك. للاحتراق الكامل لمادة قابلة للاحتراق، هناك حاجة إلى كمية معينة من الهواء. : 1 كجم من الخشب - 4.18، الخث - 5.8، البروبان - 23.8 م3.
يمكن تصور عملية الاحتراق على النحو التالي. عند إدخال نبضة حرارية، يتم تسخين وسط بارد قابل للاشتعال، وتحدث أكسدة مكثفة للوسط القابل للاشتعال بالأكسجين ويتم إطلاق حرارة إضافية. وهذا بدوره يؤدي إلى تسخين الطبقة المجاورة من المادة القابلة للاشتعال، والتي يحدث فيها أيضًا تفاعل كيميائي مكثف. مع هذا الاحتراق طبقة تلو الأخرى لمادة قابلة للاحتراق، تتحرك منطقة الاحتراق؛ وسرعة هذه الحركة تحدد شدة عملية الاحتراق وهي أهم ما يميزها. تستمر عملية التسخين والأكسدة والاحتراق طبقة تلو الأخرى حتى يتم استنفاد الحجم الكامل للمادة القابلة للاحتراق.
وتسمى المنطقة الضيقة التي تسخن فيها المادة ويحدث فيها التفاعل الكيميائي جبهة اللهب.
يمكن أن تكون الأنظمة القابلة للاحتراق متجانسة كيميائيًا أو غير متجانسة. الأنظمة المتجانسة كيميائيًا عبارة عن مخاليط من الغازات والأبخرة أو الأتربة القابلة للاشتعال مع الهواء، حيث يتم خلط المادة القابلة للاشتعال والهواء بالتساوي. يسمى احتراق هذه الأنظمة متجانسًا. في الأنظمة غير المتجانسة كيميائيًا، لا يتم خلط المادة القابلة للاشتعال والهواء ويكون لهما واجهة. غالبًا ما تكون هذه مواد صلبة قابلة للاحتراق ويسمى احتراقها غير متجانس.
يتكون وقت الاحتراق الإجمالي للخليط القابل للاحتراق tg من الوقت اللازم للتلامس بين المادة القابلة للاحتراق والأكسجين τ، والوقت الذي يحدث خلاله تفاعل الأكسدة الكيميائية نفسه τ x
اعتمادا على نسبة هذين المصطلحين، يتم التمييز بين الاحتراق بين الانتشار والحركية. عند حرق المواد الصلبة القابلة للاحتراق، يكون الوقت اللازم لاختراق (انتشار) الأكسجين إلى سطح المادة أطول بكثير من وقت التفاعل الكيميائي، وبالتالي يتم تحديد معدل الاحتراق الإجمالي بالكامل من خلال معدل انتشار الأكسجين إلى المادة القابلة للاشتعال. غالبًا ما يحدث احتراق هذه المواد في الحرائق ويسمى بالانتشار. ويسمى الاحتراق، الذي يتم تحديد معدله بمعدل التفاعل الكيميائي، بالحركية. يعتبر هذا النوع من الاحتراق نموذجيًا للأنظمة القابلة للاحتراق المتجانسة.
هناك درجات حرارة الاحتراق المسعرية والنظرية والفعلية.
درجة حرارة الاحتراق المسعرية هي درجة الحرارة التي يتم بها تسخين منتجات الاحتراق الكامل، إذا تم إنفاق كل الحرارة المنبعثة على تسخينها، فإن كمية الهواء تساوي الكمية المطلوبة نظريًا، ويحدث الاحتراق الكامل للمواد وتكون درجة الحرارة الأولية 0 درجة مئوية. من المفترض أن تكون خسائر الحرارة صفراً. إذا كانت درجة الحرارة الأولية للمادة القابلة للاحتراق والهواء هي 0 درجة مئوية، فإن درجة حرارة الاحتراق المسعرية
حيث Qn هي الحرارة المنخفضة لاحتراق مادة قابلة للاحتراق، كيلو كالوري/كجم؛ V - حجم منتجات الاحتراق، م3/كجم؛ ج - متوسط السعة الحرارية الحجمية لمنتجات الاحتراق، كيلو كالوري/م3 درجة.
وبالتالي فإن درجة حرارة الاحتراق المسعرية تعتمد فقط على خصائص المادة القابلة للاحتراق ولا تعتمد على كميتها. تأخذ درجة حرارة الاحتراق النظرية في الاعتبار فقدان الحرارة أثناء الاحتراق بسبب التفكك. درجة حرارة الاحتراق المسعرية هي الأعلى بالنسبة لمادة قابلة للاحتراق وتستخدم للتقييم النوعي. في الواقع، أثناء الاحتراق، هناك دائمًا فقدان للحرارة بسبب الإشعاع وتسخين الهواء الزائد والبيئة.
درجة حرارة الاحتراق الفعلية هي درجة حرارة النار. هناك فرق بين درجات حرارة النار الداخلية والخارجية. درجة حرارة النار الخارجية هي درجة حرارة اللهب، ودرجة حرارة النار الداخلية هي درجة حرارة الدخان في الغرفة. تتطور درجات الحرارة الفعلية أثناء الحريق بسبب فقدان الحرارة للبيئة وتسخين منتجات الاحتراق والهياكل
دائما أقل من النظري بنسبة 30...50%. على سبيل المثال، درجة حرارة الاحتراق النظرية للبنزين هي 1730 درجة مئوية، ودرجة حرارة الاحتراق الفعلية هي 1400 درجة مئوية.
لا يمكن لخليط الأبخرة والغازات القابلة للاشتعال مع عامل مؤكسد أن يحترق إلا إذا كان يحتوي على كمية معينة من الوقود.
يُطلق على أقل تركيز للغاز القابل للاشتعال والذي يكون الاحتراق فيه ممكنًا بالفعل اسم الحد الأدنى للتركيز القابل للاشتعال (LCFL). يسمى أعلى تركيز يمكن عنده الاحتراق بالحد الأعلى للتركيز القابل للاشتعال (UCL). وتسمى منطقة التركيز الواقعة داخل هذه الحدود بمنطقة الاشتعال. الاشتعال هو اشتعال (بداية الاحتراق) يصاحبه ظهور لهب. يعد هذا احتراقًا مستقرًا وطويل الأمد ولا يتوقف حتى بعد إزالة مصدر الإشعال. تعتمد قيم الحدود الدنيا والعليا للقابلية للاشتعال على خصائص مخاليط الهواء من الغاز والبخار والغبار، ومحتوى المكونات الخاملة في الخليط القابل للاحتراق. إن إضافة الغازات الخاملة إلى خليط قابل للاشتعال يؤدي إلى تضييق منطقة الاشتعال ويجعله في النهاية غير قابل للاشتعال. تعمل بعض الشوائب التي تبطئ تفاعلات الاحتراق على تضييق حدود القابلية للاشتعال بشكل كبير. وأكثرها نشاطا هي الهيدروكربونات المهلجنة. يتم استخدام كلا الخاصيتين المذكورتين لوقف الاحتراق. كما أن خفض ضغط الخليط تحت الغلاف الجوي يضيق منطقة الاشتعال، وعند ضغط معين يصبح الخليط غير قابل للاشتعال. تؤدي الزيادة في ضغط الخليط القابل للاحتراق إلى توسيع منطقة الاشتعال، ولكن كقاعدة عامة، بشكل طفيف. تؤدي زيادة درجة حرارة الخليط القابل للاحتراق إلى توسيع منطقة الاشتعال. تتأثر حدود تركيز الإشعال أيضًا بقوة مصدر الإشعال.
لا توجد حدود للتركيز فحسب، بل هناك أيضًا حدود لدرجة حرارة الاشتعال.
حدود درجة حرارة اشتعال الأبخرة في الهواء هي درجات حرارة المادة القابلة للاحتراق التي تشكل فيها أبخرتها المشبعة تركيزات تتوافق مع حد التركيز الأدنى أو الأعلى للاشتعال. درجة حرارة الاشتعال هي أدنى درجة حرارة تشتعل فيها المادة أو تبدأ في الاشتعال وتستمر في الاحتراق أو الاشتعال بعد إزالة مصدر الاشتعال. تحدد درجة حرارة الاشتعال قدرة المادة على الاحتراق بشكل مستقل. إذا لم تكن المادة ذات درجة حرارة قابلة للاشتعال، فسيتم تصنيفها على أنها منخفضة الاشتعال أو غير قابلة للاشتعال.
يؤدي تسارع تفاعل الأكسدة تحت تأثير درجة الحرارة إلى الاحتراق التلقائي. على عكس عملية الاحتراق، حيث يشتعل جزء محدود فقط من الحجم - السطح - يحدث الاشتعال الذاتي في كامل حجم المادة. درجة حرارة الاشتعال الذاتي هي أدنى درجة حرارة يجب تسخين المادة إليها حتى تشتعل نتيجة لمزيد من الأكسدة الذاتية. لا يمكن الاشتعال الذاتي إلا إذا كانت كمية الحرارة المنبعثة أثناء عملية الأكسدة تتجاوز نقل الحرارة إلى البيئة.
درجة حرارة الاشتعال الذاتي ليست ثابتة بالنسبة للمادة، لأنها تعتمد إلى حد كبير على الظروف التي يتم تحديدها فيها. للحصول على بيانات مقارنة، تم توحيد معدات الاختبار وطرق تحديد درجة حرارة الاشتعال الذاتي للغازات والأبخرة (GOST 13920-68). إن الحد الأدنى لدرجة الحرارة التي يتم تحديدها بالطريقة القياسية التي يجب أن يتم بها تسخين خليط من الغازات والأبخرة مع الهواء بشكل موحد حتى يشتعل دون إدخال مصدر إشعال خارجي فيه يسمى درجة حرارة الاشتعال الذاتي القياسية.
ومن أنواع الاشتعال الذاتي هو الاحتراق التلقائي، أي الاحتراق نتيجة التسخين الذاتي دون تأثير مصدر الاشتعال. الفرق بين الاحتراق الذاتي والاحتراق الذاتي هو مقدار درجة الحرارة. يحدث الاحتراق التلقائي عند درجة الحرارة المحيطة، وللاحتراق التلقائي من الضروري تسخين المادة من الخارج.
المستند الأصلي?
الأساسيات الفيزيائية والكيميائية لعمليات الاحتراق
العمليات الكيميائية أثناء الاحتراق. طبيعة المواد القابلة للاشتعال. محاضرة 3
خطر الحريق والانفجار المواد والمواد- هذه مجموعة من الخصائص التي تميز قدرتها على بدء الاحتراق ونشره.
نتيجة الاحتراق، اعتمادا على سرعته وظروف حدوثه، يمكن أن يكون حريقا أو انفجارا.
خطر الحريق والانفجارتتميز المواد والمواد بمؤشرات يعتمد اختيارها على الحالة الإجمالية للمادة (المادة) وظروف استخدامها.
عند تحديد خطر الحريق والانفجاريتم تمييز المواد والمواد في حالات التجميع التالية:
غازات - المواد التي يتجاوز ضغط بخارها المشبع في الظروف العادية (25 درجة مئوية و101325 باسكال) 101325 باسكال؛
السوائل - المواد التي يكون ضغط بخارها المشبع في الظروف العادية (25 درجة مئوية و101325 باسكال) أقل من 101325 باسكال. تشتمل السوائل أيضًا على مواد انصهار صلبة تكون نقطة انصهارها أو تسيلها أقل من 50 درجة مئوية؛
المواد الصلبة والمواد- المواد الفردية وتركيباتها المختلطة ذات نقطة انصهار ونقطة قطرة أعلى من 50 درجة مئوية، وكذلك المواد التي ليس لها نقطة انصهار (على سبيل المثال، الخشب والأقمشة والجفت؛
تراب - مشتتالمواد والمواد التي يقل حجم جسيماتها عن 850 ميكرون.
الاحتراق كتفاعل كيميائي لأكسدة المواد التي تحتوي على الأكسجين
الإحتراق - واحدة من أولى العمليات الفيزيائية والكيميائية المعقدة التي واجهها الإنسان في فجر تطوره. هذه العملية، بعد أن أتقنها، اكتسب تفوقًا هائلاً على الكائنات الحية وقوى الطبيعة من حوله.
الإحتراق - أحد أشكال الحصول على الطاقة وتحويلها، وهو أساس العديد من عمليات الإنتاج التكنولوجية. لذلك، يدرس الشخص باستمرار ويتعرف على عمليات الاحتراق.
يبدأ تاريخ علم الاحتراق باكتشاف إم.في. لومونوسوف: "الاحتراق هو اتحاد المادة مع الهواء." كان هذا الاكتشاف بمثابة الأساس لاكتشاف قانون الحفاظ على كتلة المواد أثناء تحولاتها الفيزيائية والكيميائية. وأوضح لافوازييه تعريف عملية الاحتراق: “الاحتراق هو اتحاد مادة ليس مع الهواء، بل مع الأكسجين الموجود في الهواء”.
وفي وقت لاحق، قدم العلماء السوفييت والروس أ.ف. ميخيلسون، ن.ن. سيمينوف، يا.ف. زيلدوفيا، يو.بي. خاريتون، الرابع. بلينوف وآخرون.
تعتمد عملية الاحتراق على تفاعلات الأكسدة والاختزال الطاردة للحرارة، والتي تخضع لقوانين الحركية الكيميائية والديناميكا الحرارية الكيميائية والقوانين الأساسية الأخرى (قانون حفظ الكتلة والطاقة وما إلى ذلك).
احتراق هي عملية فيزيائية كيميائية معقدة تدخل فيها المواد والمواد القابلة للاشتعال، تحت تأثير درجات الحرارة المرتفعة، في تفاعل كيميائي مع عامل مؤكسد (أوكسجين الهواء)، وتتحول إلى نواتج احتراق، ويصاحب ذلك إطلاق حرارة شديدة وضوء يشع.
تعتمد عملية الاحتراق على تفاعل الأكسدة الكيميائية، أي. اتصالات المواد الأولية القابلة للاحتراق مع الأكسجين. وفي معادلات تفاعلات الاحتراق الكيميائي، يؤخذ في الاعتبار أيضًا النيتروجين الموجود في الهواء، على الرغم من أنه لا يشارك في تفاعلات الاحتراق. من المفترض تقليديًا أن يكون تكوين الهواء ثابتًا، ويحتوي على 21% من حيث الحجم من الأكسجين و79% من النيتروجين (بالوزن، على التوالي، 23% و77% من النيتروجين)، أي. لكل حجم واحد من الأكسجين هناك 3.76 حجم من النيتروجين. أو لكل 1 مول من الأكسجين يوجد 3.76 مول من النيتروجين. ثم، على سبيل المثال، يمكن كتابة تفاعل احتراق الميثان في الهواء على النحو التالي:
الفصل 4 + 2O 2 + 2´ 3.76 ن 2 = CO 2 + 2H 2 O + 2 ´ 3.76 ن 2
يجب مراعاة النيتروجين في معادلات التفاعلات الكيميائية لأنه يمتص جزءا من الحرارة المنطلقة نتيجة تفاعلات الاحتراق ويكون جزءا من نواتج الاحتراق- غازات المداخن.
دعونا ننظر في عمليات الأكسدة.
أكسدة الهيدروجين يتم بواسطة رد الفعل:
ن 2 + 0.5O2 = H2O.
البيانات التجريبية حول التفاعل بين الهيدروجين والأكسجين عديدة ومتنوعة. في أي لهب حقيقي (عالي الحرارة) في خليط من الهيدروجين والأكسجين، من الممكن تكوين الجذر * OH أو ذرات الهيدروجين H والأكسجين O، والتي تبدأ أكسدة الهيدروجين إلى بخار الماء.
الإحتراق كربون . يمكن أن يكون الكربون الناتج في اللهب غازيًا أو سائلًا أو صلبًا. أكسدته، بغض النظر عن حالة التجميع، يحدث بسبب التفاعل مع الأكسجين. يمكن أن يكون الاحتراق كاملاً أو غير كامل، وهو ما يتحدد حسب محتوى الأكسجين:
ج + س 2 = ثاني أكسيد الكربون 2(ممتلىء) 2C + O 2 = 2CO (غير مكتمل)
لم تتم دراسة آلية التجانس (الكربون في الحالة الغازية). تفاعل الكربون في الحالة الصلبة هو الأكثر دراسة. يمكن تمثيل هذه العملية بشكل تخطيطي في المراحل التالية:
1. توصيل العامل المؤكسد (O 2 ) إلى واجهة الطور عن طريق الانتشار الجزيئي والحملي؛
2. الامتزاز الجسدي للجزيئات المؤكسدة.
3. تفاعل العامل المؤكسد الممتز مع ذرات الكربون السطحية وتكوين منتجات التفاعل.
4.امتزاز منتجات التفاعل إلى الطور الغازي.
الإحتراق أول أكسيد الكربون . سيتم كتابة تفاعل الاحتراق الكلي لأول أكسيد الكربون CO + 0.5O 2 = CO 2، على الرغم من أن أكسدة أول أكسيد الكربون لها آلية أكثر تعقيدًا ويمكن تفسير المبادئ الرئيسية لاحتراق أول أكسيد الكربون على أساس آلية الاحتراق الهيدروجين، بما في ذلك تفاعل تفاعل أول أكسيد الكربون مع الهيدروكسيد المتكون في النظام والأكسجين الذري، أي. هذه عملية متعددة المراحل:
* أوه + كو = كو 2 + ح؛O + CO = CO 2
من غير المحتمل حدوث تفاعل مباشر CO + O 2 -> CO 2، نظرًا لأن الخلائط الجافة الحقيقية من CO وO 2 تتميز بمعدلات احتراق منخفضة للغاية أو لا يمكن أن تشتعل على الإطلاق.
أكسدة الأوالي الهيدروكربون الخامس.يحترق الميثان لتكوين ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء:
الفصل 4 + يا 2 = CO 2 + 2H 2 O.
لكن هذه العملية تتضمن في الواقع سلسلة كاملة من التفاعلات التي تشارك فيها الجزيئات الجزيئية ذات النشاط الكيميائي العالي (الذرات والجذور الحرة): * CH 3، * H، * OH. ورغم أن هذه الذرات والجذور تتواجد في اللهب لفترة قصيرة، إلا أنها تضمن الاستهلاك السريع للوقود. أثناء احتراق الغاز الطبيعي، تنشأ مجمعات الكربون والهيدروجين والأكسجين، وكذلك مجمعات الكربون والأكسجين، وتدميرها ينتج ثاني أكسيد الكربون، CO 2، H 2 O. ومن المفترض أن مخطط احتراق الميثان يمكن كتابته على النحو التالي: يتبع:
الفصل 4 → C 2 H 4 → C 2 H 2 → منتجات الكربون + O 2 →ج س يو ي أو ض → أول أكسيد الكربون، ثاني أكسيد الكربون 2، H2O.
التحلل الحراري، الانحلال الحراري للمواد الصلبة
عندما ترتفع درجة حرارة مادة صلبة قابلة للاحتراق، يتم كسر الروابط الكيميائية وتكوين مكونات أبسط (صلبة، سائلة، غازية). هذه العملية تسمى التحلل الحراري أو الانحلال الحراري . يحدث التحلل الحراري لجزيئات المركبات العضوية في اللهب، أي. عند درجات حرارة مرتفعة بالقرب من سطح الاحتراق. لا تعتمد أنماط التحلل على الوقود فحسب، بل تعتمد أيضًا على درجة حرارة الانحلال الحراري ومعدل تغيره وحجم العينة وشكلها ودرجة التحلل وما إلى ذلك.
دعونا نفكر في عملية الانحلال الحراري باستخدام مثال المواد الصلبة القابلة للاحتراق الأكثر شيوعًا- خشب.
الخشب عبارة عن خليط من عدد كبير من المواد ذات الهياكل والخصائص المختلفة. مكوناته الرئيسية هي الهيمسيلولوز (25%)، السليلوز (50%)، اللجنين (25%). الهيمسيلولوزيتكون من خليط من البنتازانات (C5H8O4) والهكسازانات (C6H10O5) والبوليورونيدات. اللجنينوهو عطري بطبيعته ويحتوي على الكربوهيدرات المرتبطة بالحلقات العطرية. يحتوي الخشب في المتوسط على 50% C، 6% H، 44% O. وهي مادة مسامية يصل حجم المسام فيها إلى 50- 75%. أقل مكونات الخشب مقاومة للحرارة هو الهيمسيلولوز (220- 250 درجة مئوية)، وهو العنصر الأكثر مقاومة للحرارة- اللجنين (يلاحظ تحلله المكثف عند درجة حرارة 350- 450 درجة مئوية). لذلك، يتكون تحلل الخشب من العمليات التالية:
| № ص | درجة الحرارة، درجة مئوية | خصائص العملية |
| ما يصل إلى 120 - 150 | التجفيف، وإزالة المياه المرتبطة جسديا |
|
| 150 - 180 | تحلل المكونات الأقل ثباتًا (أحماض اللومينيك) مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون، H2O |
|
| 250 - 300 | الانحلال الحراري للخشب مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون، CH 4، H 2، CO 2، H 2 O، وما إلى ذلك؛ الخليط الناتج قادر على الاشتعال من مصدر الاشتعال |
| 350 - 450 | الانحلال الحراري المكثف مع إطلاق الجزء الأكبر من المواد القابلة للاشتعال (ما يصل إلى 40٪ من الكتلة الإجمالية)؛ ويتكون الخليط الغازي من 25% هيدروكربون و40% هيدروكربونات مشبعة وغير مشبعة؛ يتم ضمان الحد الأقصى لإمدادات المكونات المتطايرة إلى منطقة اللهب؛ العملية في هذه المرحلة طاردة للحرارة. كمية الحرارة المنبعثة تصل إلى 5- 6% من القيمة الحرارية المنخفضةس ≈ 15000 كيلوجول/كجم |
|
| 500 - 550 | معدل التحلل الحراري يتناقص بشكل حاد. يتوقف إطلاق المكونات المتطايرة (نهاية الانحلال الحراري)؛ عند 600 درجة مئوية يتوقف تطور المنتجات الغازية |
يحدث الانحلال الحراري للفحم والجفت بشكل مشابه للخشب. ومع ذلك، لوحظ إطلاق المواد المتطايرة في درجات حرارة أخرى. يتكون الفحم من مكونات تحتوي على الكربون أكثر صلابة ومقاومة للحرارة، ويستمر تحلله بشكل أقل كثافة وفي درجات حرارة أعلى (الشكل 1).
احتراق المعادن
وفقا لطبيعة الاحتراق، تنقسم المعادن إلى مجموعتين: متطايرة وغير متطايرة. المعادن المتطايرة لها T رر.< 1000 ك و تي كيب.< 1500 ك . وتشمل هذه المعادن القلوية (الليثيوم والصوديوم والبوتاسيوم) والمعادن الأرضية القلوية (المغنيسيوم والكالسيوم). ويتم احتراق المعادن على النحو التالي: 4لي + أو 2 = 2 Li2O . المعادن غير المتطايرة لها T رر. > 1000ك و تي كيب. > 2500ك.
يتم تحديد آلية الاحتراق إلى حد كبير من خلال خصائص أكسيد المعدن. درجة حرارة المعادن المتطايرة أقل من درجة انصهار أكاسيدها. علاوة على ذلك، فإن هذه الأخيرة عبارة عن تكوينات مسامية تمامًا. عندما تصل شرارة الاشتعال إلى سطح المعدن، فإنها تتبخر وتتأكسد.
عندما يصل تركيز البخار إلى الحد الأدنى للتركيز القابل للاشتعال، فإنه يشتعل. يتم إنشاء منطقة الاحتراق الانتشاري على السطح، حيث يتم نقل نسبة كبيرة من الحرارة إلى المعدن، ويتم تسخينه إلى درجة الغليان.
تدخل الأبخرة الناتجة، التي تنتشر بحرية عبر طبقة الأكسيد المسامية، إلى منطقة الاحتراق. يؤدي غليان المعدن إلى تدمير دوري لطبقة الأكسيد، مما يزيد من احتراقه. تنتشر منتجات الاحتراق (أكاسيد المعادن) ليس فقط على سطح المعدن، مما يعزز تكوين قشرة أكسيد المعدن، ولكن أيضًا في الفضاء المحيط، حيث تتكثف وتشكل جزيئات صلبة على شكل دخان أبيض. يعد تشكل دخان أبيض كثيف علامة مرئية على احتراق المعادن المتطايرة.
في المعادن غير المتطايرة ذات درجات حرارة انتقالية عالية الطور، عند حرقها، يتم تشكيل فيلم أكسيد كثيف للغاية على السطح، والذي يلتصق جيدًا بسطح المعدن. ونتيجة لذلك، يتم تقليل معدل انتشار البخار المعدني عبر الفيلم بشكل حاد ولا تتمكن الجزيئات الكبيرة، على سبيل المثال، الألومنيوم أو البريليوم، من الاحتراق. وكقاعدة عامة، تحدث حرائق هذه المعادن عند إدخالها في شكل رقائق ومساحيق ورذاذ. أنها تحترق دون إنتاج دخان كثيف. يؤدي تكوين طبقة أكسيد كثيفة على سطح المعدن إلى انفجار الجسيم. ترتبط هذه الظاهرة، خاصة عندما تتحرك الجزيئات في بيئة مؤكسدة ذات درجة حرارة عالية، بتراكم الأبخرة المعدنية تحت طبقة الأكسيد، يليها انفجارها المفاجئ. وهذا يؤدي بطبيعة الحال إلى تكثيف حاد للاحتراق.
حرق الغبار
تراب - هذا نظام مشتت يتكون من وسط غازي مشتت (الهواء) ومرحلة صلبة (دقيق، سكر، خشب، فحم، إلخ).
يحدث انتشار اللهب عبر الغبار بسبب تسخين الخليط البارد بواسطة التدفق الإشعاعي من مقدمة اللهب. الجسيمات الصلبة، التي تمتص الحرارة من التدفق الإشعاعي، تسخن وتتحلل، وتطلق منتجات قابلة للاشتعال تشكل مخاليط قابلة للاشتعال مع الهواء.
يحترق الهباء الجوي، الذي يحتوي على جزيئات صغيرة جدًا، بسرعة عند اشتعاله في المنطقة المتأثرة بمصدر الإشعال. ومع ذلك، فإن سمك منطقة اللهب صغير جدًا بحيث تكون شدة إشعاعها غير كافية لتحلل الجزيئات، ولا يحدث انتشار ثابت للهب فوق هذه الجزيئات.
كما أن الهباء الجوي الذي يحتوي على جزيئات كبيرة غير قادر على الاحتراق الثابت. مع زيادة حجم الجسيمات، تقل مساحة سطح نقل الحرارة النوعية ويزداد الوقت المستغرق لتدفئتها حتى درجة حرارة التحلل.
إذا كان زمن تكوين خليط بخار الهواء القابل للاشتعال أمام واجهة اللهب بسبب تحلل جزيئات المادة الصلبة أطول من زمن وجود واجهة اللهب فلن يحدث الاحتراق.
العوامل المؤثرة على سرعة انتشار اللهب خلال مخاليط الغبار والهواء:
1. تركيز الغبار (تحدث السرعة القصوى لانتشار اللهب للمخاليط الأعلى قليلاً من التركيبة المتكافئة، على سبيل المثال، لغبار الخث بتركيز 1.- 1.5 كجم/م3)؛
2. محتوى الرماد (مع زيادة محتوى الرماد، ينخفض تركيز المكون القابل للاشتعال وتنخفض سرعة انتشار اللهب)؛
تصنيف الغبار حسب خطر الانفجار:
أنا الطبقة - الغبار الأكثر انفجارًا (تركيز يصل إلى 15 جم/م3)؛
الدرجة الثانية - متفجرة تصل إلى 15-65 جم / م 3
الدرجة الثالثة - الأكثر خطورة على الحرائق > 65 جم/م 3 T St ≥ 250 درجة مئوية؛
الصف الرابع - خطر الحريق > 65 جم/م 3 T St > 250 درجة مئوية.
خالي من الأكسجين الإحتراق
هناك عدد من المواد التي عندما ترتفع درجة حرارتها عن مستوى معين، تتعرض لتحلل كيميائي، مما يؤدي إلى توهج غازي لا يكاد يمكن تمييزه عن اللهب. يمكن أن يحترق البارود وبعض المواد الاصطناعية بدون هواء أو في بيئة محايدة (النيتروجين النقي).
احتراق السليلوز (وصلة - ج6ح7يا2(ياه)3 - ) يمكن تمثيله كتفاعل الأكسدة والاختزال الداخلي في جزيء يحتوي على ذرات الأكسجين التي يمكن أن تتفاعل مع الكربون والهيدروجين في وحدة السليلوز.
النار المعنية نترات الأمونيوم، يمكن الحفاظ عليها دون إمدادات الأوكسجين. ومن المرجح أن تحدث هذه الحرائق عندما يكون هناك نسبة عالية من نترات الأمونيوم (حوالي 2000 طن) مع وجود مواد عضوية، خاصة الأكياس الورقية أو أكياس التعبئة والتغليف.
مثال على ذلك الحادث الذي وقع عام 1947. السفينة “جراندكامب“استقرت في ميناء مدينة تكساس وعلى متنها شحنة تبلغ حوالي 2800 طن من نترات الأمونيوم. اندلع الحريق في مقصورة شحن تحتوي على نترات الأمونيوم المعبأة في أكياس ورقية. قرر قبطان السفينة عدم إطفاء الحريق بالماء حتى لا يفسد الحمولة، وحاول إطفاء الحريق عن طريق غلق فتحات سطح السفينة والسماح للبخار بالدخول إلى حجرة الشحن. وتساهم مثل هذه الإجراءات في تفاقم الوضع، وتكثيف النيران دون وصول الهواء، حيث يتم تسخين نترات الأمونيوم. بدأ الحريق في الساعة الثامنة صباحًا وفي الساعة التاسعة صباحًا. في 15 دقيقة كان هناك انفجار. ونتيجة لذلك، توفي أكثر من 200 شخص الذين احتشدوا في الميناء وشاهدوا الحريق، بما في ذلك طاقم السفينة وطاقم طائرتين مكونتين من أربعة أفراد حلقت حول السفينة.
وفي الساعة 13:10 من اليوم التالي، وقع انفجار أيضًا في سفينة أخرى تنقل نترات الأمونيوم والكبريت، اشتعلت فيها النيران من السفينة الأولى في اليوم السابق.
ويصف مارشال الحريق الذي اندلع بالقرب من فرانكفورت عام 1961. وأدى التحلل الحراري التلقائي الناجم عن حزام ناقل إلى إشعال 8.. طن من الأسمدة، ثلثها نترات الأمونيوم والباقي- المواد الخاملة المستخدمة كأسمدة. واستمر الحريق 12 ساعة. ونتيجة للحريق، انطلقت كمية كبيرة من الغازات السامة، بما في ذلك النيتروجين.