Pembakaran adalah proses fizikal dan kimia yang disertai dengan pembebasan haba dan pelepasan cahaya. Pembakaran boleh menjadi sebarang tindak balas kimia eksotermik, kedua-dua gabungan bahan dan penguraiannya. Contohnya, letupan asetilena ialah tindak balas penguraiannya.
Proses pembakaran memerlukan syarat tertentu: bahan mudah terbakar yang boleh terbakar secara bebas selepas mengeluarkan sumber pencucuhan, udara (oksigen), dan sumber pencucuhan yang mempunyai suhu tertentu dan rizab haba yang mencukupi. Jika salah satu daripada syarat ini tiada, proses pembakaran tidak akan berlaku.
Bahan mudah terbakar boleh berada dalam sebarang keadaan terkumpul (pepejal, cecair, gas). Sumber pencucuhan boleh menjadi nyalaan, percikan api, badan yang dipanaskan dan haba yang dibebaskan akibat tindak balas kimia, semasa kerja mekanikal, dari arka elektrik antara konduktor, dsb.
Selepas pembakaran berlaku, sumber pencucuhan yang berterusan ialah zon pembakaran, iaitu, kawasan di mana tindak balas berlaku dengan pembebasan haba dan cahaya. Pembakaran boleh dilakukan pada nisbah kuantitatif tertentu bahan mudah terbakar dan pengoksida. Sebagai contoh, semasa pembakaran bahan-bahan yang menyala di udara zon pembakaran, kepekatan oksigen mestilah sekurang-kurangnya 16-18%. Walau bagaimanapun, membara juga boleh berlaku apabila udara mengandungi 3% oksigen.
Pengecualian adalah terutamanya bahan letupan, pembakaran yang berlaku disebabkan oleh agen pengoksida yang termasuk dalam komposisinya. Molekul bahan seperti klorat, nitrat, kromat, oksida, peroksida dan lain-lain mengandungi atom oksigen bebas. Apabila dipanaskan, dan kadangkala apabila bersentuhan dengan air, bahan ini membebaskan oksigen, yang menyokong pembakaran.
Letupan ialah kes khas pembakaran di mana sejumlah besar haba dan cahaya dilepaskan serta-merta. Gas-gas yang terbentuk dalam proses ini, berkembang pesat, mencipta tekanan yang besar pada alam sekitar, di mana gelombang udara sfera muncul, bergerak pada kelajuan tinggi. Dalam keadaan tertentu, campuran gas, wap dan habuk dengan udara boleh menimbulkan risiko letupan. Syarat-syarat untuk letupan berlaku ialah kehadiran kepekatan tertentu gas, habuk atau campuran wap-udara dan nadi (nyalaan, percikan, hentaman) yang mampu memanaskan campuran itu kepada suhu penyalaan automatik.
Pembakaran adalah proses kimia kompleks yang boleh berlaku bukan sahaja apabila bahan teroksida dengan oksigen, tetapi juga apabila ia bergabung dengan banyak bahan lain. Contohnya, fosforus, hidrogen, besi hancur (habuk papan) terbakar dalam klorin, karbida logam alkali menyala dalam suasana klorin dan karbon dioksida, pembakaran tembaga dalam wap sulfur, dsb.
Bahan dengan komposisi kimia yang berbeza terbakar secara berbeza. Sebagai contoh, cecair mudah terbakar menjana haba 3-10 kali lebih cepat daripada kayu, dan oleh itu mempunyai bahaya kebakaran yang tinggi. Tanpa mengira keadaan awal pengagregatan, kebanyakan bahan mudah terbakar, apabila dipanaskan, masuk ke dalam fasa gas dan, bercampur dengan oksigen atmosfera, membentuk medium mudah terbakar. Ini! proses itu dipanggil pirolisis. Apabila bahan terbakar, karbon dioksida, karbon monoksida dan asap dibebaskan. Asap adalah campuran zarah pepejal kecil bahan - hasil pembakaran (arang batu, abu). Karbon dioksida, atau karbon dioksida, ialah gas lengai. Dengan kepekatan yang ketara di dalam bilik (8-10% mengikut volum), seseorang kehilangan kesedaran dan mungkin mati akibat lemas. Karbon monoksida ialah gas tidak berwarna dan tidak berbau dengan sifat beracun yang kuat. Apabila pecahan isipadu karbon monoksida dalam udara dalaman adalah 1% atau lebih tinggi, kematian berlaku hampir serta-merta.
Sifat berbahaya kebakaran bahan mudah terbakar ditentukan oleh beberapa penunjuk ciri.
Denyar ialah pembakaran pantas campuran wap bahan dengan udara apabila nyalaan terbuka dibawa kepadanya. Suhu terendah bahan mudah terbakar di mana wap atau gas terbentuk di atas permukaannya yang boleh menyala di udara dari sumber pencucuhan luaran dipanggil takat kilat. Takat kilat, ditentukan di bawah keadaan ujian khas, adalah penunjuk yang kira-kira menentukan rejim haba di mana bahan mudah terbakar menjadi berbahaya.
Pencucuhan ialah pembakaran yang berlaku di bawah pengaruh sumber pencucuhan dan disertai dengan rupa nyalaan. Suhu bahan mudah terbakar di mana pembakaran stabil berlaku selepas pencucuhan dipanggil suhu pencucuhan.
Pencucuhan spontan ialah pencucuhan bahan tanpa membekalkan sumber pencucuhan kepadanya, disertai dengan rupa nyalaan. Suhu terendah di mana proses ini bermula, iaitu, apabila pengoksidaan perlahan bertukar menjadi pembakaran, dipanggil suhu pencucuhan automatik. Suhu ini jauh lebih tinggi daripada suhu penyalaan bahan.
Keupayaan beberapa bahan, dipanggil piroforik (produk tumbuhan, arang batu, jelaga, kain berminyak, pelbagai bekalan kapal, dll.), untuk menyala secara spontan semasa proses terma, kimia atau mikrobiologi diambil kira semasa membangunkan langkah pencegahan kebakaran.
Sifat fizikal dan kimia semua bahan berbahaya yang boleh menyala secara spontan apabila bercampur antara satu sama lain, apabila bahan itu bersentuhan dengan bahan aktif lain, dan maklumat lain ditetapkan dalam Peraturan Pengangkutan Maritim Barang Berbahaya (RID), yang digunakan dalam amalan maritim. Semasa mengangkut barang berbahaya, semua anak kapal diarahkan untuk mengambil langkah berjaga-jaga semasa mengendalikan: bahan khusus yang diangkut.
Keamatan pembakaran juga bergantung kepada keadaan fizikal bahan. Bahan yang dihancurkan dan tersebar terbakar lebih kuat daripada yang besar atau padat.
Debu industri menimbulkan bahaya kebakaran yang ketara. Ia mempunyai luas permukaan yang besar dan kapasiti elektrik, oleh itu ia mempunyai sifat memperoleh cas elektrik statik akibat pergerakan, geseran dan kesan zarah habuk terhadap satu sama lain, serta terhadap zarah udara. Oleh itu, semasa mengendalikan kargo pukal, langkah pencegahan kebakaran mesti diambil mengikut arahan.
Mengikut tahap kemudahbakaran, semua bahan dan bahan dibahagikan kepada empat kategori: tidak mudah terbakar, sukar dinyalakan, sukar dinyalakan (pemadam sendiri) dan mudah terbakar.
Cecair mudah terbakar secara konvensional dibahagikan kepada tiga kategori bergantung pada takat kilat, ditentukan di bawah syarat ujian makmal khas: I - mempunyai takat kilat wap di bawah + 23 ° C; II - mempunyai suhu kilat wap dalam julat dari +23 hingga +60°C; III - mempunyai takat kilat wap melebihi +60°C.
Kargo cecair mudah terbakar dibahagikan kepada cecair mudah terbakar (FLL) dan cecair mudah terbakar (FL).
Cecair yang sangat mudah terbakar, seterusnya, dibahagikan kepada tiga kategori bergantung pada takat kilat dan bahaya kebakaran: terutamanya berbahaya, sentiasa berbahaya, berbahaya pada suhu udara tinggi.
Para saintis dan jurutera dalam dan luar negara terlibat dalam proses pembakaran. Pengasas model pembakaran haba moden ialah V.A. Mikhelson. Pengarang teori tindak balas rantai bercabang, yang merupakan asas bagi prinsip mekanisme pembakaran, adalah N.N. Semenov. Kinetik (kelajuan) tindak balas pembakaran kimia telah dikaji - V.N. Kondratyev, N.M. Emanuel, Zeldovich, Frank-Kamenetsky, Predvoditelev, Belyaev, Andreev, Leypunsky.
Mari kita pertimbangkan konsep, istilah dan definisi dalam teori pembakaran dan letupan, syarat untuk berlakunya dan perkembangan proses pembakaran, asas mekanisme terma dan rantai penyalaan dan pembakaran.
Pembakaran difahamkan sebagai proses redoks fizikokimia yang cepat dengan pembebasan haba, mampu merambat sendiri dan sering disertai dengan cahaya dan pembentukan nyalaan.
Contoh klasik pembakaran ialah tindak balas pengoksidaan bahan organik atau karbon dengan oksigen atmosfera: pembakaran arang batu, minyak, kayu api, dll.
Proses pembakaran adalah kompleks dan terdiri daripada banyak proses individu yang saling berkaitan, kedua-dua fizikal dan kimia.
Fizik pembakaran datang kepada proses pemindahan haba dan jisim dan pemindahan dalam zon tindak balas.
Kimia pembakaran terdiri daripada berlakunya tindak balas yang terdiri daripada beberapa tindakan asas dan dikaitkan dengan peralihan elektron dari satu atom dalam bahan ke bahan lain - daripada agen penurunan kepada agen pengoksidaan. Redoks tindak balas pembakaran mungkin ada :
antara molekul dan intramolekul– antara molekul
– tindak balas berlaku dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan atom dalam molekul yang berbeza; intramolekul
Tindak balas pembakaran berlaku dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan atom dalam molekul yang sama (biasanya ini adalah tindak balas penguraian haba bahan). Pembakaran
- proses yang agak cepat, oleh itu tidak semua tindak balas dikelaskan sebagai pembakaran. Tindak balas perlahan (pengoksidaan suhu rendah, biokimia) dan terlalu cepat (transformasi letupan) tidak termasuk dalam konsep pembakaran.
Pembakaran disertai dengan pembebasan haba, jadi tindak balas eksotermik membawa kepada pembakaran. Pembakaran adalah proses mampan sendiri kerana tenaga, oleh itu pembakaran disebabkan oleh tindak balas eksotermik yang jumlah habanya mencukupi untuk merambat sendiri. Dalam amalan, tindak balas pembakaran digunakan yang habanya mencukupi untuk mendapatkan kesan yang berfaedah. Tindak balas yang melibatkan penggunaan haba dari luar bukanlah pembakaran.
Konsep pembakaran merangkumi pelbagai jenis tindak balas kimia antara unsur dan sebatiannya dan tindak balas penguraian sebatian.
Pembakaran berlaku bukan sahaja disebabkan oleh pembentukan oksida, tetapi juga fluorida, klorida, dan nitrida; sebagai tambahan - borida, karbida, silisid sebilangan logam. Pembebasan haba dan pembakaran boleh berlaku semasa pembentukan sulfida dan fosfida unsur-unsur tertentu.
tenaga, dilepaskan semasa pembakaran akibat tindak balas kimia, dibelanjakan untuk mengekalkan proses pembakaran , dan sebahagian daripadanya meresap ke dalam ruang sekeliling . Pegun (stabil) pembakaran berlaku apabila kesamaan input haba dan penggunaan haba untuk menyediakan bahagian seterusnya bahan untuk pembakaran.
DALAM proses pembakaran diperlukan 2 peringkat :
– penciptaan hubungan molekul antara reagen dan
– interaksi molekul dengan pembentukan produk tindak balas. Kadar transformasi produk awal kepada produk akhir bergantung pada kadar pencampuran reagen dan pada kelajuan tindak balas kimia.
DALAM kes mengehadkan ciri-ciri pembakaran boleh ditentukan hanya dengan kadar interaksi kimia - pemalar kinetik dan faktor ( mod pembakaran kinetik ), atau hanya kadar percampuran - resapan ( mod pembakaran resapan ).
Bahan yang terlibat dalam pembakaran boleh berada dalam keadaan gas, cecair atau pepejal, bercampur antara satu sama lain atau tidak bercampur.
Jika tiada antara muka antara bahan tindak balas dalam sistem, maka sistem sedemikian dipanggil homogen , jika terdapat antara muka – heterogen.
Pembakaran selalunya disertai dengan cahaya hasil pembakaran dan pembentukan nyalaan. Nyalaan ialah medium gas, termasuk produk terpekat yang tersebar, di mana perubahan fizikal dan kimia reagen berlaku.
Untuk sistem gas, keseluruhan proses pembakaran berlaku dalam nyalaan. Semasa pembakaran sistem pekat, sebahagian daripada perubahan fizikal dan kimia (pemanasan, lebur, penyejatan, penguraian awal dan interaksi reagen boleh berlaku di luar nyalaan. Pembakaran tanpa nyala diketahui, apabila proses berlaku hanya dalam sistem pekat dengan hampir tiada pembentukan dan penyebaran gas (pembakaran campuran logam dengan bukan logam).
Nyalaan dicirikan oleh sinaran yang boleh dilihat, tetapi nyalaan telus juga diketahui. Bahagian suhu tertinggi nyalaan dipanggil zon tindak balas utama, bahagian depan nyalaan.
Selepas permulaan proses pembakaran, ia merebak ke seluruh isipadu. Tidak seperti letupan, proses pembakaran merambat pada kelajuan tidak melebihi kelajuan bunyi.
Jika reagen tidak dicampur sebelum permulaan pembakaran, maka pembakaran dan nyalaan dipanggil penyebaran , kerana pencampuran bahan api dengan pengoksida dicapai melalui resapan. Contoh mudah ialah nyalaan lilin, di sini agen pengoksida (oksigen) dan bahan mudah terbakar adalah bahan organik sumbu (linen, kapas).
Jika bahan tindak balas adalah pra-campuran (campuran homogen), proses pembakaran dipanggil pembakaran homogen . Pembakaran heterogen berlaku pada antara muka. Satu daripada bahan tindak balas berada dalam fasa terkondensasi, satu lagi (oksigen) dan satu lagi dalam fasa gas. Contoh pembakaran heterogen ialah pembakaran arang batu dan logam tidak meruap.
Dalam teknologi pembakaran, keadaan pencampuran awal lengkap reagen tidak selalu dipenuhi dan mod pembakaran sementara adalah mungkin.
Bergantung kepada sifat aliran gas yang membentuk nyalaan, nyalaan laminar dan turbulen dibezakan. Dalam nyalaan lamina, alirannya adalah lamina, berlapis. Proses pemindahan dan pemindahan jisim dijalankan disebabkan oleh resapan molekul dan perolakan.
Tindak balas pembakaran berlaku dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan atom dalam molekul yang sama (biasanya ini adalah tindak balas penguraian haba bahan).- proses kimia menggabungkan bahan dengan oksigen, disertai dengan pembebasan haba dan cahaya. Untuk pembakaran berlaku, sentuhan bahan mudah terbakar dengan agen pengoksida (oksigen, fluorin, klorin, ozon) dan dengan sumber pencucuhan adalah perlu, yang boleh memindahkan impuls tenaga yang diperlukan ke sistem mudah terbakar. Bahan terbakar paling cepat dalam oksigen tulen. Apabila kepekatannya berkurangan, pembakaran menjadi perlahan. Kebanyakan bahan berhenti terbakar apabila kepekatan oksigen di udara berkurangan kepada 12...14%, dan lecuran berhenti pada 7...8% (hidrogen, karbon disulfida, etilena oksida dan beberapa bahan lain boleh terbakar di udara pada 5% oksigen).
Suhu di mana bahan menyala dan mula terbakar dipanggil suhu penyalaan. Suhu ini tidak sama untuk bahan yang berbeza dan bergantung kepada sifat bahan, tekanan atmosfera, kepekatan oksigen dan faktor lain.
Nyalaan diri - proses pembakaran yang disebabkan oleh sumber haba luaran dan pemanasan bahan tanpa sentuhan dengan nyalaan terbuka.
Suhu penyalaan sendiri - suhu terendah bahan mudah terbakar di mana peningkatan mendadak dalam kadar tindak balas eksotermik berlaku, berakhir dengan pembentukan nyalaan. Suhu penyalaan automatik bergantung pada tekanan, komposisi bahan meruap, dan tahap pengisaran pepejal.
Jenis proses pembakaran berikut dibezakan: kilat, pembakaran, pencucuhan, pembakaran spontan.
kilat- pembakaran cepat campuran mudah terbakar, tidak disertai dengan pembentukan gas termampat.
Titik kilat- suhu terendah bahan mudah terbakar di mana wap atau gas terbentuk di atas permukaannya yang boleh menyala dari sumber pencucuhan, tetapi kadar pembentukannya masih tidak mencukupi untuk pembakaran berikutnya.
kebakaran- berlakunya pembakaran di bawah pengaruh sumber pencucuhan.
Pencucuhan- api disertai dengan rupa nyalaan.
Titik kilat- suhu terendah bahan di mana, di bawah keadaan ujian khas, bahan itu mengeluarkan wap dan gas mudah terbakar pada kadar yang, selepas penyalaan mereka, pembakaran menyala yang stabil berlaku. Suhu pencucuhan sentiasa lebih tinggi sedikit daripada takat kilat.
Pembakaran spontan - proses pemanasan sendiri dan pembakaran seterusnya bahan tertentu tanpa pendedahan kepada sumber pencucuhan terbuka.
Pembakaran spontan kimia adalah hasil interaksi bahan dengan oksigen dalam udara, air, atau antara bahan itu sendiri. Minyak sayuran, lemak haiwan dan kain buruk, kain buruk, dan bulu kapas yang direndam di dalamnya terdedah kepada pembakaran spontan. Pemanasan bahan ini berlaku kerana tindak balas pengoksidaan dan pempolimeran, yang boleh bermula pada suhu biasa (10...30 °C). Asetilena, hidrogen, metana bercampur dengan klorin secara spontan menyala pada waktu siang; oksigen termampat menyebabkan pembakaran spontan minyak mineral; asid nitrik - serutan kayu, jerami, kapas.
KEPADA pembakaran spontan mikrobiologi Banyak produk tanaman terdedah kepada ini - bijirin mentah, jerami, dan lain-lain, di mana, pada kelembapan dan suhu tertentu, aktiviti penting mikroorganisma meningkat dan sarang labah-labah (kulat) terbentuk. Ini menyebabkan peningkatan suhu bahan kepada nilai kritikal, selepas itu pecutan sendiri tindak balas eksotermik berlaku.
Pembakaran spontan terma berlaku semasa pemanasan luaran awal bahan kepada suhu tertentu. Minyak sayuran separuh kering (bunga matahari, biji kapas, dll.), varnis turpentin dan cat boleh menyala secara spontan pada suhu 80...100 °C, habuk papan, linoleum - pada 100 °C. Lebih rendah suhu pembakaran spontan, lebih mudah terbakar bahan itu.
Kebakaran ialah pembakaran tidak terkawal yang berkembang dalam masa dan ruang, berbahaya kepada manusia dan menyebabkan kerosakan material.
Faktor kebakaran yang berbahaya kepada manusia termasuk nyalaan terbuka, percikan api, suhu tinggi, hasil pembakaran toksik, asap, kandungan oksigen yang berkurangan dan keruntuhan bangunan atau pemasangan.
Pembakaran ialah tindak balas fizikal dan kimia yang berlaku dengan pantas, disertai dengan pembebasan haba dan asap, rupa nyalaan atau membara. Dalam keadaan biasa, pembakaran ialah proses pengoksidaan atau gabungan bahan mudah terbakar dengan oksigen di udara. Walau bagaimanapun, sesetengah bahan (contohnya, asetilena termampat, nitrogen klorida, ozon) boleh meletup tanpa oksigen, menghasilkan haba dan nyalaan. Akibatnya, pembakaran boleh terhasil daripada tindak balas bukan sahaja gabungan, tetapi juga penguraian. Ia juga diketahui bahawa hidrogen dan banyak logam boleh terbakar dalam suasana klorin, kuprum dalam wap sulfur, magnesium dalam karbon dioksida, dll.
Pembakaran paling berbahaya berlaku apabila bahan mudah terbakar dioksidakan oleh oksigen atmosfera. Dalam kes ini, adalah perlu untuk mempunyai sumber pencucuhan yang mampu menyediakan sistem mudah terbakar dengan jumlah tenaga yang diperlukan. Sumber pencucuhan yang paling biasa ialah: percikan api yang muncul semasa kerosakan peralatan elektrik, kesan badan logam, kimpalan, penempaan; haba yang terhasil daripada geseran; peranti pemanasan teknologi; peranti menembak; haba mampatan adiabatik; nyahcas percikan elektrik statik; terlalu panas kenalan elektrik; tindak balas kimia yang berlaku dengan pembebasan haba.
Suhu pemanasan sumber ini berbeza. Oleh itu, percikan api yang timbul daripada kesan badan logam boleh mempunyai suhu sehingga 1900 ° C, nyalaan mancis adalah kira-kira. 800°C, dram pemacu penghantar tali pinggang apabila tergelincir adalah sehingga 600°C, dan dalam haba nyahcas elektrik suhu mencapai 10,000°C, dan tindak balas kimia selesai hampir serta-merta.
Pembakaran boleh lengkap atau tidak lengkap. Dengan pembakaran lengkap berlaku lebihan oksigen, hasil tindak balas adalah karbon dioksida, air, nitrogen, dan sulfur dioksida. Pembakaran tidak lengkap berlaku apabila terdapat kekurangan oksigen dalam kes ini hasil pembakaran adalah bahan toksik dan mudah terbakar - karbon monoksida, alkohol, keton, aldehid, dll. Untuk pembakaran lengkap bahan mudah terbakar, sejumlah udara diperlukan : 1 kg kayu - 4.18, gambut - 5.8, propana - 23.8 m3.
Proses pembakaran boleh dibayangkan seperti berikut. Apabila impuls haba diperkenalkan, medium mudah terbakar sejuk menjadi panas, pengoksidaan sengit medium mudah terbakar dengan oksigen berlaku dan haba tambahan dibebaskan. Ini, seterusnya, membawa kepada pemanasan lapisan bersebelahan bahan mudah terbakar, di mana tindak balas kimia yang sengit juga berlaku. Dengan pembakaran lapisan demi lapisan bahan mudah terbakar sedemikian, zon pembakaran bergerak; kelajuan pergerakan ini menentukan keamatan proses pembakaran dan merupakan ciri yang paling penting. Proses pemanasan lapisan demi lapisan, pengoksidaan dan pembakaran berterusan sehingga keseluruhan isipadu bahan mudah terbakar habis.
Zon sempit di mana bahan dipanaskan dan tindak balas kimia berlaku dipanggil hadapan nyalaan.
Sistem mudah terbakar boleh menjadi homogen secara kimia atau heterogen. Sistem homogen secara kimia ialah campuran gas mudah terbakar, wap atau habuk dengan udara, di mana bahan mudah terbakar dan udara bercampur sama rata. Pembakaran sistem sedemikian dipanggil homogen. Dalam sistem heterogen kimia, bahan mudah terbakar dan udara tidak bercampur dan mempunyai antara muka. Ini adalah paling kerap bahan mudah terbakar pepejal dan pembakarannya dipanggil heterogen.
Jumlah masa pembakaran bagi campuran mudah terbakar tg terdiri daripada masa yang diperlukan untuk sentuhan antara bahan mudah terbakar dan oksigen τ k, dan masa di mana tindak balas pengoksidaan kimia itu sendiri berlaku τ x
Bergantung kepada nisbah kedua-dua istilah ini, pembakaran dibezakan antara resapan dan kinetik. Apabila membakar bahan pepejal mudah terbakar, masa yang diperlukan untuk penembusan (penyebaran) oksigen ke permukaan bahan adalah lebih lama daripada masa tindak balas kimia, oleh itu kadar pembakaran keseluruhan ditentukan sepenuhnya oleh kadar resapan oksigen ke bahan mudah terbakar. Pembakaran bahan tersebut paling kerap berlaku dalam kebakaran dan dipanggil penyebaran. Pembakaran, yang kadarnya ditentukan oleh kadar tindak balas kimia, dipanggil kinetik. Pembakaran jenis ini adalah tipikal untuk sistem mudah terbakar homogen.
Terdapat suhu pembakaran kalorimetrik, teori dan sebenar.
Suhu pembakaran kalorimetrik ialah suhu di mana produk pembakaran lengkap dipanaskan, jika semua haba yang dibebaskan dibelanjakan untuk memanaskannya, jumlah udara adalah sama dengan yang diperlukan secara teori, pembakaran lengkap bahan berlaku dan suhu awal adalah 0 ° C. Kehilangan haba diandaikan sifar. Jika suhu awal bahan mudah terbakar dan udara ialah 0°C, maka suhu pembakaran kalorimetrik
di mana Qn ialah haba bawah pembakaran bahan mudah terbakar, kcal/kg; V - isipadu produk pembakaran, m3/kg; с - kapasiti haba isipadu purata produk pembakaran, kcal/m3 deg.
Akibatnya, suhu pembakaran kalorimetrik hanya bergantung pada sifat bahan mudah terbakar dan tidak bergantung pada kuantitinya. Suhu pembakaran teori mengambil kira kehilangan haba semasa pembakaran akibat penceraian. Suhu pembakaran kalorimetrik adalah yang tertinggi untuk bahan mudah terbakar dan digunakan untuk penilaian kualitatif. Pada hakikatnya, semasa pembakaran sentiasa terdapat kehilangan haba akibat sinaran, pemanasan udara berlebihan dan persekitaran.
Suhu pembakaran sebenar ialah suhu api. Terdapat perbezaan antara suhu kebakaran dalaman dan luaran. Suhu api luaran ialah suhu nyalaan, dan suhu api dalaman ialah suhu asap di dalam bilik. Suhu sebenar berkembang semasa kebakaran disebabkan kehilangan haba kepada persekitaran, pemanasan produk dan struktur pembakaran
sentiasa kurang daripada teori sebanyak 30...50%. Sebagai contoh, suhu pembakaran teori petrol ialah 1730°C, dan suhu pembakaran sebenar ialah 1400°C.
Campuran wap dan gas mudah terbakar dengan pengoksida mampu terbakar hanya jika ia mengandungi sejumlah bahan api.
Kepekatan terendah gas mudah terbakar di mana pembakaran sudah boleh dilakukan dipanggil had kepekatan mudah terbakar yang lebih rendah (LCFL). Kepekatan tertinggi di mana pembakaran masih boleh dilakukan dipanggil had kepekatan mudah terbakar atas (UCL). Kawasan kepekatan yang terletak di dalam sempadan ini dipanggil kawasan pencucuhan. Pencucuhan ialah pencucuhan (permulaan pembakaran) yang disertai dengan rupa nyalaan. Ini adalah pembakaran yang stabil dan tahan lama yang tidak berhenti walaupun selepas sumber pencucuhan dialihkan. Nilai had kebolehbakaran bawah dan atas bergantung pada sifat campuran gas, wap dan udara debu, dan kandungan komponen lengai dalam campuran mudah terbakar. Menambah gas lengai pada campuran mudah terbakar menyempitkan kawasan penyalaan dan akhirnya menjadikannya tidak mudah terbakar. Sesetengah kekotoran yang melambatkan tindak balas pembakaran dengan ketara mengecilkan had mudah terbakar. Yang paling aktif daripada mereka ialah hidrokarbon terhalogen. Kedua-dua sifat yang dinyatakan digunakan untuk menghentikan pembakaran. Menurunkan tekanan campuran di bawah atmosfera juga menyempitkan kawasan pencucuhan, dan pada tekanan tertentu campuran menjadi tidak mudah terbakar. Peningkatan tekanan campuran mudah terbakar mengembangkan kawasan pencucuhan, tetapi, sebagai peraturan, tidak ketara. Peningkatan suhu campuran mudah terbakar mengembangkan kawasan pencucuhan. Had kepekatan pencucuhan juga dipengaruhi oleh kuasa sumber pencucuhan.
Terdapat bukan sahaja had kepekatan, tetapi juga had suhu pencucuhan.
Had suhu untuk penyalaan wap dalam udara ialah suhu bahan mudah terbakar di mana wap tepunya membentuk kepekatan yang sepadan dengan had kepekatan bawah atau atas penyalaan. Suhu penyalaan ialah suhu paling rendah di mana bahan menyala atau mula membara dan terus terbakar atau membara selepas punca penyalaan dialihkan. Suhu penyalaan mencirikan keupayaan bahan untuk terbakar secara bebas. Jika bahan tidak mempunyai suhu mudah terbakar, maka ia dikelaskan sebagai mudah terbakar rendah atau tidak mudah terbakar.
Pecutan tindak balas pengoksidaan di bawah pengaruh suhu membawa kepada pembakaran spontan. Tidak seperti proses pembakaran, di mana hanya sebahagian terhad daripada isipadu, permukaan, menyala, penyalaan sendiri berlaku di seluruh isipadu bahan. Suhu auto-pencucuhan ialah suhu paling rendah di mana bahan mesti dipanaskan supaya bahan itu menyala akibat daripada pengoksidaan auto selanjutnya. Pencucuhan sendiri hanya mungkin jika jumlah haba yang dibebaskan semasa proses pengoksidaan melebihi pemindahan haba ke persekitaran.
Suhu auto-pencucuhan tidak tetap untuk bahan, kerana ia sebahagian besarnya bergantung pada keadaan di mana ia ditentukan. Untuk mendapatkan data perbandingan, peralatan ujian dan kaedah untuk menentukan suhu pencucuhan automatik gas dan wap telah diseragamkan (GOST 13920-68). Suhu minimum yang ditentukan oleh kaedah standard di mana campuran gas dan wap dengan udara mesti dipanaskan secara seragam supaya ia menyala tanpa memasukkan sumber pencucuhan luaran ke dalamnya dipanggil suhu pencucuhan automatik standard.
Jenis penyalaan sendiri ialah pembakaran spontan, iaitu pembakaran akibat pemanasan sendiri tanpa pengaruh sumber penyalaan. Perbezaan antara pembakaran spontan dan pembakaran spontan ialah magnitud suhu. Pembakaran spontan berlaku pada suhu ambien, dan untuk pembakaran spontan adalah perlu untuk memanaskan bahan dari luar.
Dokumen asal?
ASAS FIZIKAL DAN KIMIA PROSES PEMBAKARAN
Proses kimia semasa pembakaran. Sifat bahan mudah terbakar. Kuliah 3
Bahaya kebakaran dan letupan bahan dan bahan- ini adalah satu set sifat yang mencirikan keupayaan mereka untuk memulakan dan menyebarkan pembakaran.
Akibat pembakaran, bergantung pada kelajuan dan keadaan kejadian, boleh menjadi kebakaran atau letupan.
Bahaya kebakaran dan letupanbahan dan bahan dicirikan oleh penunjuk, pilihannya bergantung pada keadaan agregat bahan (bahan) dan syarat penggunaannya.
Apabila menentukan bahaya kebakaran dan letupan Bahan dan bahan dibezakan ke dalam keadaan pengagregatan berikut:
gas - bahan yang tekanan wap tepunya dalam keadaan normal (25°C dan 101325 Pa) melebihi 101325 Pa;
cecair - bahan yang tekanan wap tepunya dalam keadaan normal (25°C dan 101325 Pa) kurang daripada 101325 Pa. Cecair juga termasuk bahan lebur pepejal yang takat lebur atau jatuhnya adalah di bawah 50°C;
pepejal dan bahan- bahan individu dan komposisi campurannya dengan takat lebur dan takat titis melebihi 50°C, serta bahan yang tidak mempunyai takat lebur (contohnya, kayu, kain, gambut;
habuk - tersebar bahan dan bahan dengan saiz zarah kurang daripada 850 mikron.
Pembakaran sebagai tindak balas kimia pengoksidaan bahan yang melibatkan oksigen
Tindak balas pembakaran berlaku dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan atom dalam molekul yang sama (biasanya ini adalah tindak balas penguraian haba bahan). - salah satu proses fizikal dan kimia kompleks pertama yang ditemui manusia pada awal perkembangannya. Satu proses, setelah menguasainya, dia memperoleh keunggulan yang sangat besar terhadap makhluk hidup dan kuasa alam di sekelilingnya.
Tindak balas pembakaran berlaku dengan perubahan dalam keadaan pengoksidaan atom dalam molekul yang sama (biasanya ini adalah tindak balas penguraian haba bahan). - salah satu bentuk mendapatkan dan menukar tenaga, asas kepada banyak proses pengeluaran teknologi. Oleh itu, seseorang sentiasa mengkaji dan belajar tentang proses pembakaran.
Sejarah sains pembakaran bermula dengan penemuan M.V. Lomonosov: "Pembakaran adalah gabungan bahan dengan udara." Penemuan ini menjadi asas kepada penemuan undang-undang pemuliharaan jisim bahan semasa transformasi fizikal dan kimianya. Lavoisier menjelaskan definisi proses pembakaran: "Pembakaran ialah gabungan bahan bukan dengan udara, tetapi dengan oksigen di udara."
Selepas itu, saintis Soviet dan Rusia A.V. memberikan sumbangan besar kepada kajian dan pembangunan sains pembakaran. Mikhelson, N.N. Semenov, Ya.V. Zeldovia, Yu.B. Khariton, I.V. Blinov dan lain-lain.
Proses pembakaran adalah berdasarkan tindak balas redoks eksotermik, yang mematuhi undang-undang kinetik kimia, termodinamik kimia dan undang-undang asas lain (undang-undang pemuliharaan jisim, tenaga, dll.).
terbakar ialah proses fiziko-kimia yang kompleks di mana bahan dan bahan mudah terbakar, di bawah pengaruh suhu tinggi, memasuki interaksi kimia dengan agen pengoksida (oksigen udara), bertukar menjadi produk pembakaran, dan yang disertai dengan pelepasan haba dan cahaya yang sengit. bercahaya.
Proses pembakaran adalah berdasarkan tindak balas pengoksidaan kimia, i.e. sebatian bahan mudah terbakar awal dengan oksigen. Dalam persamaan tindak balas pembakaran kimia, nitrogen, yang terkandung di udara, juga diambil kira, walaupun ia tidak mengambil bahagian dalam tindak balas pembakaran. Komposisi udara secara konvensional diandaikan sebagai malar, mengandungi 21% mengikut isipadu oksigen dan 79% nitrogen (mengikut berat, masing-masing, 23% dan 77% nitrogen), i.e. Bagi setiap 1 isipadu oksigen terdapat 3.76 isipadu nitrogen. Atau untuk 1 mol oksigen terdapat 3.76 mol nitrogen. Kemudian, sebagai contoh, tindak balas pembakaran metana dalam udara boleh ditulis seperti berikut:
CH 4 + 2О 2 + 2´ 3.76 N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 2 ´ 3.76 N 2
Nitrogen mesti diambil kira dalam persamaan tindak balas kimia kerana ia menyerap sebahagian daripada haba yang dibebaskan hasil daripada tindak balas pembakaran dan merupakan sebahagian daripada hasil pembakaran.- gas serombong.
Mari kita pertimbangkan proses pengoksidaan.
Pengoksidaan hidrogen dilakukan dengan tindak balas:
N 2 + 0.5O 2 = H 2 O.
Data eksperimen tentang tindak balas antara hidrogen dan oksigen adalah banyak dan pelbagai. Dalam mana-mana nyalaan sebenar (suhu tinggi) dalam campuran hidrogen dan oksigen, pembentukan radikal * OH atau atom hidrogen H dan oksigen O adalah mungkin, yang memulakan pengoksidaan hidrogen kepada wap air.
Pembakaran karbon . Karbon yang dihasilkan dalam api boleh menjadi gas, cecair atau pepejal. Pengoksidaannya, tanpa mengira keadaan pengagregatannya, berlaku kerana interaksi dengan oksigen. Pembakaran boleh lengkap atau tidak lengkap, yang ditentukan oleh kandungan oksigen:
C + O 2 = CO 2(penuh) 2C + O 2 = 2CO (tidak lengkap)
Mekanisme homogen belum dikaji (karbon dalam keadaan gas). Interaksi karbon dalam keadaan pepejal adalah yang paling banyak dikaji. Proses ini boleh digambarkan secara skematik dalam peringkat berikut:
1. penghantaran agen pengoksidaan (O 2 ) ke antara muka fasa melalui resapan molekul dan perolakan;
2. penjerapan fizikal molekul pengoksidaan;
3. interaksi agen pengoksida terjerap dengan atom karbon permukaan dan pembentukan produk tindak balas;
4. nyahsorpsi hasil tindak balas ke dalam fasa gas.
Pembakaran karbon monoksida . Jumlah tindak balas pembakaran karbon monoksida akan ditulis CO + 0.5O 2 = CO 2, walaupun pengoksidaan karbon monoksida mempunyai mekanisme yang lebih kompleks Prinsip utama pembakaran karbon monoksida boleh dijelaskan berdasarkan mekanisme pembakaran hidrogen, termasuk tindak balas interaksi karbon monoksida dengan hidroksida yang terbentuk dalam sistem dan oksigen atom, i.e. Ini adalah proses pelbagai peringkat:
* OH + CO = CO 2 + H;O + CO = CO 2
Tindak balas langsung CO + O 2 -> CO 2 adalah tidak mungkin, kerana campuran kering sebenar CO dan O 2 dicirikan oleh kadar pembakaran yang sangat rendah atau tidak boleh menyala sama sekali.
Pengoksidaan protozoa hidrokarbon V.Metana terbakar untuk membentuk karbon dioksida dan wap air:
CH 4 + O 2 = CO 2 + 2H 2 O.
Tetapi proses ini sebenarnya merangkumi keseluruhan siri tindak balas di mana zarah molekul dengan aktiviti kimia yang tinggi (atom dan radikal bebas) mengambil bahagian: * CH 3, * H, * OH. Walaupun atom dan radikal ini wujud dalam api untuk masa yang singkat, ia memastikan penggunaan bahan api yang cepat. Semasa pembakaran gas asli, kompleks karbon, hidrogen dan oksigen timbul, serta kompleks karbon dan oksigen, yang pemusnahannya menghasilkan CO, CO 2, H 2 O. Mungkin, skema pembakaran metana boleh ditulis sebagai berikut:
CH 4 → C 2 H 4 → C 2 H 2 → produk karbon + O 2 →C x U y O z → CO, CO 2, H 2 O.
Penguraian terma, pirolisis pepejal
Apabila suhu bahan mudah terbakar pepejal meningkat, ikatan kimia dipecahkan dengan pembentukan komponen yang lebih ringkas (pepejal, cecair, gas). Proses ini dipanggil penguraian haba atau pirolisis . Penguraian terma molekul sebatian organik berlaku dalam nyalaan, i.e. pada suhu tinggi berhampiran permukaan pembakaran. Corak penguraian bergantung bukan sahaja pada bahan api, tetapi juga pada suhu pirolisis, kadar perubahannya, saiz sampel, bentuknya, tahap penguraian, dll.
Mari kita pertimbangkan proses pirolisis menggunakan contoh bahan mudah terbakar pepejal yang paling biasa- kayu
Kayu adalah campuran sejumlah besar bahan dengan struktur dan sifat yang berbeza. Komponen utamanya ialah hemiselulosa (25%), selulosa (50%), lignin (25%). Hemiselulosa terdiri daripada campuran pentazan (C 5 H 8 O 4), heksazan (C 6 H 10 O 5), poliuronida. Lignin Ia bersifat aromatik dan mengandungi karbohidrat yang dikaitkan dengan cincin aromatik. Secara purata, kayu mengandungi 50% C, 6% H, 44% O. Ia adalah bahan berliang, isipadu liang di dalamnya mencapai 50- 75%. Komponen kayu yang paling tidak tahan haba ialah hemiselulosa (220- 250°C), komponen paling tahan haba- lignin (penguraian intensifnya diperhatikan pada suhu 350- 450°C). Oleh itu, penguraian kayu terdiri daripada proses berikut:
| № hlm | Suhu, °C | Ciri-ciri proses |
| sehingga 120 - 150 | pengeringan, penyingkiran air terikat secara fizikal |
|
| 150 - 180 | Penguraian komponen paling tidak stabil (asid luminik) dengan pembebasan CO 2, H 2 O |
|
| 250 - 300 | pirolisis kayu dengan pembebasan CO, CH 4, H 2, CO 2, H 2 O, dll.; campuran yang terhasil mampu dinyalakan daripada sumber nyalaan |
| 350 - 450 | Pirolisis intensif dengan pembebasan sebahagian besar bahan mudah terbakar (sehingga 40% daripada jumlah jisim); campuran gas terdiri daripada 25% H2 dan 40% hidrokarbon tepu dan tak tepu; bekalan maksimum komponen yang tidak menentu ke zon nyalaan dipastikan; proses pada peringkat ini adalah eksotermik; jumlah haba yang dibebaskan mencapai 5- 6% daripada nilai kalori yang lebih rendah Q ≈ 15000 kJ/kg |
|
| 500 - 550 | Kadar penguraian haba berkurangan dengan mendadak; pembebasan komponen yang tidak menentu berhenti (penghujung pirolisis); pada 600 °C evolusi produk gas berhenti |
Pirolisis arang batu dan gambut berlaku sama seperti kayu. Walau bagaimanapun, pelepasan bahan meruap diperhatikan pada suhu lain. Arang batu terdiri daripada komponen yang mengandungi karbon yang lebih keras dan tahan haba, dan penguraiannya berlaku kurang sengit dan pada suhu yang lebih tinggi (Rajah 1).
Pembakaran logam
Mengikut sifat pembakaran, logam dibahagikan kepada dua kumpulan: meruap dan tidak meruap. Logam meruap mempunyai T pl.< 1000 K dan T kip.< 1500 K . Ini termasuk logam alkali (lithium, natrium, kalium) dan logam alkali tanah (magnesium, kalsium). Pembakaran logam dilakukan seperti berikut: 4 Li + O 2 = 2 Li2O . Logam tidak meruap mempunyai T pl. > 1000 K dan T kip. > 2500 K.
Mekanisme pembakaran sebahagian besarnya ditentukan oleh sifat-sifat oksida logam. Suhu logam meruap lebih rendah daripada takat lebur oksidanya. Lebih-lebih lagi, yang terakhir adalah pembentukan yang agak berliang. Apabila percikan nyalaan dibawa ke permukaan logam, ia tersejat dan teroksida.
Apabila kepekatan wap mencapai had kepekatan mudah terbakar yang lebih rendah, ia akan menyala. Zon pembakaran resapan ditubuhkan di permukaan, sebahagian besar haba dipindahkan ke logam, dan ia dipanaskan hingga takat didih.
Wap yang terhasil, meresap bebas melalui filem oksida berliang, memasuki zon pembakaran. Mendidih logam menyebabkan pemusnahan berkala filem oksida, yang meningkatkan pembakaran. Hasil pembakaran (oksida logam) meresap bukan sahaja ke permukaan logam, menggalakkan pembentukan kerak oksida logam, tetapi juga ke ruang sekeliling, di mana ia terpeluwap dan membentuk zarah pepejal dalam bentuk asap putih. Pembentukan asap putih pekat adalah tanda visual pembakaran logam yang tidak menentu.
Dalam logam tidak meruap dengan suhu peralihan fasa tinggi, apabila dibakar, filem oksida yang sangat padat terbentuk di permukaan, yang melekat dengan baik pada permukaan logam. Akibatnya, kadar resapan wap logam melalui filem berkurangan secara mendadak dan zarah besar, contohnya, aluminium atau berilium, tidak dapat terbakar. Sebagai peraturan, kebakaran logam tersebut berlaku apabila ia diperkenalkan dalam bentuk cip, serbuk, dan aerosol. Mereka terbakar tanpa menghasilkan asap tebal. Pembentukan filem oksida padat pada permukaan logam membawa kepada letupan zarah. Fenomena ini, terutamanya sering diperhatikan apabila zarah bergerak dalam persekitaran pengoksidaan suhu tinggi, dikaitkan dengan pengumpulan wap logam di bawah filem oksida, diikuti dengan letupan mengejutnya. Ini secara semula jadi membawa kepada intensifikasi pembakaran yang tajam.
Pembakaran habuk
habuk - ini adalah sistem tersebar yang terdiri daripada medium tersebar gas (udara) dan fasa pepejal (tepung, gula, kayu, arang batu, dll.).
Penyebaran nyalaan melalui habuk berlaku disebabkan oleh pemanasan campuran sejuk oleh aliran pancaran dari hadapan nyalaan. Zarah pepejal, menyerap haba daripada aliran sinaran, memanaskan dan mengurai, membebaskan produk mudah terbakar yang membentuk campuran mudah terbakar dengan udara.
Aerosol, yang mempunyai zarah yang sangat kecil, cepat terbakar apabila dinyalakan di kawasan yang terjejas oleh sumber pencucuhan. Walau bagaimanapun, ketebalan zon nyalaan adalah sangat kecil sehingga keamatan sinarannya tidak mencukupi untuk penguraian zarah, dan perambatan pegun nyalaan ke atas zarah tersebut tidak berlaku.
Aerosol yang mengandungi zarah-zarah besar juga tidak berupaya untuk pembakaran pegun. Apabila saiz zarah bertambah, luas permukaan pemindahan haba tentu berkurangan dan masa yang diperlukan untuk memanaskannya sehingga suhu penguraian meningkat.
Jika masa pembentukan campuran wap-udara mudah terbakar di hadapan hadapan nyalaan disebabkan oleh penguraian zarah bahan pepejal lebih lama daripada masa kewujudan hadapan nyalaan, maka pembakaran tidak akan berlaku.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kelajuan perambatan nyalaan melalui campuran habuk-udara:
1. kepekatan habuk (kelajuan penyebaran nyalaan maksimum berlaku untuk campuran lebih tinggi sedikit daripada komposisi stoikiometrik, contohnya, untuk habuk gambut pada kepekatan 1- 1.5 kg/m3);
2. kandungan abu (dengan peningkatan kandungan abu, kepekatan komponen mudah terbakar berkurangan dan kelajuan penyebaran nyalaan berkurangan);
Klasifikasi habuk mengikut bahaya letupan:
saya kelas - habuk yang paling meletup (kepekatan sehingga 15 g/m 3);
kelas II - bahan letupan sehingga 15-65 g/m 3
kelas III - kebakaran paling berbahaya > 65 g/m 3 T St ≤ 250°C;
kelas IV - kebakaran berbahaya > 65 g/m 3 T St > 250°C.
Tanpa oksigen pembakaran
Terdapat beberapa bahan yang, apabila suhunya meningkat melebihi paras tertentu, mengalami penguraian kimia, membawa kepada cahaya gas yang hampir tidak dapat dibezakan daripada nyalaan. Serbuk mesiu dan beberapa bahan sintetik boleh terbakar tanpa udara atau dalam persekitaran neutral (nitrogen tulen).
Pembakaran selulosa (pautan - C 6 H 7 O 2 (OH) 3 - ) boleh diwakili sebagai tindak balas redoks dalaman dalam molekul yang mengandungi atom oksigen yang boleh bertindak balas dengan karbon dan hidrogen unit selulosa.
Kebakaran terlibat ammonium nitrat, boleh dikekalkan tanpa bekalan oksigen. Kebakaran ini mungkin berlaku apabila terdapat kandungan ammonium nitrat yang tinggi (kira-kira 2000 tan) dengan kehadiran bahan organik, khususnya beg kertas atau beg pembungkusan.
Contohnya ialah kemalangan pada tahun 1947. Kapal “Grandcamp“menetap di pelabuhan Texas City dengan kargo kira-kira 2800 tan ammonium nitrat. Kebakaran bermula di ruang kargo yang mengandungi ammonium nitrat yang dibungkus dalam beg kertas. Kapten kapal memutuskan untuk tidak memadamkan api dengan air, supaya tidak merosakkan kargo, dan cuba memadamkan api dengan memukul palka dek dan membiarkan wap masuk ke dalam petak kargo. Langkah-langkah sedemikian menyumbang kepada kemerosotan keadaan, memperhebatkan api tanpa akses ke udara, kerana ammonium nitrat dipanaskan. Kebakaran bermula pada pukul 8 pagi, dan pada pukul 9. Dalam 15 minit satu letupan berlaku. Akibatnya, lebih 200 orang yang memenuhi pelabuhan dan menyaksikan kebakaran itu maut termasuk anak kapal dan anak kapal dua pesawat empat orang yang mengelilingi kapal.
Pada pukul 13:10 keesokan harinya, letupan turut berlaku pada kapal lain yang mengangkut ammonium nitrat dan sulfur, yang terbakar dari kapal pertama sehari sebelumnya.
Marshall menerangkan kebakaran yang berlaku berhampiran Frankfurt pada tahun 1961. Penguraian terma spontan yang disebabkan oleh tali pinggang penghantar menyala 8.. tan baja, satu pertiga daripadanya adalah ammonium nitrat dan selebihnya- bahan lengai yang digunakan sebagai baja. Kebakaran berlarutan selama 12 jam. Akibat kebakaran itu, sejumlah besar gas toksik, termasuk nitrogen, telah dibebaskan.