Spalanie jednorodne i heterogeniczne. Dyfuzja i spalanie kinetyczne. Zobacz, co oznacza „jednorodne spalanie” w innych słownikach

Gazy i pary substancji palnych w gazowym utleniaczu. Do rozpoczęcia spalania potrzebny jest początkowy impuls energetyczny. Rozróżnia się samozapłon i wymuszony zapłon lub zapłon; normalnie propagujące spalanie lub deflagrację (wiodącym procesem jest przenoszenie ciepła na drodze przewodnictwa cieplnego) i detonacja (z zapłonem przez falę uderzeniową). Normalne spalanie dzieli się na laminarne (strumień) i turbulentne (wir). Rozróżnia się spalanie z przepływem wstępnie zmieszanego gazu i spalanie z oddzielnym przepływem gazu palnego i utleniacza, gdy następuje to poprzez zmieszanie (dyfuzję) dwóch strumieni.
Zobacz także:
-
-
-
-

Encyklopedyczny słownik metalurgii. - M.: Inżynieria Intermet. Redaktor Naczelny N.P. Laakishev. 2000 .

Zobacz, co oznacza „jednorodne spalanie” w innych słownikach:

równomierne spalanie- Spalanie gazów i par substancji palnych w postaci gazowej. środek utleniający Na początek musi rozpocząć się spalanie. energiczny puls. Rozróżnij siebie od wymuszonego. zapłon lub zapłon; normalna rozpościerający się spalanie lub deflagracja (wiodący proces przenoszenia... ...

równomierne spalanie- homogeninis degimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Dujų degimas. atitikmenys: pol. jednorodne spalanie rus. równomierne spalanie... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

równomierne spalanie- homogeninis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yra vienodos agregatinės būsenos, vienodai pasiskirsčiusios ir reakcijos vyksta visame jų tūryje. atitikmenys: pol. jednorodne spalanie vok.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

lokalnie jednorodne spalanie- - [A.S. Goldberg. Angielsko-rosyjski słownik energii. 2006] Ogólne tematy energii EN lokalnie jednorodne wypalanieLHF ... Przewodnik tłumacza technicznego

Spalanie- złożona, szybko zachodząca przemiana chemiczna, której towarzyszy wyzwolenie znacznej ilości ciepła i zwykle jasnego blasku (płomienia). W większości przypadków gaz opiera się na egzotermicznych reakcjach utleniania substancji... Wielka encyklopedia radziecka

Złożona, szybka przemiana chemiczna substancji, np. paliwa, której towarzyszy wyzwolenie znacznej ilości ciepła i jasnego blasku (płomienia). W większości przypadków podstawą spalania jest egzotermia... ...

Spalanie (reakcja)- (a. spalanie, spalanie; n. Brennen, Verbrennung; f. spalanie; i. spalanie) szybko zachodząca reakcja utleniania, której towarzyszy uwolnienie znaczenia. ilość ciepła; zwykle towarzyszy jasny blask (płomień). W większości przypadków... ... Encyklopedia geologiczna

SPALANIE- złożona chemia reakcja zachodząca w warunkach postępującego samoprzyspieszania, związana z gromadzeniem się ciepła lub katalizowaniem produktów reakcji w układzie. Dzięki G. można osiągnąć wysokie (nawet do kilku tysięcy K) temperatury, które często występują... ... Encyklopedia fizyczna

Spalanie- egzotermiczna reakcja utleniania substancji palnej, której zazwyczaj towarzyszy efekt widzialny promieniowanie elektromagnetyczne i uwolnienie dymu. G. opiera się na oddziaływaniu substancji palnej ze środkiem utleniającym, najczęściej tlenem atmosferycznym. Wyróżnić... ... Rosyjska encyklopedia ochrony pracy

Spalanie ciekłych i stałych substancji palnych w gazowym utleniaczu. Dla spalanie heterogeniczne substancje płynne wielka wartość zachodzi proces parowania. Heterogeniczne spalanie łatwo parujących substancji palnych... ... Encyklopedyczny słownik metalurgii

Środowisko palne

Utleniacze

Utleniacze to substancje, których atomy przyjmują elektrony podczas przemian chemicznych. Wśród proste substancje obejmują one wszystkie halogeny i tlen.

Najbardziej powszechnym utleniaczem w przyrodzie jest tlen atmosferyczny.

W prawdziwych pożarach spalanie zachodzi głównie w powietrzu, ale w wielu przypadkach procesy technologiczne stosuje się powietrze wzbogacone w tlen, a nawet czysty tlen (na przykład produkcja metalurgiczna, spawanie gazowe, cięcie itp.). Atmosferę wzbogaconą w tlen można spotkać w statkach podwodnych i kosmicznych, w procesach wielkopiecowych itp. Liczba takich systemów palnych wzrosła niebezpieczeństwo pożaru. Należy to wziąć pod uwagę przy opracowywaniu systemów gaśniczych, środków zapobiegania pożarom i podczas badań technicznych pożarów.

Oprócz tlenu atmosferycznego i halogenów substancje złożone mogą również działać jako środki utleniające w reakcjach spalania, na przykład sole kwasów zawierających tlen - azotany, chlorany itp., Stosowane do produkcji prochu, wojskowych i przemysłowych materiałów wybuchowych oraz różnych kompozycje pirotechniczne.

Mieszanka paliwa i utleniacza w tym samym stanie skupienia określonych proporcjach i zdolny do spalania (a spalanie jest możliwe tylko w określonych proporcjach) nazywa się medium palnym.

Wyróżnia się dwa rodzaje mediów palnych: jednorodne i niejednorodne.

Jednorodne medium palne nazywa się wstępnie zmieszaną mieszaniną paliwa i utleniacza i odpowiednio heterogeniczne, łatwopalne środowisko – gdy paliwo i utleniacz nie są zmieszane.

Wpływ dużej liczby czynników na proces spalania determinuje różnorodność rodzajów i sposobów spalania. Zatem w zależności od stan skupienia składniki mieszaniny palnej, spalanie może być jednorodne i niejednorodne, w zależności od warunków mieszania składników - spalanie przygotowanej mieszaniny (kinetyczne) i dyfuzja, w zależności od warunków gazodynamicznych - laminarne i turbulentne itp.

Główne rodzaje spalania są jednorodne i niejednorodne.

Jednorodne spalanie - Jest to proces interakcji pomiędzy paliwem i
utleniacze w tym samym stanie skupienia. Bardzo
Powszechne jest jednorodne spalanie gazów i par w powietrzu.

Spalanie heterogeniczne- jest to spalanie stałych materiałów palnych -
także bezpośrednio na ich powierzchni. Cecha charakterystyczna
spalanie heterogeniczne to brak płomienia. Przykłady tego
to spalanie antracytu, koksu, węgiel drzewny, metale nielotne.
Demon płonące spalanie w niektórych przypadkach tzw zbutwiały.

Jak wynika z definicji, zasadnicza różnica pomiędzy spalaniem jednorodnym a spalaniem heterogenicznym polega na tym, że w pierwszym przypadku paliwo i utleniacz znajdują się w tym samym stanie skupienia, w drugim zaś w różnych stanach.

Należy zauważyć, że spalanie ciał stałych i materiałów nie zawsze jest niejednorodne. Wyjaśnia to mechanizm spalania ciał stałych.

Na przykład spalanie drewna w powietrzu. Aby go zapalić, należy zabrać ze sobą jakieś źródło ciepła, np. płomień zapałki lub zapalniczki i chwilę poczekać. Powstaje pytanie: dlaczego nie zapala się od razu? Wyjaśnia to fakt, że w okres początkowy, źródło zapłonu musi podgrzać drewno do temperatury pewna temperatura, w którym rozpoczyna się proces pirolizy, czyli rozkładu termicznego. Jednocześnie w wyniku rozkładu celulozy i innych składników zaczynają wydzielać się produkty ich rozkładu – gazy palne – węglowodory. Oczywiście im większe ogrzewanie, tym większa szybkość rozkładu i odpowiednio szybkość uwalniania palnych gazów. I tylko wtedy, gdy tempo uwalniania GH jest wystarczające do wytworzenia określonego stężenia w powietrzu, tj. powstanie łatwopalnego środowiska, może dojść do pożaru. Co to ma wspólnego spalaniem nie jest drewno, lecz produkty jego rozkładu – gazy łatwopalne. Z tego powodu spalanie drewna w większości przypadków jest spalaniem jednorodnym, a nie heterogenicznym.

Możesz sprzeciwić się: drewno w końcu zaczyna się tlić, a tlenie, jak wspomniano powyżej, jest spalaniem niejednorodnym. To prawda. Faktem jest, że końcowymi produktami rozkładu drewna są głównie łatwopalne gazy i pozostałości węgla, tzw. koks. Wszyscy widzieliście tę bardzo zawierającą węgiel pozostałość, a nawet kupiliście ją do gotowania kebabów. Węgle te składają się w około 98% z czystego węgla i nie mogą emitować gazów cieplarnianych. Węgle spalają się w trybie spalania heterogenicznego, czyli się tlą.

Zatem drewno spala się najpierw w trybie spalania jednorodnego, następnie w temperaturze około 800°C spalanie płomieniowe przechodzi w tlenie, tj. staje się heterogeniczny. To samo dzieje się z innymi ciałami stałymi.

Jak palą się ciecze w powietrzu? Mechanizm spalania cieczy polega na tym, że najpierw odparowują one i to właśnie pary tworzą z powietrzem palną mieszaninę. Oznacza to, że w tym przypadku zachodzi również spalanie jednorodne. Nie pali się faza ciekła, ale para cieczy

Mechanizm spalania metalu jest taki sam jak cieczy, z tą różnicą, że metal należy najpierw stopić, a następnie podgrzać do wysokiej temperatury, aby szybkość parowania była wystarczająca do wytworzenia ośrodka palnego. Niektóre metale palą się na swojej powierzchni.

W spalaniu jednorodnym wyróżnia się dwa tryby: spalanie kinetyczne i dyfuzyjne.

Spalanie kinetyczne– jest to spalanie wstępnie zmieszanej mieszanki palnej, tj. jednorodna mieszanina. Szybkość spalania zależy wyłącznie od kinetyki reakcji redoks.

Spalanie dyfuzyjne– jest to spalanie mieszaniny niejednorodnej, gdy paliwo i utleniacz nie są wstępnie wymieszane, tj. heterogeniczny. W tym przypadku mieszanie paliwa i utleniacza następuje w czole płomienia w wyniku dyfuzji. Spalanie niezorganizowane charakteryzuje się trybem spalania dyfuzyjnego; większość materiałów palnych w ogniu może palić się tylko w tym trybie. Mieszanki jednorodne mogą oczywiście powstawać również podczas prawdziwego pożaru, jednak ich powstawanie raczej poprzedza pożar lub stanowi początkową fazę rozwoju.

Podstawowa różnica tego rodzaju spalania polega na tym, że w mieszaninie jednorodnej cząsteczki paliwa i utleniacza znajdują się już blisko siebie i są gotowe do wejścia w interakcję chemiczną, natomiast przy spalaniu dyfuzyjnym cząsteczki te muszą najpierw zbliżyć się do siebie na skutek dyfuzji i dopiero potem wejdź w interakcję.

Określa to różnicę w szybkości procesu spalania.

Całkowity czas spalania t g, składa się z czasu trwania fizycznego
procesy narciarskie i chemiczne:

t g = t fa + t x.

Tryb spalania kinetycznego charakteryzuje się czasem trwania wyłącznie procesów chemicznych, tj. t g » t x, ponieważ w tym przypadku nie są wymagane żadne procesy fizycznego przygotowania (mieszania), tj. t f » 0 .

Tryb spalania dyfuzyjnego, wręcz przeciwnie, zależy to głównie od
szybkość przygotowania jednorodnej mieszaniny palnej (w przybliżeniu łączenie cząsteczek), w tym przypadku t f >> t x, a zatem to drugie można pominąć, tj. jego czas trwania zależy głównie od szybkości procesów fizycznych.

Jeśli t f » t x, tj. są współmierne, wówczas spalanie przebiega w następujący sposób
zwany obszarem pośrednim.

Wyobraźmy sobie na przykład dwa palniki gazowe (ryc. 1.1): w jednym z nich znajdują się otwory w dyszy umożliwiającej dostęp powietrza (a), w drugim nie ma ich (b). W pierwszym przypadku powietrze zostanie zassane poprzez wtryśnięcie do dyszy, gdzie zostanie zmieszane z gazem palnym, tworząc w ten sposób jednorodną mieszaninę palną, która spala się na wyjściu dyszy w tryb kinetyczny . W drugim przypadku (b) powietrze miesza się z gazem palnym podczas procesu spalania na skutek dyfuzji, w tym przypadku - spalanie dyfuzyjne .

Ryż. 1.1Przykład spalania kinetycznego (a) i dyfuzyjnego (b).

Inny przykład: w pomieszczeniu nastąpił wyciek gazu. Gaz stopniowo miesza się z powietrzem, tworząc jednorodną, palną mieszaninę. A jeśli po tym pojawi się źródło zapłonu, nastąpi eksplozja. Jest to spalanie w trybie kinetycznym.

To samo dotyczy spalania cieczy, np. benzyny. Jeśli zostanie wlany do otwartego pojemnika i podpalony, nastąpi spalanie dyfuzyjne. Jeżeli umieścisz ten pojemnik w zamkniętym pomieszczeniu i odczekasz jakiś czas, benzyna częściowo odparuje, zmiesza się z powietrzem i w ten sposób utworzy jednorodną, palną mieszaninę. Kiedy wprowadzisz źródło zapłonu, jak wiadomo, nastąpi eksplozja, to jest - spalanie kinetyczne.

W jakim trybie następuje spalanie w rzeczywistych pożarach? Oczywiście głównie w dyfuzji. W niektórych przypadkach pożar może rozpocząć się od spalania kinetycznego, jak w podanych przykładach, ale po wypaleniu się jednorodnej mieszaniny, co następuje bardzo szybko, spalanie będzie kontynuowane w trybie dyfuzyjnym.

Przy spalaniu dyfuzyjnym, w przypadku braku tlenu w powietrzu, np. podczas pożarów w zamkniętych pomieszczeniach, może dojść do niecałkowitego spalania paliwa z powstawaniem produktów niepełnego spalania, takich jak CO – tlenek węgla. Wszystkie produkty niecałkowitego spalania są bardzo toksyczne i stwarzają duże zagrożenie w przypadku pożaru. W większości przypadków to oni są odpowiedzialni za śmierć ludzi.

Zatem główne rodzaje spalania są jednorodne i niejednorodne. Wizualna różnica pomiędzy tymi trybami polega na obecności płomienia.

Jednorodne spalanie może przebiegać w dwóch trybach: dyfuzyjnym i kinetycznym. Wizualnie różnica polega na szybkości spalania.

Należy zauważyć, że istnieje inny rodzaj spalania - spalanie materiałów wybuchowych. Do materiałów wybuchowych zalicza się paliwo i utleniacz w fazie stałej. Ponieważ zarówno paliwo, jak i utleniacz znajdują się w tym samym stanie skupienia, takie spalanie jest jednorodne.

W przypadku prawdziwych pożarów dochodzi głównie do spalania płomieniowego. Jak wiadomo, płomień jest identyfikowany jako jeden z niebezpiecznych czynników pożaru. Czym jest płomień i jakie procesy w nim zachodzą?

Podczas spalania paliwo stałe bardzo reakcja chemiczna poprzedza proces dostarczania środka utleniającego na reagującą powierzchnię. W konsekwencji proces spalania paliw stałych jest złożonym, niejednorodnym procesem fizycznym proces chemiczny, składający się z dwóch etapów: dostarczenia tlenu na powierzchnię paliwa poprzez dyfuzję turbulentną i molekularną oraz zachodzącej na niej reakcji chemicznej.

Rozważmy ogólną teorię spalania heterogenicznego na przykładzie spalania kulistej cząstki węgla, przyjmując następujące warunki. Stężenie tlenu na całej powierzchni cząstki jest takie samo; szybkość reakcji tlenu z węglem jest proporcjonalna do stężenia tlenu na powierzchni, czyli zachodzi reakcja pierwszego rzędu, co jest najbardziej prawdopodobne w przypadku procesów heterogenicznych; reakcja zachodzi na powierzchni cząstki z utworzeniem końcowych produktów spalania i nie ma reakcji wtórnych w objętości, ani na powierzchni cząstki.

W tak uproszczonej sytuacji szybkość spalania węgla można przedstawić jako zależną od szybkości jego dwóch głównych etapów, a mianowicie od szybkości dostarczania tlenu do powierzchni międzyfazowej oraz od szybkości samej reakcji chemicznej zachodzącej na powierzchni cząstki. W wyniku wzajemnego oddziaływania tych procesów dochodzi do dynamicznego stanu równowagi pomiędzy ilością tlenu dostarczonego na drodze dyfuzji, a zużytego do reakcji chemicznej podczas pewna ilość jego stężenie na powierzchni węgla.

Określono szybkość reakcji chemicznej /(°2 g tlenu/(cm2-s).

Jak ilość tlenu zużytego przez jednostkę powierzchni reakcyjnej na jednostkę czasu można wyrazić w następujący sposób:

W równaniu:

K jest stałą szybkości reakcji chemicznej;

Oc to stężenie tlenu na powierzchni cząstki.

Z drugiej strony szybkość spalania jest równa konkretnemu strumieniowi

Pot na reagującą powierzchnię, dostarczany przez dyfuzję:

K°" = ad(C, - C5). (15-2)

W równaniu:

Ad - współczynnik wymiany dyfuzyjnej;

Co to stężenie tlenu w strumieniu, w którym spala się cząstka węgla.

Podstawiając wartość St z równania (15-1) do równania (15-2) otrzymujemy następujące wyrażenie na szybkość spalania heterogenicznego w postaci ilości tlenu zużytego na jednostkę powierzchni cząstki na jednostkę czas:

„. С°, ■” (15-3)

Oznaczenie przez

Kkaz - - C - , (15-4)

Wyrażenie (15-3) można przedstawić jako

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

Wyrażenie (15-5) w swojej strukturze jest podobne do równania kinetycznego (15-1) reakcji pierwszego rzędu. W nim stałą szybkości reakcji „£ zastępuje się współczynnikiem Kkaz, który zależy zarówno od właściwości reakcji paliwa, jak i od wzorców przenoszenia i dlatego nazywany jest pozorną stałą szybkości spalania stałego węgla.

Szybkość reakcji spalania chemicznego zależy od rodzaju paliwa i warunków fizycznych: stężenia reagującego gazu na powierzchni, temperatury i ciśnienia. Zależność temperaturowa szybkości reakcji chemicznej jest najsilniejsza w obszarze niskich temperatur, szybkość reakcji chemicznej jest niska, a zużycie tlenu jest wielokrotnie mniejsze niż szybkość, z jaką tlen może być dostarczany przez dyfuzję proces spalania jest ograniczony szybkością samej reakcji chemicznej i nie jest zależny od warunków dostarczania tlenu, tj. prędkości przepływu powietrza, wielkości cząstek itp. Dlatego ten obszar heterogenicznego spalania nazywany jest kinetycznym.

W obszarze kinetycznym spalania ad>-£, zatem we wzorze (15-3) wartość 1/ad można pominąć w porównaniu z 1/& i wówczas otrzymujemy:

K°32 = kC0. (15-6)

Równowaga pomiędzy ilością tlenu dostarczonego na drodze dyfuzji i zużytego do reakcji ustala się przy niewielkim gradiencie jego stężenia, dzięki czemu wartość stężenia tlenu na powierzchni reakcji niewiele różni się od jego wartości w przepływie. Na wysokie temperatury ach, spalanie kinetyczne może zachodzić przy dużych prędkościach przepływu powietrza i małych rozmiarach cząstek paliwa, czyli przy takiej poprawie warunków dostarczania tlenu, gdy ten ostatni może być dostarczony w znacznie więcej„w porównaniu z wymogiem reakcji chemicznej.

Różne obszary heterogenicznego spalania przedstawiono graficznie na ryc. 15-1. Obszar kinetyczny I charakteryzuje krzywa 1, która pokazuje, że wraz ze wzrostem temperatury szybkość spalania gwałtownie rośnie, zgodnie z prawem Arrheniusa.

W określonej temperaturze szybkość reakcji chemicznej staje się proporcjonalna do szybkości dostarczania tlenu do powierzchni reakcyjnej, a wówczas szybkość spalania zależy nie tylko od szybkości reakcji chemicznej, ale także od szybkości dostarczania tlenu. W tym obszarze, zwanym pośrednim (ryc. 15-1, obszar II, krzywa 1-2), szybkości tych dwóch etapów są porównywalne, żadnego z nich nie można pominąć, dlatego szybkość procesu spalania określa wzór ( 15-3). Wraz ze wzrostem temperatury szybkość spalania wzrasta, ale w mniejszym stopniu niż w obszarze kinetycznym, a jego wzrost stopniowo zwalnia i ostatecznie osiąga maksimum po przejściu do obszaru rozproszonego (rys. 15-1, obszar III, krzywa 2- 3), pozostając niezależnym od temperatury. Przy wyższych temperaturach w tym rejonie szybkość reakcji chemicznej wzrasta tak bardzo, że tlen dostarczany przez dyfuzję natychmiast wchodzi w reakcję chemiczną, w wyniku czego stężenie tlenu na powierzchni staje się prawie równe zeru. We wzorze (15-3) możemy zaniedbać wartość 1/& w porównaniu do 1/ad, wówczas stwierdzamy, że szybkość spalania jest określona przez szybkość dyfuzji tlenu do powierzchni reakcyjnej, tj.

Dlatego ten obszar spalania nazywany jest dyfuzją. W obszarze dyfuzji szybkość spalania jest praktycznie niezależna od właściwości paliwa i temperatury. Wpływ temperatury wpływa jedynie na zmiany stałych fizycznych. W tym obszarze na szybkość spalania duży wpływ mają warunki dostarczania tlenu, a mianowicie czynniki hydrodynamiczne: względna prędkość przepływu gazu i wielkość cząstek paliwa. Wraz ze wzrostem natężenia przepływu gazu i zmniejszeniem wielkości cząstek, czyli wraz z przyspieszeniem dostarczania tlenu, wzrasta szybkość spalania dyfuzyjnego.

Podczas procesu spalania ustala się dynamiczna równowaga pomiędzy chemicznym procesem zużycia tlenu a procesem dyfuzji jego dostarczania przy określonym stężeniu tlenu na powierzchni reakcji. Stężenie tlenu na powierzchni cząstki zależy od stosunku szybkości tych dwóch procesów; jeśli dominuje szybkość dyfuzji, będzie ona zbliżać się do stężenia w przepływie, natomiast wzrost szybkości reakcji chemicznej spowoduje jej zmniejszenie.

Proces spalania zachodzący w obszarze dyfuzji może przejść do stanu pośredniego (krzywa 1”-2”) lub nawet do obszaru kinetycznego, gdy dyfuzja wzrasta, na przykład gdy zwiększa się natężenie przepływu lub zmniejsza się wielkość cząstek.

Zatem wraz ze wzrostem prędkości przepływu gazu i przejściem do cząstek małych proces przesuwa się w stronę spalania kinetycznego. Wzrost temperatury przesuwa proces w kierunku spalania dyfuzyjnego (Rys. 15-1, krzywa 2”-3”).

Występowanie heterogenicznego spalania w określonym obszarze w każdym konkretnym przypadku zależy od tych konkretnych warunków. Głównym zadaniem badania procesu spalania heterogenicznego jest ustalenie obszarów spalania i identyfikacja wzorców ilościowych dla każdego obszaru.

Temat 4. RODZAJE SPALANIA.

Według różnych cech i właściwości procesy spalania można podzielić na następujące typy:

Według stanu skupienia substancji palnej:

Spalanie gazów;

Spalanie cieczy i topnienie ciał stałych;

Spalanie nietopliwych substancji stałych, pyłopodobnych i zwartych.

Według składu fazowego składników:

Jednorodne spalanie;

Spalanie heterogeniczne;

Spalanie materiałów wybuchowych.

Zgodnie z przygotowaniem mieszaniny palnej:

Spalanie dyfuzyjne (ogień);

Spalanie kinetyczne (eksplozja).

Zgodnie z dynamiką czoła płomienia:

Stacjonarny;

Niepewny.

Zgodnie z naturą ruchu gazu:

Warstwowy;

Burzliwy.

W zależności od stopnia spalania substancji palnej:

Niekompletny.

W zależności od prędkości rozprzestrzeniania się płomienia:

Normalna;

Deflagracja;

Detonacja.

Przyjrzyjmy się bliżej tym typom.

4.1. Spalanie substancji gazowych, ciekłych i stałych.

W zależności od stanu skupienia substancji palnej wyróżnia się spalanie gazów, cieczy, ciał stałych pylistych i zwartych.

Według GOST 12.1.044-89:

1. Gazy są substancjami temperatura krytyczna które są mniejsze niż 50 o C. Tcr to minimalna temperatura ogrzewania 1 mola substancji w zamkniętym naczyniu, przy której całkowicie zamienia się ona w parę (patrz § 2.3).

2. Ciecze to substancje o temperaturze topnienia (kroplenia) poniżej 50 o C (patrz § 2.5).

3. Ciało stałe to substancje o temperaturze topnienia (temperaturze kroplenia) powyżej 50 0 C.

4. Pyły to rozdrobnione ciała stałe o wielkości cząstek mniejszej niż 0,85 mm.

Obszar, w którym zachodzi reakcja chemiczna w mieszaninie palnej, tj. spalanie nazywa się frontem płomienia.

Rozważmy procesy spalania w środowisko powietrzne z przykładami.

Spalanie gazów w palniku gazowym. Obserwuje się tu 3 strefy płomieni (ryc. 12):

Ryż. 12. Schemat spalania gazu: 1 – stożek przezroczysty – jest to gaz początkowy podgrzewany (do temperatury samozapłonu); 2 – strefa świetlna czoła płomienia; 3 – produkty spalania (są prawie niewidoczne podczas całkowitego spalania gazów, a szczególnie podczas spalania wodoru, gdy nie tworzy się sadza).

Szerokość czoła płomienia w mieszaninach gazów wynosi dziesiątki ułamków milimetra.

Spalanie cieczy w otwartym naczyniu. Podczas spalania w otwartym naczyniu wyróżnia się 4 strefy (ryc. 13):

Ryż. 13. Spalanie cieczy: 1 – ciecz; 2 – para cieczy (ciemne obszary); 3 – czoło płomienia; 4 – produkty spalania (dym).

Szerokość czoła płomienia w tym przypadku jest większa, tj. reakcja przebiega wolniej.

Spalanie topionych ciał stałych. Weźmy pod uwagę palenie świecy. W w tym przypadku Obserwuje się 6 stref (ryc. 14):

Ryż. 14. Palenie świecy: 1 – twardy wosk; 2 – wosk stopiony (płynny); 3 – ciemna przezroczysta warstwa pary; 4 – czoło płomienia; 5 – produkty spalania (dym); 6 – knot.

Płonący knot służy do stabilizacji spalania. Ciecz wchłania się w nią, unosi się przez nią, odparowuje i pali się. Zwiększa się szerokość czoła płomienia, co zwiększa obszar jasności, ponieważ stosowane są bardziej złożone węglowodory, które po odparowaniu rozpadają się, a następnie reagują.

Spalanie nietopliwych ciał stałych. Rozważymy ten rodzaj spalania na przykładzie spalania zapałki i papierosa (ryc. 15 i 16).

Tutaj również znajduje się 5 sekcji:

Ryż. 15. Palenie zapałki: 1 – świeże drewno; 2 – drewno zwęglone; 3 – gazy (zgazowane lub odparowane substancje lotne) – jest to ciemnoprzezroczysta strefa; 4 – czoło płomienia; 5 – produkty spalania (dym).

Można zauważyć, że spalony obszar zapałki jest znacznie cieńszy i ma czarny kolor. Oznacza to, że część zapałki uległa zwęgleniu, tj. część nielotna pozostała, a część lotna odparowała i spaliła się. Szybkość spalania węgla jest znacznie mniejsza niż gazów, więc nie ma czasu na całkowite spalenie.

Ryc. 16. Palenie papierosów: 1 – początkowa mieszanka tytoniowa; 2 – sekcja tląca bez czoła płomienia; 3 – dym, tj. produkt spalonych cząstek; 4 – zasysany do płuc dym, składający się głównie z produktów zgazowanych; 5 – żywica skondensowana na filtrze.

Bezpłomieniowy rozkład termooksydacyjny substancji nazywany jest tleniem. Występuje przy niedostatecznej dyfuzji tlenu do strefy spalania i może wystąpić już przy bardzo małej ilości tlenu (1-2%). Dym jest szary, a nie czarny. Oznacza to, że jest w nim więcej substancji zgazowanych niż spalonych.

Powierzchnia popiołu jest prawie biała. Oznacza to, że przy wystarczającej podaży tlenu następuje całkowite spalanie. Jednak wewnątrz i na granicy spalonej warstwy ze świeżymi warstwami znajduje się czarna substancja. Wskazuje to na niepełne spalanie zwęglonych cząstek. Nawiasem mówiąc, na filtrze kondensują się opary odparowanych substancji żywicznych.

Podobny rodzaj spalania obserwuje się przy spalaniu koksu, tj. węgiel, z którego usunięto substancje lotne (gazy, żywice), lub grafit.

Zatem proces spalania gazów, cieczy i większości ciał stałych zachodzi w postaci gazowej i towarzyszy mu płomień. Niektóre substancje stałe, w tym te, które mają tendencję do samozapłonu, palą się w wyniku tlenia na powierzchni i wewnątrz materiału.

Spalanie substancji pylących. Spalanie warstwy pyłu odbywa się w taki sam sposób, jak w stanie zwartym, tylko szybkość spalania wzrasta ze względu na wzrost powierzchni kontaktu z powietrzem.

Spalanie substancji pylistych w postaci zawiesiny powietrznej (chmury pyłu) może nastąpić w postaci iskier, tj. spalanie pojedynczych cząstek, w przypadku małej zawartości substancji lotnych, które nie są w stanie odparować i wytworzyć wystarczającej ilości gazów dla pojedynczego frontu płomienia.

Jeśli utworzy się wystarczająca ilość zgazowanych substancji lotnych, następuje płomieniowe spalanie.

Spalanie materiałów wybuchowych. DO ten gatunek Obejmuje to spalanie materiałów wybuchowych i prochu, tzw. substancji skondensowanych, które zawierają już związane chemicznie lub mechanicznie paliwo i utleniacz. Na przykład: w trinitrotoluenie (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2 środkami utleniającymi są O 2 i NO 2; proch zawiera siarkę, saletrę, węgiel; Domowy materiał wybuchowy składa się z proszku aluminiowego i azotanu amonu, a spoiwem jest olej solarny.

4.2. Spalanie jednorodne i heterogeniczne.

Na podstawie rozważonych przykładów, w zależności od stanu skupienia mieszaniny paliwa i utleniacza, tj. w zależności od liczby faz w mieszaninie wyróżnia się:

1. Jednorodne spalanie gazy i pary substancji łatwopalnych w środowisku gazowego utleniacza. Zatem reakcja spalania zachodzi w układzie składającym się z jednej fazy (stan skupienia).

2. Spalanie heterogeniczne stałe substancje łatwopalne w środowisku gazowego utleniacza. W tym przypadku reakcja zachodzi na granicy faz, natomiast reakcja jednorodna zachodzi w całej objętości.

Jest to spalanie metali, grafitu, tj. praktycznie nielotne materiały. Wiele reakcji gazowych ma charakter jednorodno-niejednorodny, gdy możliwość zajścia reakcji jednorodnej wynika z pochodzenia reakcji jednocześnie heterogenicznej.

Spalanie wszystkich substancji ciekłych i wielu substancji stałych, z których wydzielają się pary lub gazy (substancje lotne), następuje w fazie gazowej. Fazy stałe i ciekłe pełnią rolę zbiorników produktów reakcji.

Na przykład niejednorodna reakcja samozapłonu węgla przechodzi w jednorodną fazę spalania substancji lotnych. Pozostałość koksu spala się niejednorodnie.

4.3. Dyfuzja i spalanie kinetyczne.

W zależności od stopnia przygotowania mieszaniny palnej rozróżnia się spalanie dyfuzyjne i kinetyczne.

Rozważane rodzaje spalania (z wyjątkiem materiałów wybuchowych) odnoszą się do spalania dyfuzyjnego. Płomień, tj. Aby zapewnić stabilność, strefa spalania mieszanki paliwowo-powietrznej musi być stale zasilana paliwem i tlenem. Dopływ gazu palnego zależy wyłącznie od prędkości jego dostarczania do strefy spalania. Szybkość wnikania cieczy palnej zależy od intensywności jej parowania, tj. od ciśnienia pary nad powierzchnią cieczy, a co za tym idzie od temperatury cieczy. Temperatura zapłonu to najniższa temperatura cieczy, przy której płomień nad jej powierzchnią nie zgaśnie.

Spalanie ciał stałych różni się od spalania gazów obecnością etapu rozkładu i zgazowania, a następnie zapłonu lotnych produktów pirolizy.

Piroliza- to jest ogrzewanie materia organiczna na wysokie temperatury bez dostępu powietrza. W tym przypadku następuje rozkład, czyli rozszczepienie związków złożonych na prostsze (koksowanie węgla, kraking oleju, sucha destylacja drewna). Dlatego spalanie stałej substancji palnej do produktu spalania nie koncentruje się tylko w strefie płomienia, ale ma charakter wieloetapowy.

Ogrzewanie fazy stałej powoduje rozkład i wydzielanie się gazów, które zapalają się i spalają. Ciepło z palnika podgrzewa fazę stałą, powodując jej zgazowanie, a proces się powtarza, utrzymując w ten sposób spalanie.

Model spalania stałego zakłada obecność następujących faz (rys. 17):

Ryż. 17. Model spalania

stała materia.

Ogrzewanie fazy stałej. W przypadku substancji topiących się w tej strefie następuje topienie. Grubość strefy zależy od temperatury przewodności substancji;

Piroliza, czyli strefa reakcji w fazie stałej, w której tworzą się gazowe substancje palne;

Płomień wstępny w fazie gazowej, w którym tworzy się mieszanina z utleniaczem;

Płomień, czyli strefa reakcji w fazie gazowej, w której następuje przemiana produktów pirolizy w gazowe produkty spalania;

Produkty spalania.

Szybkość dostarczania tlenu do strefy spalania zależy od jego dyfuzji przez produkt spalania.

Ogólnie rzecz biorąc, ponieważ szybkość reakcji chemicznej w strefie spalania w rozważanych rodzajach spalania zależy od szybkości wnikania reagujących składników i powierzchni płomienia poprzez dyfuzję molekularną lub kinetyczną, ten rodzaj spalania nazywa się dyfuzja.

Struktura płomienia spalania dyfuzyjnego składa się z trzech stref (ryc. 18):

Strefa 1 zawiera gazy lub pary. W tej strefie nie ma spalania. Temperatura nie przekracza 500 0 C. Następuje rozkład, piroliza substancji lotnych i ogrzewanie do temperatury samozapłonu.

Ryż. 18. Struktura płomienia.

W strefie 2 powstaje mieszanina par (gazów) z tlenem atmosferycznym i następuje niepełne spalanie do CO z częściową redukcją do węgla (mała ilość tlenu):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

W trzeciej strefie zewnętrznej następuje całkowite spalanie produktów drugiej strefy i obserwuje się maksymalną temperaturę płomienia:

2CO+O2=2CO2;

Wysokość płomienia jest proporcjonalna do współczynnika dyfuzji i natężenia przepływu gazu i odwrotnie proporcjonalna do gęstości gazu.

Wszystkie rodzaje spalania dyfuzyjnego są nieodłącznym elementem pożarów.

Kinetyczny Spalanie to spalanie wstępnie zmieszanego palnego gazu, pary lub pyłu z utleniaczem. W tym przypadku szybkość spalania zależy wyłącznie od właściwości fizykochemicznych mieszaniny palnej (przewodność cieplna, pojemność cieplna, turbulencja, stężenie substancji, ciśnienie itp.). Dlatego szybkość spalania gwałtownie wzrasta. Ten rodzaj spalania jest nieodłącznym elementem eksplozji.

W takim przypadku, gdy w dowolnym momencie zapali się mieszanina palna, czoło płomienia przemieszcza się z produktów spalania do świeżej mieszanki. Zatem płomień podczas spalania kinetycznego jest najczęściej niestabilny (ryc. 19).

Ryż. 19. Schemat rozprzestrzeniania się płomienia w mieszaninie palnej: - źródło zapłonu; - kierunek ruchu frontu płomienia.

Chociaż, jeśli najpierw zmieszasz palny gaz z powietrzem i wprowadzisz go do palnika, to po zapaleniu utworzy się nieruchomy płomień, pod warunkiem, że natężenie przepływu mieszaniny będzie równe prędkości rozprzestrzeniania się płomienia.

W przypadku zwiększenia prędkości podawania gazu płomień odrywa się od palnika i może zgasnąć. A jeśli prędkość zostanie zmniejszona, płomień zostanie wciągnięty do palnika z możliwą eksplozją.

Według stopnia spalania, tj. po zakończeniu reakcji spalania do produktów końcowych następuje spalanie kompletne i niekompletne.

Zatem w strefie 2 (rys. 18) spalanie jest niepełne, ponieważ Nie ma wystarczającej ilości tlenu, który jest częściowo zużywany w strefie 3 i powstają produkty pośrednie. Te ostatnie wypalają się w strefie 3, gdzie jest więcej tlenu, aż do całkowitego spalenia. Obecność sadzy w dymie wskazuje na niepełne spalanie.

Inny przykład: gdy brakuje tlenu, spala się węgiel tlenek węgla:

Jeśli dodasz O, reakcja zakończy się:

2СО+O 2 =2СО 2.

Szybkość spalania zależy od charakteru ruchu gazów. Dlatego rozróżnia się spalanie laminarne i turbulentne.

Zatem przykładem spalania laminarnego jest płomień świecy w nieruchomym powietrzu. Na spalanie laminarne warstwy gazów przepływają równolegle, bez wirowania.

Spalanie turbulentne– wirowy ruch gazów, w którym następuje intensywne mieszanie gazów spalinowych i rozmycie czoła płomienia. Granicę pomiędzy tymi typami stanowi kryterium Reynoldsa, które charakteryzuje zależność pomiędzy siłami bezwładności a siłami tarcia w przepływie:

Gdzie: ty- prędkość przepływu gazu;

N- lepkość kinetyczna;

l– charakterystyczny rozmiar liniowy.

Liczba Reynoldsa, przy której następuje przejście laminarnej warstwy granicznej w turbulentną, nazywa się krytyczną Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulencja zwiększa szybkość spalania ze względu na intensywniejsze przekazywanie ciepła z produktów spalania do świeżej mieszanki.

4.4. Normalne spalanie.

W zależności od prędkości rozprzestrzeniania się płomienia podczas spalania kinetycznego może nastąpić normalne spalanie (w ciągu kilku m/s), wybuchowa deflagracja (dziesiątki m/s) lub detonacja (tysiące m/s). Te rodzaje spalania mogą się wzajemnie przekształcać.

Normalne spalanie– jest to spalanie, podczas którego rozprzestrzenianie się płomienia następuje przy braku zakłóceń zewnętrznych (turbulencji lub zmian ciśnienia gazu). Zależy to wyłącznie od charakteru substancji palnej, tj. efekt cieplny, przewodność cieplna i współczynniki dyfuzji. Jest to zatem stała fizyczna mieszaniny o określonym składzie. W tym przypadku prędkość spalania wynosi zwykle 0,3-3,0 m/s. Spalanie nazywa się normalnym, ponieważ wektor prędkości jego propagacji jest prostopadły do czoła płomienia.

4,5. Spalanie deflagracyjne (wybuchowe).

Normalne spalanie jest niestabilne i ma tendencję do samoprzyspieszania w zamkniętej przestrzeni. Powodem tego jest zakrzywienie czoła płomienia na skutek tarcia gazu o ścianki naczynia i zmiany ciśnienia w mieszaninie.

Rozważmy proces rozprzestrzeniania się płomienia w rurze (ryc. 20).

Ryż. 20. Schemat występowania spalania wybuchowego.

Początkowo na otwartym końcu rury płomień rozprzestrzenia się z normalną prędkością, ponieważ produkty spalania swobodnie się rozszerzają i wychodzą. Ciśnienie mieszaniny nie zmienia się. Czas równomiernego rozprzestrzeniania się płomienia zależy od średnicy rury, rodzaju paliwa i jego stężenia.

W miarę przemieszczania się frontu płomienia wewnątrz rury produkty reakcji, posiadające większą objętość w porównaniu do mieszaniny wyjściowej, nie mają czasu na ucieczkę na zewnątrz i ich ciśnienie wzrasta. Ciśnienie to zaczyna pchać we wszystkich kierunkach i dlatego przed frontem płomienia początkowa mieszanina zaczyna przesuwać się w kierunku rozprzestrzeniania się płomienia. Warstwy przylegające do ścian zostają zahamowane. Płomień ma największą prędkość w środku rury, a najwolniejsza prędkość w pobliżu ścian (ze względu na odprowadzanie w nich ciepła). Dlatego czoło płomienia rozciąga się w kierunku rozprzestrzeniania się płomienia, a jego powierzchnia zwiększa się. Proporcjonalnie do tego wzrasta ilość palnej mieszaniny na jednostkę czasu, co pociąga za sobą wzrost ciśnienia, a to z kolei zwiększa prędkość ruchu gazu itp. W ten sposób następuje lawinowy wzrost prędkości rozprzestrzeniania się płomienia do setek metrów na sekundę.

Nazywa się proces rozprzestrzeniania się płomienia przez palną mieszaninę gazów, w którym samoprzyspieszająca reakcja spalania rozprzestrzenia się w wyniku ogrzewania przez przewodzenie ciepła z sąsiedniej warstwy produktów reakcji deflagracja. Zazwyczaj szybkości spalania deflagracyjnego są poddźwiękowe, tj. mniej niż 333 m/s.

4.6. Spalanie detonacyjne.

Jeśli weźmiemy pod uwagę spalanie mieszaniny palnej warstwa po warstwie, to w wyniku rozszerzalności cieplnej objętości produktów spalania za każdym razem przed frontem płomienia pojawia się fala sprężania. Każda kolejna fala, przechodząc przez gęstszy ośrodek, dogania poprzednią i nakłada się na nią. Stopniowo fale te łączą się w jedną falę uderzeniową (ryc. 21).

Ryż. 21. Schemat powstawania fali detonacyjnej: R o< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

Podczas fali uderzeniowej, w wyniku sprężania adiabatycznego, gęstość gazów natychmiast wzrasta, a temperatura wzrasta do T 0 w celu samozapłonu. W rezultacie palna mieszanina zostaje zapalona przez falę uderzeniową i a detonacja– propagacja spalania poprzez zapłon falą uderzeniową. Fala detonacyjna nie gaśnie, bo zasilany falami uderzeniowymi od płomienia poruszającego się za nim.

Osobliwością detonacji jest to, że zachodzi ona przy prędkości naddźwiękowej 1000-9000 m/s, określonej dla każdego składu mieszaniny, a zatem jest stałą fizyczną mieszaniny. Zależy to tylko od kaloryczności palnej mieszaniny i pojemności cieplnej produktów spalania.

Spotkanie fali uderzeniowej z przeszkodą powoduje powstanie odbitej fali uderzeniowej i jeszcze większego ciśnienia.

Detonacja jest najniebezpieczniejszym rodzajem rozprzestrzeniania się płomienia, ponieważ... ma maksymalną moc wybuchu (N=A/t) i ogromną prędkość. W praktyce detonację można „neutralizować” jedynie w odcinku przeddetonacyjnym, tj. w pewnej odległości od miejsca zapłonu do miejsca, w którym następuje spalanie detonacyjne. W przypadku gazów długość tego odcinka wynosi od 1 do 10 m.

Temat 4. RODZAJE SPALANIA.

Według różnych cech i właściwości procesy spalania można podzielić na następujące typy:

Według stanu skupienia substancji palnej:

Spalanie gazów;

Spalanie cieczy i topnienie ciał stałych;

Spalanie nietopliwych substancji stałych, pyłopodobnych i zwartych.

Według składu fazowego składników:

Jednorodne spalanie;

Spalanie heterogeniczne;

Spalanie materiałów wybuchowych.

Zgodnie z przygotowaniem mieszaniny palnej:

Spalanie dyfuzyjne (ogień);

Spalanie kinetyczne (eksplozja).

Zgodnie z dynamiką czoła płomienia:

Stacjonarny;

Niepewny.

Zgodnie z naturą ruchu gazu:

Warstwowy;

Burzliwy.

W zależności od stopnia spalania substancji palnej:

Niekompletny.

W zależności od prędkości rozprzestrzeniania się płomienia:

Normalna;

Deflagracja;

Detonacja.

Przyjrzyjmy się bliżej tym typom.

4.1. Spalanie substancji gazowych, ciekłych i stałych.

W zależności od stanu skupienia substancji palnej wyróżnia się spalanie gazów, cieczy, ciał stałych pylistych i zwartych.

Według GOST 12.1.044-89:

1. Gazy to substancje, których temperatura krytyczna jest niższa niż 50 o C. Tcr to minimalna temperatura ogrzewania 1 mola substancji w zamkniętym naczyniu, przy której całkowicie zamienia się ona w parę (patrz § 2.3).

2. Ciecze to substancje o temperaturze topnienia (kroplenia) poniżej 50 o C (patrz § 2.5).

3. Ciało stałe to substancje o temperaturze topnienia (temperaturze kroplenia) powyżej 50 0 C.

4. Pyły to rozdrobnione ciała stałe o wielkości cząstek mniejszej niż 0,85 mm.

Obszar, w którym zachodzi reakcja chemiczna w mieszaninie palnej, tj. spalanie nazywa się frontem płomienia.

Przyjrzyjmy się procesom spalania w powietrzu na przykładach.

Spalanie gazów w palniku gazowym. Obserwuje się tu 3 strefy płomieni (ryc. 12):

Szerokość czoła płomienia w mieszaninach gazów wynosi dziesiątki ułamków milimetra.

Spalanie cieczy w otwartym naczyniu. Podczas spalania w otwartym naczyniu wyróżnia się 4 strefy (ryc. 13):

Ryż. 13. Spalanie cieczy: 1 – ciecz; 2 – para cieczy (ciemne obszary); 3 – czoło płomienia; 4 – produkty spalania (dym).

Szerokość czoła płomienia w tym przypadku jest większa, tj. reakcja przebiega wolniej.

Spalanie topionych ciał stałych. Weźmy pod uwagę palenie świecy. W tym przypadku obserwuje się 6 stref (ryc. 14):

Ryż. 14. Palenie świecy: 1 – wosk twardy; 2 – wosk stopiony (płynny); 3 – ciemna przezroczysta warstwa pary; 4 – czoło płomienia; 5 – produkty spalania (dym); 6 – knot.

Spalanie nietopliwych ciał stałych. Rozważymy ten rodzaj spalania na przykładzie spalania zapałki i papierosa (ryc. 15 i 16).

Tutaj również znajduje się 5 sekcji:

Podobny rodzaj spalania obserwuje się przy spalaniu koksu, tj. węgiel, z którego usunięto substancje lotne (gazy, żywice), lub grafit.

Jeśli utworzy się wystarczająca ilość zgazowanych substancji lotnych, następuje płomieniowe spalanie.

Spalanie materiałów wybuchowych. Do tego typu zalicza się spalanie materiałów wybuchowych i prochu, tzw. substancji skondensowanych, które zawierają już związane chemicznie lub mechanicznie paliwo i utleniacz. Na przykład: w trinitrotoluenie (TNT) C 7 H 5 O 6 N 3 × C 7 H 5 × 3NO 2 środkami utleniającymi są O 2 i NO 2; proch zawiera siarkę, saletrę, węgiel; Domowy materiał wybuchowy składa się z proszku aluminiowego i azotanu amonu, a spoiwem jest olej solarny.

4.2. Spalanie jednorodne i heterogeniczne.

Na podstawie rozważonych przykładów, w zależności od stanu skupienia mieszaniny paliwa i utleniacza, tj. w zależności od liczby faz w mieszaninie wyróżnia się:

1. Jednorodne spalanie gazy i pary substancji łatwopalnych w środowisku gazowego utleniacza. Zatem reakcja spalania zachodzi w układzie składającym się z jednej fazy (stan skupienia).

Na przykład niejednorodna reakcja samozapłonu węgla przechodzi w jednorodną fazę spalania substancji lotnych. Pozostałość koksu spala się niejednorodnie.

4.3. Dyfuzja i spalanie kinetyczne.

W zależności od stopnia przygotowania mieszaniny palnej rozróżnia się spalanie dyfuzyjne i kinetyczne.

Spalanie ciał stałych różni się od spalania gazów obecnością etapu rozkładu i zgazowania, a następnie zapłonu lotnych produktów pirolizy.

Piroliza- Jest to ogrzewanie substancji organicznych do wysokich temperatur bez dostępu powietrza. W tym przypadku następuje rozkład, czyli rozszczepienie związków złożonych na prostsze (koksowanie węgla, kraking oleju, sucha destylacja drewna). Dlatego spalanie stałej substancji palnej do produktu spalania nie koncentruje się tylko w strefie płomienia, ale ma charakter wieloetapowy.

Model spalania stałego zakłada obecność następujących faz (rys. 17):

Ryż. 17. Model spalania

stała materia.

Ogrzewanie fazy stałej. W przypadku substancji topiących się w tej strefie następuje topienie. Grubość strefy zależy od temperatury przewodności substancji;

Piroliza, czyli strefa reakcji w fazie stałej, w której tworzą się gazowe substancje palne;

Płomień wstępny w fazie gazowej, w którym tworzy się mieszanina z utleniaczem;

Płomień, czyli strefa reakcji w fazie gazowej, w której następuje przemiana produktów pirolizy w gazowe produkty spalania;

Produkty spalania.

Szybkość dostarczania tlenu do strefy spalania zależy od jego dyfuzji przez produkt spalania.

Struktura płomienia spalania dyfuzyjnego składa się z trzech stref (ryc. 18):

Strefa 1 zawiera gazy lub pary. W tej strefie nie ma spalania. Temperatura nie przekracza 500 0 C. Następuje rozkład, piroliza substancji lotnych i ogrzewanie do temperatury samozapłonu.

Ryż. 18. Struktura płomienia.

W strefie 2 powstaje mieszanina par (gazów) z tlenem atmosferycznym i następuje niepełne spalanie do CO z częściową redukcją do węgla (mała ilość tlenu):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

W trzeciej strefie zewnętrznej następuje całkowite spalanie produktów drugiej strefy i obserwuje się maksymalną temperaturę płomienia:

2CO+O2=2CO2;

Wysokość płomienia jest proporcjonalna do współczynnika dyfuzji i natężenia przepływu gazu i odwrotnie proporcjonalna do gęstości gazu.

Wszystkie rodzaje spalania dyfuzyjnego są nieodłącznym elementem pożarów.

Ryż. 19. Schemat rozprzestrzeniania się płomienia w mieszaninie palnej: - źródło zapłonu; - kierunek ruchu frontu płomienia.

Według stopnia spalania, tj. po zakończeniu reakcji spalania do produktów końcowych następuje spalanie kompletne i niekompletne.

Inny przykład: gdy brakuje tlenu, węgiel spala się do tlenku węgla:

Jeśli dodasz O, reakcja zakończy się:

2СО+O 2 =2СО 2.

Szybkość spalania zależy od charakteru ruchu gazów. Dlatego rozróżnia się spalanie laminarne i turbulentne.

Zatem przykładem spalania laminarnego jest płomień świecy w nieruchomym powietrzu. Na spalanie laminarne warstwy gazów przepływają równolegle, bez wirowania.

Gdzie: ty- prędkość przepływu gazu;

N- lepkość kinetyczna;

l– charakterystyczny rozmiar liniowy.

Liczba Reynoldsa, przy której następuje przejście laminarnej warstwy granicznej w turbulentną, nazywa się krytyczną Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulencja zwiększa szybkość spalania ze względu na intensywniejsze przekazywanie ciepła z produktów spalania do świeżej mieszanki.

4.4. Normalne spalanie.

4,5. Spalanie deflagracyjne (wybuchowe).

Rozważmy proces rozprzestrzeniania się płomienia w rurze (ryc. 20).

Ryż. 20. Schemat występowania spalania wybuchowego.

4.6. Spalanie detonacyjne.

Ryż. 21. Schemat powstawania fali detonacyjnej: R o< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

Spotkanie fali uderzeniowej z przeszkodą powoduje powstanie odbitej fali uderzeniowej i jeszcze większego ciśnienia.