Allgemeine Informationen zur Verbrennung

Die Essenz des Verbrennungsprozesses

Eines der ersten chemischen Phänomene, mit denen die Menschheit zu Beginn ihrer Existenz vertraut wurde, war die Verbrennung. Zunächst wurde es zum Kochen und Heizen verwendet, erst nach Jahrtausenden lernten die Menschen, damit die Energie einer chemischen Reaktion in mechanische, elektrische und andere Energiearten umzuwandeln.

Bei der Verbrennung handelt es sich um eine chemische Oxidationsreaktion, bei der große Mengen Wärme und Glut freigesetzt werden. In Öfen, Verbrennungsmotoren und bei Bränden ist immer ein Verbrennungsprozess zu beobachten, an dem einige brennbare Stoffe und Luftsauerstoff beteiligt sind. Zwischen ihnen kommt es zu einer Verbundreaktion, bei der Wärme freigesetzt wird und die Reaktionsprodukte zum Glühen erhitzt werden. So verbrennen Erdölprodukte, Holz, Torf und viele andere Stoffe.

Der Verbrennungsprozess kann jedoch nicht nur mit der Reaktion der Verbindung eines brennbaren Stoffes mit Luftsauerstoff einhergehen, sondern auch mit anderen chemischen Reaktionen, die mit einer erheblichen Wärmefreisetzung einhergehen. Wasserstoff, Phosphor, Acetylen und andere Stoffe verbrennen beispielsweise in Chlor; Kupfer – in Schwefeldampf, Magnesium – in Kohlendioxid. Komprimiertes Acetylen, Stickstoffchlorid und eine Reihe anderer Stoffe können explodieren. Bei der Explosion zersetzen sich Stoffe unter Freisetzung von Wärme und Flammenbildung. Somit ist der Verbrennungsprozess das Ergebnis von Reaktionen der Verbindung und Zersetzung von Stoffen.

Bedingungen, die die Verbrennung begünstigen

Damit eine Verbrennung stattfinden kann, sind bestimmte Bedingungen erforderlich: das Vorhandensein eines brennbaren Mediums (brennbarer Stoff + Oxidationsmittel) und einer Zündquelle. Luft und brennbare Stoffe bilden ein brennbares System, und die Temperaturbedingungen bestimmen die Möglichkeit der Entzündung und Verbrennung dieses Systems.

Die wichtigsten brennbaren Elemente in der Natur sind bekanntlich Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie sind Bestandteil fast aller festen, flüssigen und gasförmigen Stoffe, beispielsweise Holz, fossile Kohle, Torf, Baumwolle, Stoff, Papier usw.

Die Entzündung und Verbrennung der meisten brennbaren Stoffe erfolgt in der Gas- oder Dampfphase. Durch deren Erhitzung kommt es in festen und flüssigen brennbaren Stoffen zur Bildung von Dämpfen und Gasen. Feste brennbare Stoffe, zum Beispiel Schwefel, Stearin, Phosphor und einige Kunststoffe, schmelzen und verdampfen beim Erhitzen. Holz, Torf und Kohle zersetzen sich beim Erhitzen unter Bildung von Dämpfen, Gasen und einem festen Rückstand – Kohle.

Schauen wir uns diesen Prozess am Beispiel von Holz genauer an. Beim Erhitzen auf 110°C trocknet das Holz aus und das Harz verdunstet leicht. Ab 130 °C beginnt eine schwache Zersetzung. Ab 150 °C kommt es zu einer deutlicheren Holzzersetzung (Farbveränderung). Die bei 150-200°C entstehenden Zersetzungsprodukte sind hauptsächlich Wasser und Kohlendioxid und können daher nicht verbrennen.

Bei Temperaturen über 200 °C beginnt sich der Hauptbestandteil von Holz, die Fasern, zu zersetzen. Bei diesen Temperaturen entstehende Gase sind brennbar, da sie erhebliche Mengen an Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen und Dämpfen anderer organischer Substanzen enthalten. Wenn die Konzentration dieser Produkte in der Luft ausreichend ist, entzünden sie sich unter bestimmten Bedingungen.

Alle brennbaren Flüssigkeiten können verdampfen und ihre Verbrennung erfolgt in der Gasphase. Wenn man also von der Verbrennung oder Entzündung einer Flüssigkeit spricht, meint man damit die Verbrennung oder Entzündung ihrer Dämpfe.

Die Verbrennung aller Stoffe beginnt mit ihrer Entzündung. Bei den meisten brennbaren Stoffen ist der Zeitpunkt der Zündung durch das Auftreten einer Flamme gekennzeichnet, bei Stoffen, die nicht mit Flammen verbrennen, durch das Auftreten eines Glühens (Angriffs).

Das anfängliche Element der Verbrennung, das unter dem Einfluss von Quellen auftritt, deren Temperatur höher ist als die Selbstentzündungstemperatur des Stoffes, wird als Zündung bezeichnet.

Einige Stoffe sind in der Lage, ohne Einfluss einer externen Wärmequelle Wärme abzugeben und sich selbst zu erhitzen. Der Prozess der Selbsterhitzung, der mit einer Verbrennung endet, wird allgemein als Selbstentzündung bezeichnet.

Selbstentzündung ist die Fähigkeit eines Stoffes, sich nicht nur beim Erhitzen, sondern auch bei Raumtemperatur unter dem Einfluss chemischer, mikrobiologischer und physikalisch-chemischer Prozesse zu entzünden.

Die Temperatur, auf die ein brennbarer Stoff erhitzt werden muss, damit er sich entzündet, ohne dass sich eine Zündquelle in seiner Nähe befindet, wird als Selbstentzündungstemperatur bezeichnet.

Der Prozess der Selbstentzündung eines Stoffes läuft wie folgt ab. Beim Erhitzen eines brennbaren Stoffes, beispielsweise einer Mischung aus Benzindampf und Luft, kann eine Temperatur erreicht werden, bei der eine langsame Oxidationsreaktion in der Mischung beginnt. Die Oxidationsreaktion geht mit der Freisetzung von Wärme einher und die Mischung beginnt sich über die Temperatur zu erhitzen, auf die sie erhitzt wurde.

Allerdings kommt es neben der Freisetzung von Wärme und einem Anstieg der Temperatur des Gemisches auch zu einer Wärmeübertragung vom reagierenden Gemisch an die Umgebung. Bei einer niedrigen Oxidationsrate übersteigt die Menge der Wärmeübertragung immer die Wärmefreisetzung, sodass die Temperatur der Mischung nach einem leichten Anstieg zu sinken beginnt und es zu keiner Selbstentzündung kommt. Wird das Gemisch von außen auf eine höhere Temperatur erhitzt, erhöht sich mit zunehmender Reaktionsgeschwindigkeit auch die pro Zeiteinheit freigesetzte Wärmemenge.

Wenn eine bestimmte Temperatur erreicht wird, beginnt die Wärmefreisetzung die Wärmeübertragung zu übersteigen und die Reaktion erhält Bedingungen für eine starke Beschleunigung. In diesem Moment kommt es zur Selbstentzündung des Stoffes. Die Selbstentzündungstemperatur brennbarer Stoffe ist unterschiedlich.

Der oben diskutierte Prozess der Selbstentzündung ist ein charakteristisches Phänomen, das allen brennbaren Stoffen innewohnt, unabhängig davon, in welchem ​​Aggregatzustand sie sich befinden. In der Technik und im Alltag kommt es jedoch zur Verbrennung von Stoffen durch Einwirkung von Flammen, Funken oder glühenden Gegenständen.

Die Temperatur dieser Zündquellen liegt immer über der Selbstentzündungstemperatur brennbarer Stoffe, sodass die Verbrennung sehr schnell erfolgt. Selbstentzündliche Stoffe werden in drei Gruppen eingeteilt. Zu den ersten gehören Stoffe, die sich bei Kontakt mit Luft spontan entzünden können, zur zweiten bei schwach erhitzten Gegenständen. Zur dritten Gruppe gehören Stoffe, die sich bei Kontakt mit Wasser spontan entzünden.

Beispielsweise können Pflanzenprodukte, Holzkohle, Eisensulfate, Braunkohle, Fette und Öle, Chemikalien und Gemische zur Selbstentzündung neigen.

Unter den pflanzlichen Produkten neigen Heu, Stroh, Klee, Blätter, Malz und Hopfen zur Selbstentzündung. Besonders anfällig für Selbstentzündung sind unzureichend getrocknete Pflanzenprodukte, bei denen die lebenswichtige Aktivität der Pflanzenzellen weiterhin besteht.

Nach der Bakterientheorie trägt das Vorhandensein von Feuchtigkeit und ein Temperaturanstieg aufgrund der lebenswichtigen Aktivität von Pflanzenzellen zur Vermehrung von in Pflanzenprodukten vorhandenen Mikroorganismen bei. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit pflanzlicher Produkte staut sich die freigesetzte Wärme nach und nach und die Temperatur steigt.

Bei erhöhten Temperaturen sterben Mikroorganismen ab und verwandeln sich in porösen Kohlenstoff, der sich aufgrund intensiver Oxidation aufheizt und daher nach Mikroorganismen die nächste Wärmefreisetzungsquelle darstellt. Die Temperatur in Pflanzenprodukten steigt auf 300 °C und sie verbrennen spontan.

Auch Holzkohle, Braun- und Steinkohle sowie Torf entzünden sich durch starke Oxidation durch Luftsauerstoff spontan.

Pflanzliche und tierische Fette können sich spontan entzünden, wenn sie auf zerkleinerte oder faserige Materialien (Lumpen, Seile, Werg, Matten, Wolle, Sägemehl, Ruß usw.) aufgetragen werden.

Wenn zerkleinerte oder faserige Materialien mit Öl benetzt werden, verteilt es sich auf der Oberfläche und beginnt bei Kontakt mit Luft zu oxidieren. Gleichzeitig mit der Oxidation findet im Öl der Prozess der Polymerisation (Zusammenfügung mehrerer Moleküle zu einem) statt. Sowohl der erste als auch der zweite Prozess gehen mit einer erheblichen Wärmefreisetzung einher. Wird die erzeugte Wärme nicht abgeführt, steigt die Temperatur im geölten Material und kann die Selbstentzündungstemperatur erreichen.

Einige Chemikalien können sich an der Luft spontan entzünden. Dazu gehören Phosphor (weiß, gelb), Phosphorwasserstoff, Zinkstaub, Aluminiumpulver, Metalle: Rubidium, Cäsium usw. Alle diese Stoffe können an der Luft unter Freisetzung von Wärme oxidieren, wodurch die Reaktion beschleunigt wird -Zündung.

Kalium, Natrium, Rubidium, Cäsium, Calciumcarbid, Karbide von Alkali- und Erdalkalimetallen verbinden sich heftig mit Wasser und setzen bei Wechselwirkung brennbare Gase frei, die sich bei Erhitzung durch die Reaktionswärme spontan entzünden.

Wenn Oxidationsmittel wie komprimierter Sauerstoff, Chlor, Brom, Fluor, Salpetersäure, Natrium- und Bariumperoxid, Kaliumpermanganat, Nitrat usw. mit organischen Substanzen vermischt werden, kommt es zum Prozess der Selbstentzündung dieser Gemische.

Die Brandgefahr von Stoffen und Materialien wird nicht nur durch ihre Zündfähigkeit bestimmt, sondern auch durch eine Vielzahl weiterer Faktoren: die Intensität des Verbrennungsprozesses selbst und die mit der Verbrennung einhergehenden Phänomene (Rauchbildung, giftige Dämpfe usw.), die Möglichkeit, diesen Prozess zu stoppen. Ein allgemeiner Indikator für Brandgefahr ist die Entflammbarkeit.

Nach diesem Indikator werden alle Stoffe und Materialien herkömmlicherweise in drei Gruppen eingeteilt: nicht brennbar, langsam brennend, brennbar.

Als nicht brennbar gelten Stoffe und Materialien, die in der Luft nicht brennbar sind (ca. 21 % Sauerstoff). Dazu gehören Stahl, Ziegel, Granit usw. Es wäre jedoch ein Fehler, nicht brennbare Materialien als feuersicher einzustufen. Starke Oxidationsmittel (Salpeter- und Schwefelsäure, Brom, Wasserstoffperoxid, Permanganate usw.) gelten als nicht brennbar, aber brennbar; Stoffe, die beim Erhitzen bei Reaktion mit Wasser brennbare Gase freisetzen, Stoffe, die mit Wasser unter Freisetzung großer Wärmemengen reagieren, zum Beispiel Branntkalk.

Relativ brennbar sind Stoffe und Materialien, die an der Luft einer Zündquelle brennen können, nach deren Entfernung jedoch nicht selbständig brennen können.

Brennbare Stoffe sind Stoffe und Materialien, die zur Selbstentzündung fähig sind, sich von einer Zündquelle entzünden und nach ihrer Entfernung brennen.

Bei der Verbrennung von Holz erfolgt die Oxidation seiner Bestandteile zu Kohlendioxid CO 2 und Wasser H 2 O.

Zur Durchführung dieses Prozesses sind eine ausreichende Menge an Oxidationsmittel (Sauerstoff) und eine Erwärmung des Holzes auf eine bestimmte Temperatur erforderlich.

Beim Erhitzen ohne Zugang zu Sauerstoff kommt es zur thermischen Zersetzung des Holzes (Pyrolyse), wodurch Kohle, Gase, Wasser und flüchtige organische Substanzen entstehen.

In Übereinstimmung mit der von G. F. Knorre und anderen Wissenschaftlern entwickelten Theorie lässt sich die Verbrennung von Holz wie folgt darstellen.

Zu Beginn des Erhitzens verdunstet die Feuchtigkeit aus dem Holz. Anschließend kommt es zur thermischen Zersetzung seiner Bestandteile. Die Bestandteile des Holzes sind größtenteils oxidiert, sodass sie sich bei niedrigen Temperaturen zersetzen. Die Bildung flüchtiger Stoffe erreicht ihr Maximum (bis zu 85 Gew.-% beginnt bei etwa 160°C und trockenem Holz) bei 300°C.

Die Produkte der primären Zersetzung von Holz gehen durch komplexe Oxidations- und Reduktionsprozesse in einen gasförmigen Zustand über, in dem sie sich leicht mit Sauerstoffmolekülen vermischen können und ein brennbares Gemisch bilden, das sich unter bestimmten Bedingungen (Sauerstoffüberschuss, ausreichend hoch) entzündet Temperatur). Je nach Holzqualität entzündet es sich bei 250-350°.

Am äußeren Rand der Flamme verbrennen vergaste Produkte, während im Inneren der Flamme die flüchtigen Produkte der Holzpyrolyse in einen gasförmigen Zustand übergehen.

Das Leuchten der Flamme wird dadurch verursacht, dass an ihrem äußeren Rand heiße Kohlenstoffpartikel in CO 2 mit einem Überschuss an Sauerstoff verbrennen. Im Gegensatz dazu hat bei Sauerstoffmangel bei relativ niedrigen Temperaturen die Flamme eine rötliche Farbe und es wird durch unverbrannte Kohlenstoffpartikel eine erhebliche Menge Ruß freigesetzt.

Je größer die Sauerstoffzufuhr, desto höher die Temperatur, desto größer und heller die Flamme.

Das Aussehen der Flamme hängt auch von der Zusammensetzung des Holzes und vor allem vom Gehalt an Kohlenwasserstoffen und Harzen ab. Die meisten Harze kommen in Kiefern und Birken vor, die beim Verbrennen eine dicke, helle Flamme erzeugen. Die Flamme der Espe, deren flüchtige Stoffe mehr Kohlenmonoxid und weniger Kohlenwasserstoffe enthalten, ist klein, transparent und hat einen bläulichen Farbton. Beim Verbrennen von Erle, die wenig Harz enthält, entsteht zudem eine kürzere und transparentere Flamme.

Der Ablauf der thermischen Zersetzung von Sägemehl bei der Entstehung von Räucherrauch lässt sich grob durch die folgenden Stufen darstellen.

In der ersten Stufe erwärmt sich das nächste „frische“ Sägemehlpartikel unter dem Einfluss eines heißen Gemisches aus Dämpfen und Gasen und der Wärmestrahlung benachbarter brennender Partikel auf 150-160°. Während dieser Zeit verdunstet die Feuchtigkeit hauptsächlich; es ist keine merkliche Abnahme des Partikelvolumens zu beobachten.

In den Folgestufen steigt auch die Temperatur des Partikels, wodurch es zu einer thermischen Zersetzung der organischen Masse des Holzpartikels und zur Entzündung eines Teils der vergasten Pyrolyseprodukte unter Wärmefreisetzung kommt; Einige der flüchtigen Stoffe werden zusammen mit einer bestimmten Menge unverbranntem Kohlenstoff (Ruß) durch Konvektionsströme nach oben getragen und bilden Rauch. Am Ende des Prozesses der Holzzersetzung und der Freisetzung flüchtiger Verbindungen nimmt die Partikelgröße merklich ab.

Kohle (fester Kohlenstoff), die bei der thermischen Zersetzung von Sägemehl entsteht, wird durch die bei der Oxidation einiger flüchtiger Verbindungen freigesetzte Wärme erhitzt und beginnt mit Kohlendioxid und Sauerstoff zu reagieren:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Dadurch entsteht eine kleine, durchscheinende bläuliche Flamme der Kohlenmonoxidverbrennung.

Das Volumen des Partikels schrumpft weiter; Im letzten Stadium entsteht Asche. Unter dem Einfluss der erzeugten Wärme beginnt sich das nächste „frische“ Sägemehlpartikel zu erwärmen.

Der Mechanismus und die Chemie der Holzverbrennung in Form von Brennholzscheiten, Spänen oder einem Haufen Sägemehl sind gleich. Es gibt Unterschiede in den quantitativen und qualitativen Aspekten des Verbrennungsprozesses selbst, also der Oxidation organischer Verbindungen mit Sauerstoff bei der Verwendung von Brennholz oder Sägemehl.

Hier stehen wir vor den Konzepten der sogenannten vollständigen und unvollständigen Verbrennung. Bei der vollständigen Verbrennung werden flüchtige, dampfförmige und gasförmige Stoffe vollständig zu Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert (oder verbrannt).

Ein Beispiel für eine vollständige Verbrennung ist die Oxidationsreaktion eines der Bestandteile von Rauchrauch – Methylalkohol CH 3 OH:

CH 3 OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Reaktionen und Oxidationen anderer organischer Verbindungen, die bei der thermischen Zersetzung von Holz entstehen, können ähnlich ablaufen.

Durch die vollständige Verbrennung entsteht ein Dampf-Gas-Gemisch, das aus Kohlendioxid und Wasserdampf besteht, keine Räucherbestandteile enthält und für das Räuchern wertlos ist.

Um für die Räucherproduktion geeigneten Rauch zu erhalten, müssen Bedingungen für eine unvollständige Verbrennung von Holz geschaffen werden. Dazu wird beispielsweise eine Schicht angefeuchtetes Sägemehl auf das Brennholz gelegt, wodurch die Brennzone und -intensität deutlich reduziert wird. Bei unvollständiger Verbrennung werden flüchtige organische Stoffe nur teilweise oxidiert und der Rauch ist mit Rauchbestandteilen gesättigt.

Die Oxidationstiefe von Holzpyrolyseprodukten hängt von der Sauerstoffmenge sowie von der Verbrennungstemperatur und der Geschwindigkeit der Entfernung flüchtiger Stoffe aus der Verbrennungszone ab.

Bei Sauerstoffmangel verläuft die Oxidation flüchtiger Stoffe, beispielsweise Methylalkohol, nach folgender Reaktion:

2CH 3 OH + O 2 → 2C + 4H 2 O

Unverbrannte Kohlenstoffpartikel, die die Flammenzone verlassen, kühlen schnell ab und bilden zusammen mit anderen Holzzersetzungsprodukten, die nicht vollständig oxidiert sind, Rauch. Ein Teil davon setzt sich in Form von Ruß (Ruß) an den Wänden der Räucherkammern ab. Ist die Isolierung der Räucherkammern nicht gut genug, setzen sich auch an deren Wänden kondensierte, dampfförmige, flüchtige Rauchstoffe (Harz, Teer) ab.

Bei tieferer, aber auch unvollständiger Oxidation brennbarer Stoffe entsteht Kohlenmonoxid:

CH 3 OH + O 2 → CO + 2H 2 O

Somit ist die Sauerstoffmenge einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf die chemische Zusammensetzung des Rauchs, insbesondere die Änderung des Gehalts an Methylalkohol, Formaldehyd und Ameisensäure. So entsteht bei begrenztem Luftzugang zur Verbrennungszone aus Methylalkohol Ameisenaldehyd:

CH 3 OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Wenn mehr Luft und damit Sauerstoff eindringt, wird der entstehende Formaldehyd zu Ameisensäure oxidiert:

2CH 2 O + O 2 → 2CHOOH

Bei überschüssiger Luft wird Ameisensäure vollständig zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert:

2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Bei der Verbrennung anderer Pyrolyseprodukte entstehen je nach Oxidationsgrad ebenfalls organische Stoffe, die die Zusammensetzung des Rauches beeinflussen.

Die Verbrennungstemperatur hängt auch von der Menge an Sauerstoff ab, die in die Verbrennungsschicht gelangt. Unter normalen Bedingungen kann Holz in Form von Scheitholz nicht ohne Flamme und damit ohne Wärmeabgabe brennen. Dabei wird eine deutlich größere Menge der aus der organischen Holzmasse gebildeten Stoffe oxidiert als bei der Verbrennung (Schwelung) von Sägemehl. Daher wird ein erheblicher Teil der flüchtigen Stoffe beim Verbrennen von Holz nicht zum Räuchern verwendet, und der Rauch ist in seiner Zusammensetzung schlechter als der Rauch, der bei der langsamen Verbrennung von Sägemehl entsteht. Wenn brennendes Brennholz mit nassem Sägemehl gefüllt wird, erhöht sich die Rauchmenge, aber auch in diesem Fall wird das Brennholz unwirtschaftlich verbraucht.

Das Temperaturregime der natürlichen Verbrennung (Schwelung) von Sägemehl ist im Vergleich zur Verbrennung von Brennholz deutlich milder. Beim Verbrennen der nach der Freisetzung flüchtiger Stoffe verbleibenden Kohle entsteht eine kleine Flamme. Die entstehende Wärme wird hauptsächlich zum Erhitzen der angrenzenden Sägemehlschichten verwendet, die ohne Zugang zu Sauerstoff thermisch zersetzt werden, da die Luft durch die Dämpfe und Gase der brennenden Schicht verdrängt wird.

Die Verbrennung ist langsam. Ein erheblicher Teil der thermischen Zersetzungsprodukte wird in der Flamme nicht oxidiert, sodass relativ viele flüchtige Stoffe durch Konvektionsströme entfernt werden.

Ein Beispiel für eine unvollständige Verbrennung von Sägemehl ist die Verbrennung mit ungezwungener Unterluftzufuhr. In diesem Fall verbrennt nur die unterste Sägemehlschicht vollständig. Heiße Gase und Dämpfe verdrängen die Luft und erhitzen die obersten Schichten des Sägemehls, wodurch es zu einer trockenen Destillation des Holzes kommt, wodurch Kohle, Gase, Wasser und organische Verbindungen entstehen. Bei gleichmäßiger Zufuhr von frischem Sägemehl von oben verbrennt nur die untere Kohleschicht, die durch Trockendestillation der darüber liegenden Schicht entsteht. Dadurch entsteht Rauch, der stärker mit flüchtigen organischen Verbindungen gesättigt ist.

Der beste Weg, Rauch mit hohem Räucheranteil zu erzeugen, ist die Erzeugung in Raucherzeugern, die mit Sägespänen arbeiten und das Räuchermedium durch Gas, Totdampf oder Elektrizität erhitzen, sowie in Reibungsraucherzeugern. In diesem Fall entsteht Rauch mit einem hohen Gehalt an flüchtigen organischen Verbindungen, was auf die niedrigen Temperaturen der Rauchbildung und eine leichte Oxidation der primären Zerfallsprodukte des Holzes zurückzuführen ist.

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Die Verbrennungsgeschwindigkeit von Stoffen und Materialien in Sauerstoff (flüssig und gasförmig) ist 10-100-mal höher als in Luft. Besonders hoch sind die Verbrennungsgeschwindigkeiten organischer Verbindungen. 

In der Natur kommt Kohlenmonoxid nur in Gasen aus Vulkanen, Minen und Sümpfen vor. In der Industrie wird Kohlenmonoxid durch Trockendestillation sowie durch Vergasung von Kohle hergestellt. Darüber hinaus entsteht es bei der Verbrennung organischer Verbindungen unter Sauerstoffmangel. Beispielsweise entsteht bei der vollständigen Verbrennung von Methan Kohlendioxid 

Die ungefähre Konstanz von Tal, co wird wie folgt erklärt. Wie oben erwähnt, erfolgt die Verbrennung organischer Verbindungen in der Luft in zwei Stufen. Gleichzeitig schränke ich ein 

Die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte hängt von der Zusammensetzung des brennenden Stoffes, den Bedingungen, unter denen die Verbrennung stattfindet, und vor allem von der Vollständigkeit der Verbrennung ab. Verbrennungsprodukte können viele anorganische Stoffe (Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Phosphor usw.) und deren Oxide sowie Alkohole, Ketone, Aldehyde und andere organische Verbindungen enthalten. Der beim Verbrennungsprozess entstehende Rauch besteht aus winzigen Feststoffpartikeln mit einer Größe von 0,01 bis 1,5 Gramm 

Bei moderaten Verbrennungstemperaturen – üblicherweise bis zu 2000–2200 °K für 1 at (abs) – wird die Gleichgewichtszusammensetzung der adiabatischen Reaktionsprodukte vieler Systeme bestehend aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff durch einfache stöchiometrische Beziehungen mit guter Genauigkeit bestimmt. Solche Systeme, die bei der Verbrennung von Gemischen verschiedener organischer Verbindungen mit Sauerstoff entstehen, sind die häufigste Art von Verbrennungsprodukten. Im Falle einer Selbstbeteiligung 

Die spezifische Wirkung hemmender Zusätze ist begrenzt. Am wirksamsten sind Derivate gesättigter Kohlenwasserstoffe, bei denen die meisten Wasserstoffatome durch Halogenatome ersetzt sind. Halogenderivate organischer Verbindungen, die oxidieren können, behindern die Verbrennung und verringern die normale Flammengeschwindigkeit, offenbar nur bei Gemischen mit überschüssigem Brennstoff. Die Zugabe solcher Produkte zu mageren Mischungen kann aufgrund der Erhöhung des Kaloriengehalts der Mischung die Flammengeschwindigkeit erhöhen. 

Zum Abschluss der Übersicht über Studien zur Theorie der Verbrennung heterogener Systeme, die sich mit der Identifizierung der Rolle der Strahlung befassen, stellen wir Folgendes fest. In der Literatur gibt es experimentelle Hinweise auf die Existenz eines Strahlungsmechanismus für die Entzündung von Aerosolen einiger Metalle und kohlenstoffhaltiger Verbindungen durch Strahlung aus brennenden Aerosolen aus Zirkonium und Titan. Bei einer Reihe hochmolekularer organischer Verbindungen, darunter auch Polymere, kann bei der Vergasung des Stoffes unter dem Einfluss äußerer Strahlung die Bildung von Koksrückständen beobachtet werden. Die entstehenden kohlenstoffreichen Verbindungen können grundsätzlich in einem frischen Aerosol zu Zündherden werden. Schätzungen zeigen jedoch, dass die praktische Umsetzung des Erhitzungsschemas der Verbrennungsprodukte - Partikel des Frischgemisches -> - Vergasung unter Koksbildung -> Selbstentzündung flüchtiger Stoffe bei sehr breiten Flammenfronten erfolgt (Kanaldurchmesser beträgt mehrere Meter). ), wenn bereits gasdynamische Effekte berücksichtigt werden müssen. Dennoch muss die Energiebilanz in der Flammenfront bei der Verfeinerung der berechneten Eigenschaften insbesondere die Wärmeübertragung durch Strahlung berücksichtigen (nach Schätzungen von Palmer beträgt der Anteil der Strahlung an der Wärmeübertragung für Systeme unterschiedlicher Größenordnung weniger als 20 %). für Großprozesse. 

Der Prozess der Verbrennung von in der Luft verteilten Polymerpartikeln hat viel mit der Verbrennung von Aerosolen anderer organischer Substanzen gemeinsam. Unter dem Einfluss des Wärmeflusses von der Zündquelle (bei der Zündung) oder von der Flammenfront (bei der Ausbreitung der Flammenfront) werden die Partikel erhitzt. Mit der Erwärmung geht ein Prozess der thermisch-oxidativen Zerstörung einher, der zur Bildung niedermolekularer gasförmiger Produkte führt. In der Flammenzone verbrennen diese niedermolekularen Produkte bis zum Endzustand (unter den für die Verbrennung günstigsten Bedingungen – zu CO2 und H20). Die Zusammensetzung der Produkte der thermisch-oxidativen Zerstörung hängt von der chemischen Struktur der Polymermakromoleküle sowie den Zünd- und Verbrennungsbedingungen ab. Im Allgemeinen bestehen Polymere aus brennbaren und nicht brennbaren Teilen. Der brennbare Teil besteht aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid, gesättigten und ungesättigten niederen Kohlenwasserstoffen, niederen Aldehyden, Ketonen, Alkoholen und anderen organischen Verbindungen. Der nicht brennbare Teil umfasst Wasserdampf, Stickstoff, Kohlendioxid und Halogenwasserstoffe. 

Die zur Spaltung aufgewendete Energie wird Bindungsbruchenergie genannt. Es beträgt 50-100 kcal-mol-1. Bei geringer Energiezufuhr werden zunächst die geschwächten Bindungen aufgebrochen. Bei Verbrennungsreaktionen erfolgt die Bildung von Radikalen fast ausschließlich durch Pyrolyse. Bei der Pyrolyse organischer Verbindungen können drei Fälle auftreten:  

Ausbildung. PAK entstehen durch Pyrolyse oder unvollständige Verbrennung organischer Stoffe, die Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten. Bei hohen Temperaturen entstehen bei der Pyrolyse organischer Verbindungen Molekülfragmente und Radikale, die sich zu PAKs verbinden. Die Zusammensetzung des Endprodukts der Pyrolysesynthese hängt vom Brennstoff, der Temperatur und der Unterbrechungszeit in der Verbrennungszone ab. Zu den Brennstoffen, nach deren Verbrennung PAKs entstehen, gehören Methan, andere Kohlenwasserstoffe, Lignine, Peptide, Lipide usw. Verbindungen mit verzweigten Ketten, ungesättigten Bindungen oder zyklischen Strukturen begünstigen jedoch im Allgemeinen die Bildung von PAKs. Offensichtlich werden PAKs in Form von Dämpfen aus der Verbrennungszone freigesetzt. Aufgrund des niedrigen Dampfdrucks konzentrieren sich die meisten PAKs sofort auf Rußpartikel oder bilden selbst winzige Partikel. PAKs, die in Form von Dampf in die Atmosphäre gelangen, werden von in der Luft befindlichen Partikeln adsorbiert. Auf diese Weise in der Luft verteilte PAK-haltige Aerosole können durch den Wind über große Entfernungen getragen werden. 

Verbreitung. Kohlenmonoxid entsteht durch die Verbrennung von organischem Material wie Kohle, Holz, Papier, Öl, Benzin, Gas, Sprengstoffen oder jeder anderen Art von Karbonatmaterial unter Bedingungen von unzureichender Luft oder Sauerstoff. Wenn der Verbrennungsprozess unter übermäßiger Luftzufuhr erfolgt und die Flamme keine Oberflächen berührt, entsteht kein Kohlenmonoxid. CO entsteht, wenn eine Flamme mit einer Oberfläche in Kontakt kommt, deren Temperatur niedriger ist als die Zündtemperatur des gasförmigen Teils der Flamme. 90 % des atmosphärischen CO werden auf natürliche Weise erzeugt und 10 % werden durch menschliche Aktivitäten erzeugt. Fahrzeugmotoren sind für 55 bis 60 % der gesamten CO-Menge künstlichen Ursprungs verantwortlich. Abgase von Benzinmotoren (elektrische Zündung) sind eine häufige Quelle der CO-Bildung. Die Abgase von Dieselmotoren (Selbstzündung) enthalten etwa 0,1 % CO, wenn der Motor ordnungsgemäß läuft. Ein falsch eingestellter, überlasteter oder schlecht gewarteter Dieselmotor kann jedoch erhebliche Mengen CO ausstoßen. Thermische oder katalytische Nachbrenner in den Abgasrohren reduzieren die CO-Menge deutlich. Weitere wichtige CO-Quellen sind Gießereien, katalytische Cracker in Erdölraffinerien, Kohle- und Holzdestillationsprozesse, Kalköfen und Reduktionsöfen in Kraftpapierfabriken, die Herstellung von synthetischem Methanol und anderen organischen Verbindungen aus Kohlenmonoxid, das Sintern von Hochofenbeschickungen, die Herstellung von Karbiden, Formaldehydproduktion, Rußanlagen, Koksofenbatterien, Gasanlagen und Abfallbehandlungsanlagen. 

Konzentrationen von Verunreinigungen, die vor allem aus mit dem Verbrennungsprozess verbundenen Quellen stammen, unterliegen extrem großen zeitlichen Veränderungen und ihre Freisetzung erfolgt stoßweise. Gelegentliche Freisetzungen von VOCs durch menschliche Aktivitäten wie Malen oder Lackieren führen ebenfalls zu großen zeitlichen Schwankungen der Emissionen. Andere Emissionen, wie die Freisetzung von Formaldehyd aus Holzprodukten in die Raumluft, können je nach Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen im Gebäude variieren, ihre Emissionen sind jedoch kontinuierlich. Die Emission organischer Chemikalien aus anderen Materialien wird möglicherweise weniger von Temperatur und Luftfeuchtigkeit beeinflusst, ihre Konzentration in der Raumluft wird jedoch stark von der Belüftung dieser Räumlichkeiten beeinflusst. 

Es sollte betont werden, dass die katalytischen Wirkungen für organische Verbindungen sehr groß sind. Somit übertraf die Verbrennungsgeschwindigkeit von Ammoniumperchlorat mit dem wirksamsten Katalysator – Kupferoxinat – bei 300 atm die Verbrennungsgeschwindigkeit von reinem Perchlorat um das 21-fache. Und selbst bei 1000 atm brannte Perchlorat mit Kupferoxinat viermal schneller als reines Perchlorat. 

In der Tabelle 25 fasst die erhaltenen Ergebnisse zusammen und zeigt die Werte von B und V in der Verbrennungsgleichung. Beachten Sie, dass das Vorhandensein von Ammoniak im Molekül einer organischen Verbindung (Ammoniumsalicylat) die Verbrennungsgeschwindigkeit nicht beeinflusst – die Kurven für Mischungen von Ammoniumperchlorat mit Ammoniumsalicylat und Salicylsäure stimmen überein. 

Bei der vollständigen Verbrennung der meisten Stoffe entstehen Kohlendioxid, Schwefeldioxid und Wasserdampf. Bei unvollständiger Verbrennung entstehen Kohlenmonoxid, Alkohole, Ketone, Aldehyde, Säuren und andere komplexe organische Verbindungen. Sie alle entstehen durch einen Mangel an Luftsauerstoff in der Verbrennungszone. Diese Produkte sind brennbar und können mit Luft explosive Gemische bilden, wodurch sich die Brandgefahr erhöht. Darüber hinaus sind Produkte unvollständiger Verbrennung oft ätzend und giftig, was die Arbeit der Feuerwehrleute erschwert. 

Aus Sicht der Sicherheitsvorkehrungen in chemischen Laboratorien verdienen Stickstoffverbindungen besondere Aufmerksamkeit. Viele seiner anorganischen und organischen Verbindungen sind hochgiftig; viele werden zur Herstellung von Sprengstoffen verwendet. Stickstoff selbst hat weder toxische noch reizende Eigenschaften; er verhält sich im Verbrennungsprozess passiv. Wenn jedoch große Konzentrationen davon eingeatmet werden, entwickelt eine Person pathologische Phänomene, die mit Sauerstoffmangel einhergehen (Caisson-Krankheit). Gleichzeitig ist Stickstoff in verschiedenen Formen seiner Verbindungen an lebenswichtigen physiologischen Prozessen beteiligt. Störungen im normalen Ablauf des Stickstoffstoffwechsels im Körper führen oft zu schweren Erkrankungen. Die folgenden Stickstoffverbindungen werden in Laboratorien häufig verwendet: Salpetersäure und salpetrige Säure, Ammoniak, Nitrosylchlorid usw. 

Bekanntlich werden alle chemischen Reaktionen in homogene, in der Masse ablaufende und heterogene, an der Grenzfläche ablaufende, unterteilt. Der Verbrennungsprozess fester Stoffe ist heterogen. Daher spielen bei diesem Prozess auch die Größe und Beschaffenheit der Oberfläche der festen Phase und deren Variabilität eine herausragende Rolle. Damit eine Verbrennung stattfinden kann, sind ein für diesen Prozess geeignetes System (eine brennbare Substanz und ein Oxidationsmittel) und ein Impuls erforderlich, der eine chemische Verbrennungsreaktion auslöst. Zu den Brennstoffen, die mit einem Oxidationsmittel interagieren können, gehören zahlreiche Flüssigkeiten und Gase sowie viele Feststoffe: Metalle in freier Form, Schwefel in elementarer und gebundener Form und die meisten organischen Verbindungen. Oxidationsmittel bei Verbrennungsprozessen sind Sauerstoff (Luft), Ozon, Peroxide, sauerstoffreiche Stoffe (Nitroverbindungen, Salpetersäure, Perchlorate, Nitrate), Halogene. 

Bei der Verbrennung handelt es sich um eine intensive chemische Oxidationsreaktion, die mit der Freisetzung von Wärme und Glühen einhergeht. Die Verbrennung erfolgt in Gegenwart einer brennbaren Substanz, eines Oxidationsmittels und einer Zündquelle. Sauerstoff, Salpetersäure, Natriumperoxid, Berthollet-Salz, Perchlorate, Nitroverbindungen usw. können im Verbrennungsprozess als Oxidationsmittel wirken. Viele organische Verbindungen, Schwefel, Schwefelwasserstoff, Pyrite, die meisten Metalle in freier Form, Kohlenmonoxid, Wasserstoff usw usw. 

Die meisten Sprengstoffe dieser Gruppe sind sauerstoffhaltige organische Verbindungen, die zur teilweisen oder vollständigen intramolekularen Verbrennung fähig sind. 

Freone sind im Gegensatz zu Wasserschaumprodukten und inerten Verdünnungsmitteln Verbrennungsinhibitoren, also Stoffe, die aktiv in chemische Prozesse eingreifen und diese hemmen können. Freone hemmen die Verbrennung organischer Substanzen (Erdölprodukte, Lösungsmittel usw.) am wirksamsten und hemmen die Verbrennung von Wasserstoff, Ammoniak und einigen anderen Substanzen weitaus weniger wirksam. Freone sind zum Löschen von Metallen, vielen metallorganischen Verbindungen, einigen Metallhydriden und auch dann nicht akzeptabel, wenn das Oxidationsmittel in einem Feuer nicht Sauerstoff, sondern andere Stoffe (z. B. Halogene, Stickoxide) ist. 

Die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte hängt von der Zusammensetzung des brennenden Stoffes, den Bedingungen, unter denen die Verbrennung stattfindet, und vor allem von der Vollständigkeit der Verbrennung ab. Verbrennungsprodukte können viele anorganische Stoffe (Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff, Schwefel, Phosphor usw.) und deren Oxide sowie Alkohole, Ketone, Aldehyde und andere organische Verbindungen enthalten. Der beim Verbrennungsprozess entstehende Rauch besteht aus winzigen Feststoffpartikeln mit einer Größe von 0,01 bis 1 Mikrometer. 

Für unpolare organische Verbindungen liegt er nahe bei eins; für schwach polare Verbindungen kann man ungefähr =1,06 annehmen. Bei Ölproduktbränden mit einer Brandfläche von mehr als 10 m2 lässt sich die Abbrandgeschwindigkeit (in m/s) näherungsweise anhand der empirischen Formel ermitteln 

Die linke Seite der Gleichungen (6.2) und (6.3) drückt die absolute Enthalpie (innere Energie) der anfänglichen brennbaren Mischung bei der Anfangstemperatur T0 aus, und die rechte Seite drückt die Enthalpie (innere Energie) der Mischung von Verbrennungsprodukten bei der Anfangstemperatur T0 aus Verbrennungstemperatur Tt oder Explosion Gvzr. Eine detaillierte Methode zur Berechnung der Verbrennungstemperatur organischer Verbindungen auf der Grundlage dieser Ideen wird in den nächsten beiden Abschnitten beschrieben. Dabei werden nur Systeme aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Argon betrachtet, da die genaue thermodynamische Berechnung von Systemen mit anderen Elementen ohne Einsatz eines Computers äußerst komplex ist und den Rahmen dieses Buches sprengt. Näherungsberechnungsmethoden sind wirkungslos und werden daher auch nicht angegeben. 

Akute und chronische Vergiftungen sind auch beim Abfüllen, Filtrieren, Reinigen und Transportieren von Hg bei der Herstellung von Quecksilberfulminat möglich (gleichzeitig können Stickoxide, Ester der Salpetersäure, Dämpfe flüchtiger organischer Verbindungen und Blausäure in die Luft freigesetzt werden). Luft) bei der Gewinnung von Edelmetallen aus Erzen und Legierungen, Schrott, Abfälle aus verschiedenen elektrolytischen Prozessen bei der Arbeit mit Photoreagenzien, die bei verschiedenen chemischen Prozessen und Vorgängen enthalten sind (z. B. bei der Herstellung synthetischer Essigsäure bei der Analyse organischer Verbindungen). Bestimmung von Stickstoff) beim Imprägnieren von Schwellen, Masten und verschiedenen Holzkonstruktionen zum Zweck der Konservierung bei Verwendung 1 als Zonen-(Isolier-)Flüssigkeit bei der Herstellung von Elektroden und Elektrobatterien beim Reinigen, Schweißen oder Reparieren von Kesseln, die zuvor beim Lackieren enthalten waren die Unterwasserteile von Seeschiffen (Goldwater und Jeffers) bei der Überwachung von Wassermessanlagen, manchmal bei Bränden in Quecksilberminen ( Kulbasov Mirochnik), bei der Explosion von Quecksilberlampen, beim Verbrennen sogenannter Pharaonenschlangen (Quecksilberrhodanid), der Explosion von Quecksilberfulminat in der Nähe von Quecksilberfabriken bei verschiedenen Arbeiten mit H, insbesondere bei der Herstellung von Quecksilberkolben (kleine Gleichrichter) und bei der Herstellung von Thermometern. 

Allerdings ist die spezifische Wirkung hemmender Zusätze begrenzt. Am wirksamsten sind Halogenide, bei denen die meisten Wasserstoffatome durch ein Halogen ersetzt sind. Halo-Derivate organischer Verbindungen, die oxidiert werden können, behindern offenbar die Verbrennung nur brennbarer Gemische. Die Zugabe solcher Produkte zu mageren Mischungen kann aufgrund der Erhöhung des Kaloriengehalts der Mischung sogar zu einer Erhöhung der Flammengeschwindigkeit führen. 

Bei der Verbrennung von Stoffen entstehen gasförmige, flüssige und feste Produkte; bei der vollständigen Verbrennung entstehen CO2, H20, NO3 und P205, also Stoffe, die nicht brennen und die Verbrennung nicht unterstützen. Bei unvollständiger Verbrennung organischer Stoffe entstehen vielfältigere Produkte. Zu ihrer Zusammensetzung gehören neben den Produkten der vollständigen Verbrennung auch Kohlenmonoxid, Alkohole, Ketone, Aldehyde, Säuren und andere komplexe organische Verbindungen. Produkte unvollständiger Verbrennung sind oft giftig, können brennen und mit Luft explosive Gemische bilden. Die Produkte vollständiger und unvollständiger Verbrennung erzeugen Rauch unterschiedlicher Zusammensetzung. Rauch besteht aus winzigen festen Partikeln, die in einer Art Gas schweben. Bei den Feststoffpartikeln handelt es sich überwiegend um Kohlenstoff mit einem Durchmesser von 0,002 bis 1 mm. Diese Partikel setzen sich leicht in Form von Ruß oder Ruß ab. 

Bei der Verbrennung entstehen gasförmige, flüssige und feste Produkte. Bei vollständiger Verbrennung – CO2, HgO, BO2 und P2O5, bei unvollständiger Verbrennung entstehen vielfältigere Produkte, zu denen neben den Produkten der vollständigen Verbrennung auch Kohlenmonoxid, Ketone, Aldehyde, Säuren und andere komplexe organische Verbindungen gehören. Produkte unvollständiger Verbrennung sind oft giftig, können brennen und mit Luft explosive Gemische bilden. 

Natrium Na, ein silbrig-weißes weiches Metall. Bei. Gewicht 22.997 Fleisch. 970 kg/m3, Schmp. 97,7°C Kp. 883° vom Schlag. elektr. Widerstand bei 20 °C 4,879 10" Ohm cm. Verbrennungswärme bis zu Na2O2 2600 kcal/kg Wärmeleitfähigkeitskoeffizient in cal/(cm s Grad) 0,317 bei 21 °C, 0,205 bei 100 °C. Hat eine hohe Reaktivität. Beim Erhitzen Luft entzündet sich leicht. Verbrennungstemperatur ca. 900°C; Selbstentzündungstemperatur 330-360°C (in der Luft), 97-106°C (in Gegenwart von Natriumperoxid). Mindestsauerstoffgehalt erforderlich für Verbrennung, 5 % Vol. Ausbrandrate 0,7-0,9 kg/(m -min) Bei der Verbrennung im Überschuss an Sauerstoff entsteht Na22-Peroxid, das sehr heftig mit leicht oxidierbaren Stoffen (Aluminiumpulver, Schwefel, Kohle usw.) reagiert. , manchmal mit einer Explosion. Bei Kontakt mit auf 350 °C erhitztem Metall beginnt die Reaktion mit Wasser unter Freisetzung von Wasserstoff (häufig begleitet von einer Explosion) bildet die Verbrennung explosionsfähige Gemische mit halogenierten Kohlenwasserstoffen. Mit PS-1 und verflüssigten Inertgasen löschen. Beim Löschen in Innenräumen erzielen Argon und Stickstoff die größte Wirkung. Abschrecken siehe auch Metalle. Löschmittel. 

Feuergefährliche Eigenschaften Brennbares Metall. T. selbstentzündlich in Luft 330–360 °C (in Gegenwart von Natriumperoxid 97–106 °C), in Sauerstoff 118 °C MVSA 5 % vol. Burnout-Rate (1,1-1,5) I02 kg/(m3s). Bei der Verbrennung in überschüssigem Sauerstoff entsteht Na2O2, das mit leicht oxidierbaren Stoffen (Aluminiumpulver, Schwefel, Kohle etc.) sehr heftig, teilweise mit Explosion, reagiert. Alkalimetallkarbide sind in einer Kohlendioxidatmosphäre chemisch hochaktiv; sie entzünden sich spontan und reagieren explosionsartig mit Wasser. Festes Kohlendioxid mit geschmolzenem Natrium explodiert bei 350 °C. Die Reaktion mit Eis beginnt bei -98°C unter Freisetzung von Wasserstoff. Wenn erhebliche Mengen Natrium und Wasser in Kontakt kommen, wird die Reaktion von einer Explosion begleitet. Die Wechselwirkung mit Säurelösungen verläuft ähnlich wie die Reaktion mit Wasser. Die Wechselwirkung von Natrium mit organischen Verbindungen hängt von deren Art und Temperatur ab. Natrium, insbesondere geschmolzenes Natrium, bildet unter bestimmten Bedingungen (z. B. bei der Verbrennung) explosionsfähige Gemische mit Halogenkohlenwasserstoffen. Natriumazid NaN3 explodiert bei einer Temperatur nahe seinem Schmelzpunkt. In Chlor und Fluor entzündet sich Natrium bei Raumtemperatur und reagiert mit Brom bei 200 °C unter Explosion. Aufgrund seiner erhöhten chemischen Aktivität wird Natrium unter einer Schicht aus Kerosin oder Mineralöl gespeichert. 

Luftverschmutzung kann bei fast allen Vorgängen beim Bau, bei der Wartung oder Reparatur von Schiffen und Booten entstehen. Zu den Luftschadstoffen, die in vielen Ländern kontrolliert werden, gehören Schwefeloxide, Stickoxide, Kohlenmonoxide, Feinstaub (Rauch, Ruß, Staub usw.), Blei und flüchtige organische Verbindungen. Im Schiffbau und bei der Schiffsreparatur gehören zu den Schadstoffen Verbrennungsquellen wie Kessel- und Metallverarbeitungsanlagen, Generatoren und Öfen. Mikropartikel können als Rauch aus dem Verbrennungsprozess und auch als Staub aus Holzbearbeitungs-, Sandstrahl-, Sandstrahl-, Schleif- und Polierarbeiten sichtbar sein. 

Es ist interessant festzustellen, dass Kupfer(II)-bichromat-Dihydrat im Druckbereich von 250–500 atm wirksamer ist als einige der oben diskutierten organischen Verbindungen, was wahrscheinlich auf die bessere Löslichkeit anorganischer Salze in Wasser zurückzuführen ist einen erheblichen Einfluss auf den Verbrennungsprozess in diesem Druckbereich. Der organische Teil des Moleküls hat auch einen ganz wesentlichen Einfluss auf die katalytische Aktivität kupferhaltiger Verbindungen. Also, vom Tisch. 20 und Abb. In Abb. 88 ist ersichtlich, dass der Koeffizient K je nach organischem Teil des Moleküls bei 50 atm zwischen 1,2 und 3,0 und bei 300 atm zwischen 10 und 21 variieren kann, dieser Unterschied jedoch mit zunehmendem Druck kleiner wird. Darüber hinaus hängt der Unterschied in der katalytischen Effizienz beispielsweise kupferhaltiger organischer Verbindungen nicht mit der absoluten Metallmenge im Verbindungsmolekül zusammen. So enthalten 5 Gew.-% Kupfersalicylat 0,96 g Metall und Kupferoxinat 0,83 g, wobei letztere Verbindung als Katalysator viel wirksamer ist. Ein ähnliches Bild beobachtet man bei natriumhaltigen Salzen, beispielsweise bei 50 bei K – 1,3 für Natriumbenzoat, K = 1,8 für Natriumsalicylat und K = 0,7 für Fuchsin. 

Die paradoxe Abnahme der Verbrennungsgeschwindigkeit von Ammoniumperchlorat in Gegenwart bestimmter organischer Verbindungen (siehe Tabelle 20), insbesondere im Niederdruckbereich, ist wahrscheinlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass, da das Ion eines bestimmten Metalls (z (z. B. Wismut, Quecksilber, Magnesium15 oder Cadmium) hat keine katalytische Wirkung auf den Prozess; der vorherrschende Einfluss ist der organische Teil des Moleküls und insbesondere seine reduzierenden Eigenschaften. Darüber hinaus kann die Beteiligung des Metallions an der Austauschreaktion der zuvor beschriebenen Art und die Verzögerung der Verbrennung durch die Bindung von Perchlorsäure, deren Zersetzungsprodukte ein Oxidationsmittel für die brennbaren Elemente des Perchlorats sind, nicht ausgeschlossen werden aus. 

Basierend auf den Ergebnissen der Tabelle können wir schließen, dass alle von uns untersuchten organischen Verbindungen die Verbrennung von Methan hemmen, jedoch nicht in gleichem Maße. Abhängig von der chemischen Natur haben einige Zusatzstoffe die gleiche Wirksamkeit wie Natriumchlorid (z. B. Polyvinylchlorid), andere sind weniger wirksam (o-Phenylendiamin, Lithiumbenzoat, Siliziumoxid) und andere sind wirksamer (Natriumbenzoat und Salicylat). Indol, Kaliumsalicylat, Natriumdiphthylmethandisulfonat). 

Obwohl viele der von uns untersuchten organischen Verbindungen die Flammenausbreitung in einem stöchiometrischen Methan-Luft-Gemisch wirksamer hemmen als Natriumchlorid, sollte berücksichtigt werden, dass organische Verbindungen am Verbrennungsprozess beteiligt sein und das Gemisch wieder anreichern können. Um diese Annahme zu überprüfen, wurden Experimente durchgeführt, bei denen die untersuchten Additive in das Methan-Luft-Gemisch an der Grenze der mageren Verbrennung (5 % CH) eingebracht wurden. Die experimentellen Ergebnisse sind in der Tabelle dargestellt. 58. Wie aus der Tabelle hervorgeht, sind feste organische Verbindungen, die Alkalimetalle oder Chlor im Molekül enthalten, sowie Verbindungen, die eine Aminogruppe enthalten, tatsächlich Inhibitoren. 

Für jeden Sprengstoff in einem bestimmten Druckbereich gibt es seinen eigenen wirksamsten Verbrennungskatalysator – Vanadiumpentoxid, Bleichromat und Kupferchlorid für Nitroguanidin, Kupfer(II)-bichromat-Dihydrat und Kupferoxinat für Ammoniumperchlorat, sechswertige Chromsalze und -chloride sowie organische Verbindungen von Alkalimetallen für Ammonium Liter. 

Die Arbeit ergab, dass Bleioxide mit Hydroxylderivaten von Kohlenwasserstoffen reagieren, deren Verbrennung sie fördern, und nicht mit Ethern und Kohlenwasserstoffen reagieren, deren Verbrennung sie hemmen. (Erinnern Sie sich daran, dass wir die fördernde Wirkung von Hydroxyl auf die katalytische Wirkung von Kaliumbichromat bei der Verbrennung von Pikrinsäure beobachtet haben, was wahrscheinlich auf seine fördernde Wirkung auf die Gasphasenoxidation von CO zurückzuführen ist.) Gleichzeitig wurde die Die organischen Verbindungen Tetraethylblei und Pentacarbonyleisen hemmen Hexan-Luft-Flammen stark und sind außerdem die besten Antiklopfmittel. 

Bei der Verbrennung von Sprengstoffen sind Blei- und Eisenverbindungen wirksame Katalysatoren. Beispielsweise katalysierten Bleichromat und -chlorid die Verbrennung von Nitroguanidin und Ammoniumnitrat, und organische Eisenverbindungen waren wirksame Katalysatoren für die Verbrennung von Smey-Pulvern auf Ammoniumperchloratbasis. Gleichzeitig wirkte Bleioxid bei der thermischen Zersetzung von Ethylnitrat als Inhibitor und die Kupferoberfläche beschleunigte die Zersetzung. 

Bei der vollständigen Verbrennung organischer Verbindungen entstehen CO2, BOg, H20, N2 und bei der Verbrennung anorganischer Verbindungen entstehen Oxide. Abhängig vom Schmelzpunkt können die Reaktionsprodukte entweder in Form einer Schmelze (Al2O3, TiO2) vorliegen oder in Form von Rauch in die Luft aufsteigen (P2O5, Na2O, AO). Die geschmolzenen Feststoffe erzeugen die Leuchtkraft der Flamme. Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen wird die starke Leuchtkraft der Flamme durch das Leuchten von Rußpartikeln gewährleistet, die in großen Mengen entstehen. Eine Verringerung des Rußgehalts infolge seiner Oxidation verringert die Leuchtkraft der Flamme, und eine Temperaturabsenkung erschwert die Oxidation von Ruß und führt zur Rußbildung in der Flamme. 

Betrachtet man jede organische Verbindung als Kohlenwasserstoff, in der eine bestimmte Anzahl von Wasserstoffatomen durch andere Atome und Atomgruppen ersetzt wird, und betrachtet man die Verbrennungswärme als Funktion der Anzahl der Elektronen, die sich während der Verbrennung von Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen zu Sauerstoffatomen bewegen Karrasch kam auf die Abhängigkeit von flüssigen organischen Verbindungen 

Chlorwasserstoff als Verbrennungsinhibitor. Oxychlorierung von Kohlenwasserstoffen. In der Organochlorsyntheseindustrie werden häufig Systeme verwendet, die Brennstoff, Sauerstoff und Chlorwasserstoff enthalten. Besonders häufig kommen solche Gemische bei Prozessen der oxidativen Chlorierung (Oxychlorierung) vor. Die Hauptaufgabe dieser Verfahren besteht in der Nutzung von Chlorwasserstoff, der in vielen Industriezweigen als Nebenprodukt entsteht, vor allem bei der Direktchlorierung organischer Verbindungen sowie der Dehydrochlorierung von Polychloralkanen. Für die direkte Chlorierung gesättigter organischer Verbindungen kann die Haupt-Bruttoreaktion wie folgt geschrieben werden: 

Verbrennung– ein chemischer Prozess der Kombination von Kraftstoff mit einem Oxidationsmittel, der mit einer starken Wärmefreisetzung und einem starken Temperaturanstieg der Verbrennungsprodukte einhergeht.

Die Verbrennung wird von Gemischbildung, Diffusion, Zündung, Wärmeaustausch und anderen Prozessen begleitet, die unter Bedingungen enger Vernetzung ablaufen.

Es gibt homogene und heterogene Verbrennung. Bei der homogenen Verbrennung kommt es zu einem Wärme- und Stoffaustausch zwischen Stoffen, die sich im gleichen Aggregatzustand (meist gasförmig) befinden.

Die heterogene Verbrennung ist charakteristisch für flüssige und feste Brennstoffe.

Die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion hängt von der Konzentration der Reaktanten, der Temperatur und dem Druck ab und wird durch das Produkt der Konzentrationen der Reaktanten bestimmt

Wo k 0 ist eine empirische Konstante.

Aktivierungsenergie E- Dies ist die niedrigste Energie (für Gasgemische 85–170 MJ/kmol), die Moleküle im Moment der Kollision haben müssen, um zur chemischen Wechselwirkung fähig zu sein. Der Unterschied zwischen den Aktivierungsenergien der Hin- und Rückreaktion stellt den thermischen Effekt der chemischen Reaktion dar.

Die Reaktionen zeichnen sich durch eine starke Exothermie aus, die zu einem Temperaturanstieg führt. Der Einfluss der Temperatur auf die Reaktionsgeschwindigkeit ist viel stärker als der Einfluss der Konzentration der Reaktanten. Trotz der Abnahme der Konzentration der Reaktanten während der Verbrennung erhöht sich daher die Geschwindigkeit der Verbrennungsreaktion und erreicht ein Maximum, nachdem 80–90 % der brennbaren Stoffe ausgebrannt sind. Verbrennungsreaktionen gasförmiger Brennstoffe laufen nahezu augenblicklich ab, was nicht nur durch den starken Temperatureinfluss, sondern auch durch den Kettencharakter ihres Auftretens erklärt wird.

Die Reaktionsgeschwindigkeit hängt auch vom Druck ab
(N– Reaktionsreihenfolge).

Der Kraftstoffverbrennungsprozess besteht aus zwei Bereichen: dem kinetischen Prozess, bei dem die Geschwindigkeit der Kraftstoffverbrennung durch die Geschwindigkeit der chemischen Reaktion bestimmt wird, und dem Diffusionsprozess, bei dem die Verbrennungsgeschwindigkeit durch die Geschwindigkeit der Gemischbildung gesteuert wird. Ein Beispiel für einen kinetischen Verbrennungsbereich ist die Verbrennung eines homogenen Gas-Luft-Gemisches. Der gasförmige Brennstoff, der getrennt vom Oxidationsmittel in die Reaktionskammer eingeführt wird, verbrennt durch Diffusion.

Der kinetische Bereich chemischer Auswirkungen auf die Verbrennungsgeschwindigkeit ist bei niedrigen Konzentrationen, Temperaturen und Drücken im Gemisch am stärksten spürbar. Unter diesen Bedingungen kann sich die chemische Reaktion so stark verlangsamen, dass sie selbst beginnt, die Verbrennung zu hemmen. Der Einflussbereich der Diffusion auf die Kraftstoffausbrennrate zeigt sich bei hohen Konzentrationen und Temperaturen. Die chemische Reaktion läuft sehr schnell ab und eine Verzögerung der Verbrennung kann durch eine zu geringe Gemischbildungsgeschwindigkeit verursacht werden.

Der Prozess der Gemischbildung ist praktisch unabhängig von der Temperatur.

Die kinetische Verbrennung des fertigen brennbaren Gemisches unter turbulenter Bewegung ist sehr instabil. Daher erfolgt die Verbrennung in leistungsstarken industriellen Verbrennungsvorrichtungen unter turbulenten Bedingungen von Gas-Luft-Strömungen hauptsächlich diffusiv.

Der Verbrennungsprozess eines brennbaren Gemisches kann durch Selbstentzündung oder Zwangszündung (elektrischer Funke, Taschenlampe usw.) beginnen. Die Selbstentzündungstemperatur wird durch das Verhältnis der bei der Verbrennung freigesetzten und an die äußere Umgebung abgegebenen Wärmemenge bestimmt. Die bei der Verbrennung freigesetzte Wärmemenge hängt von der Temperatur ab und ändert sich exponentiell 1 (Abb. 1.1)

wobei α der Wärmeübergangskoeffizient ist; A- Oberfläche; T c ist die Temperatur der gekühlten Wand.

Mit geringer Wärmeabfuhr (direkt 2""" ) freigesetzte Wärmemenge Q in > Q Daher geht die Reaktion mit einem Temperaturanstieg des Systems einher, was zur Selbstentzündung führt.

Mit größerer Wärmeabfuhr (direkt 2"" ) am Punkt B Q in = Q aus. Temperatur T An diesem Punkt spricht man von der Zündtemperatur des brennbaren Gemisches. Sie hängt von den Bedingungen der Wärmeabfuhr ab und ist keine physikalisch-chemische Konstante, die ein bestimmtes brennbares Gemisch charakterisiert. Mit zunehmender Wärmeabfuhr (direkt 2" ) Selbstentzündung ist unmöglich. Punkt A entspricht einer stabilisierten Oxidation im Niedertemperaturbereich und Punkt B entspricht einem instabilen Gleichgewicht im Hochtemperaturbereich.

Die Zündtemperatur kann den Bedingungen entnommen werden

Q in = Q von und dq V / dT=dq aus / dT,

bestimmt durch Punkt B (siehe Abb. 1.1).

Unter Berücksichtigung der Gleichungen (1.8) und (1.9) haben wir
. Wenn wir diese Gleichung lösen, erhalten wir

.

Flammpunkt T für einige Gase ist in der Tabelle angegeben. 1.4.

Die minimalen und maximalen Konzentrationen der brennbaren Komponente, unterhalb und oberhalb derer es zu keiner Zwangsentzündung des Gemisches kommt, werden als Konzentrationszündgrenzen bezeichnet (Tabelle 1.4); Sie hängen von der Menge und Zusammensetzung der nicht brennbaren Bestandteile des gasförmigen Kraftstoffs ab, die mit zunehmender Untergrenze und mit Absenkung der Oberzündgrenzen ansteigen.

1.6. VERBRENNUNGSPRODUKTE

Verbrennungsprodukte sind gasförmige, flüssige oder feste Stoffe, die beim Verbrennungsprozess entstehen. Die Zusammensetzung der Verbrennungsprodukte hängt von der Zusammensetzung des brennenden Stoffes und von den Bedingungen seiner Verbrennung ab. Organische und anorganische brennbare Stoffe bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel, Phosphor und Stickstoff. Davon können Kohlenstoff, Wasserstoff, Schwefel und Phosphor bei Verbrennungstemperaturen oxidieren und Verbrennungsprodukte bilden: CO, CO 2 , SO 2 , P 2 O 5 .

Bei unvollständiger Verbrennung organischer Stoffe bei niedrigen Temperaturen und Luftmangel entstehen vielfältigere Produkte – Kohlenmonoxid, Alkohole, Ketone, Aldehyde, Säuren und andere komplexe chemische Verbindungen. Sie werden durch teilweise Oxidation sowohl des Kraftstoffs selbst als auch der Produkte seiner Trockendestillation (Pyrolyse) gewonnen. Diese Produkte erzeugen beißenden und giftigen Rauch. Darüber hinaus können die Produkte unvollständiger Verbrennung selbst brennen und mit Luft explosionsfähige Gemische bilden. Solche Explosionen entstehen beim Löschen von Bränden in Kellern, Trocknern und in geschlossenen Räumen mit einer großen Menge brennbaren Materials. Betrachten wir kurz die Eigenschaften der wichtigsten Verbrennungsprodukte.

Kohlendioxid

Kohlendioxid oder Kohlendioxid (CO 2) ist das Produkt der vollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. Es ist geruchlos und farblos. Seine Dichte relativ zur Luft = 1,52. Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur T = 0 0 C und bei Normaldruck R= 760 Millimeter Quecksilbersäule (mm Hg Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur) beträgt 1,96 kg/m 3 (die Luftdichte beträgt unter gleichen Bedingungen ρ = 1,29 kg/m 3). Kohlendioxid ist in Wasser gut löslich (ca

= 15 0 C löst sich ein Liter Gas in einem Liter Wasser). Kohlendioxid fördert nicht die Verbrennung von Stoffen, mit Ausnahme von Alkali- und Erdalkalimetallen. Die Verbrennung von Magnesium beispielsweise erfolgt in einer Atmosphäre aus Kohlendioxid nach der Gleichung: .

CO 2 +2 Mg = C + 2 MgO Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur Die Toxizität von Kohlendioxid ist vernachlässigbar. Eine Kohlendioxidkonzentration in der Luft von 1,5 % ist für den Menschen auf lange Zeit ungefährlich. Wenn die Kohlendioxidkonzentration in der Luft 3-4,5 % übersteigt, ist es lebensgefährlich, sich eine halbe Stunde lang drinnen aufzuhalten und das Gas einzuatmen. Bei einer Temperatur = 0 0 C und bei Normaldruck= 0 0 C und Druck Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur= 3,6 MPa Kohlendioxid wird flüssig. Der Siedepunkt von flüssigem Kohlendioxid beträgt

= –78 0 C. Durch die schnelle Verdampfung von flüssigem Kohlendioxid kühlt das Gas ab und geht in einen festen Zustand über. Sowohl im flüssigen als auch im festen Zustand werden Kohlendioxidtropfen und -pulver zum Löschen von Bränden verwendet.

Kohlenmonoxid Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid (CO) ist ein Produkt der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. Dieses Gas ist geruchlos und farblos und daher besonders gefährlich. Relative Dichte = 0,97. Kohlenmonoxiddichte bei = 0 0 C und bei Normaldruck= 0 0 C und= 760 Millimeter Quecksilbersäule (mm beträgt 1,25 kg/m3. Dieses Gas ist leichter als Luft und sammelt sich bei Bränden im oberen Teil des Raumes. Kohlenmonoxid ist in Wasser nahezu unlöslich. Kann mit Luft brennen und explosive Gemische bilden. Bei der Verbrennung erzeugt Kohlenmonoxid eine blaue Flamme. Kohlenmonoxid ist sehr giftig. Das Einatmen von Luft mit einer Kohlenmonoxidkonzentration von 0,4 % ist für den Menschen tödlich.

Standard-Gasmasken schützen nicht vor Kohlenmonoxid, daher werden im Brandfall spezielle Filter oder Sauerstoff-Isoliergeräte verwendet.

Schwefeldioxid Schwefeldioxid (SO 2 Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur Kohlenmonoxid oder Kohlenmonoxid (CO) ist ein Produkt der unvollständigen Verbrennung von Kohlenstoff. Dieses Gas ist geruchlos und farblos und daher besonders gefährlich. Relative Dichte = 0,97. Kohlenmonoxiddichte bei = 0 0 C und bei Normaldruck= 0 0 C und= 760 Millimeter Quecksilbersäule (mm ) ist ein Produkt der Verbrennung von Schwefel und Schwefelverbindungen. Farbloses Gas mit charakteristischem stechenden Geruch. Relative Dichte von Schwefeldioxid = 2,25. Die Dichte dieses Gases beträgt Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur beträgt 2,9 kg/m3, ist also deutlich schwerer als Luft. Schwefeldioxid ist beispielsweise bei einer bestimmten Temperatur in Wasser gut löslich = 0 0 C Achtzig Liter lösen sich in einem Liter Wasser auf Dichte von Kohlendioxid bei Temperatur SO 2

, und wann

= 20 0 C – vierzig Liter. Schwefeldioxid unterstützt die Verbrennung nicht. Es reizt die Schleimhäute der Atemwege und ist daher sehr giftig. Rauch Beim Verbrennen vieler Stoffe wird zusätzlich zu den oben besprochenen Verbrennungsprodukten Rauch freigesetzt – ein verteiltes System, das aus winzigen Feststoffpartikeln besteht, die in einem Gas suspendiert sind. Der Durchmesser der Rauchpartikel beträgt 10 -4 –10 -6 cm (von 1 bis 0,01 Mikrometer). Beachten Sie, dass 1 µm (Mikron) 10 -6 m oder 10 -4 entspricht cm. Größere Feststoffpartikel, die bei der Verbrennung entstehen, setzen sich schnell in Form von Ruß und Ruß ab. Bei der Verbrennung organischer Stoffe entstehen im Rauch feste Rußpartikel