Yleistä tietoa palamisesta

Palamisprosessin ydin

Yksi ensimmäisistä kemiallisista ilmiöistä, joihin ihmiskunta tutustui olemassaolonsa kynnyksellä, oli palaminen. Aluksi sitä käytettiin ruoanlaittoon ja lämmitykseen, ja vasta tuhansien vuosien jälkeen ihmiset oppivat käyttämään sitä muuttamaan kemiallisen reaktion energiaa mekaaniseksi, sähköiseksi ja muun tyyppiseksi energiaksi.

Palaminen on kemiallinen hapettumisreaktio, johon liittyy suuri määrä lämpöä ja hehkua. Uuneissa, polttomoottoreissa ja tulipaloissa havaitaan aina palamisprosessi, johon osallistuu joitakin syttyviä aineita ja ilman happea. Niiden välillä tapahtuu yhdistereaktio, jonka seurauksena lämpöä vapautuu ja reaktiotuotteet kuumennetaan hehkumaan. Näin palavat öljytuotteet, puu, turve ja monet muut aineet.

Polttoprosessi voi kuitenkin liittyä reaktioon, jossa palava aine yhdistetään ilman hapen kanssa, mutta myös muut kemialliset reaktiot, jotka liittyvät merkittävään lämmön vapautumiseen. Vety, fosfori, asetyleeni ja muut aineet palavat esimerkiksi kloorissa; kupari - rikkihöyryssä, magnesium - hiilidioksidissa. Puristettu asetyleeni, typpikloridi ja monet muut aineet voivat räjähtää. Räjähdyksen aikana aineet hajoavat, jolloin vapautuu lämpöä ja muodostuu liekki. Näin ollen palamisprosessi on seurausta aineiden yhdistämis- ja hajoamisreaktioista.

Palamista edistävät olosuhteet

Palaminen edellyttää tietyt olosuhteet: syttyvän väliaineen (palava aine + hapetin) ja sytytyslähteen läsnäolo. Ilma ja palavat aineet muodostavat järjestelmän, joka pystyy palamaan, ja lämpötilaolosuhteet määräävät tämän järjestelmän syttymis- ja palamismahdollisuuden.

Kuten tiedetään, tärkeimmät palavat alkuaineet luonnossa ovat hiili ja vety. Ne ovat osa lähes kaikkia kiinteitä, nestemäisiä ja kaasumaisia ​​aineita, esimerkiksi puuta, fossiilisia hiiltä, ​​turvetta, puuvillaa, kangasta, paperia jne.

Useimpien syttyvien aineiden syttyminen ja palaminen tapahtuu kaasu- tai höyryfaasissa. Kiinteisiin ja nestemäisiin syttyviin aineisiin muodostuu höyryjä ja kaasuja niiden kuumenemisen seurauksena. Kiinteät syttyvät aineet, kuten rikki, steariini, fosfori ja jotkut muovit, sulavat ja haihtuvat kuumennettaessa. Puu, turve ja hiili hajoavat kuumennettaessa muodostaen höyryjä, kaasuja ja kiinteää jäännöstä - hiiltä.

Katsotaanpa tätä prosessia yksityiskohtaisemmin käyttämällä puuta esimerkkinä. Kuumennettaessa 110°C:een puu kuivuu ja hartsi haihtuu hieman. Heikko hajoaminen alkaa 130 °C:ssa. Huomattavampaa puun hajoamista (värinmuutosta) tapahtuu yli 150°C:ssa. 150-200°C:ssa muodostuvat hajoamistuotteet ovat pääasiassa vettä ja hiilidioksidia, joten ne eivät voi palaa.

Yli 200°C lämpötiloissa puun pääkomponentti, kuitu, alkaa hajota. Näissä lämpötiloissa muodostuvat kaasut ovat syttyviä, koska ne sisältävät merkittäviä määriä hiilimonoksidia, vetyä, hiilivetyjä ja muiden orgaanisten aineiden höyryjä. Kun näiden tuotteiden pitoisuus ilmassa tulee riittäväksi, ne syttyvät tietyissä olosuhteissa.

Kaikki syttyvät nesteet voivat haihtua ja niiden palaminen tapahtuu kaasufaasissa. Siksi, kun he puhuvat nesteen palamisesta tai syttymisestä, tämä tarkoittaa sen höyryjen palamista tai syttymistä.

Kaikkien aineiden palaminen alkaa niiden syttymisestä. Useimpien syttyvien aineiden syttymishetkelle on ominaista liekin ulkonäkö, ja niille aineille, jotka eivät pala liekillä, hehkun (hyökkäys) esiintyminen.

Alkuperäistä palamista, joka tapahtuu lähteiden vaikutuksesta, joiden lämpötila on korkeampi kuin aineen itsesyttymislämpötila, kutsutaan syttymiseksi.

Jotkut aineet pystyvät vapauttamaan lämpöä ja kuumenemaan itsestään ilman ulkoisen lämmönlähteen vaikutusta. Itsesyttymisprosessia, joka päättyy palamiseen, kutsutaan yleisesti spontaaniksi palamiseksi.

Spontaani palaminen on aineen kyky syttyä paitsi kuumennettaessa, myös huoneenlämpötilassa kemiallisten, mikrobiologisten ja fysikaalis-kemiallisten prosessien vaikutuksesta.

Lämpötilaa, johon palava aine on lämmitettävä, jotta se syttyy ilman, että sen lähelle tulee sytytyslähdettä, kutsutaan itsesyttymislämpötilaksi.

Aineen itsesyttymisprosessi tapahtuu seuraavasti. Kuumennettaessa syttyvää ainetta, esimerkiksi bensiinihöyryn ja ilman seosta, on mahdollista saavuttaa lämpötila, jossa seoksessa alkaa tapahtua hidas hapetusreaktio. Hapetusreaktioon liittyy lämmön vapautuminen, ja seos alkaa lämmetä yli lämpötilan, johon se lämmitettiin.

Lämmön vapautumisen ja seoksen lämpötilan nousun myötä lämpö siirtyy kuitenkin reagoivasta seoksesta ympäristöön. Alhaisella hapetusnopeudella lämmönsiirron määrä ylittää aina lämmön vapautumisen, joten seoksen lämpötila alkaa jonkin verran nousun jälkeen laskea eikä itsesyttymistä tapahdu. Jos seos kuumennetaan ulkopuolelta korkeampaan lämpötilaan, reaktionopeuden lisääntymisen myötä vapautuvan lämmön määrä aikayksikköä kohti kasvaa.

Kun tietty lämpötila saavutetaan, lämmön vapautuminen alkaa ylittää lämmönsiirron ja reaktio saa olosuhteet voimakkaalle kiihtyvyydelle. Tällä hetkellä tapahtuu aineen spontaani palaminen. Syttyvien aineiden itsesyttymislämpötila on erilainen.

Yllä käsitelty itsesyttymisprosessi on tyypillinen ilmiö, joka on luontainen kaikille palaville aineille riippumatta siitä, missä aggregaatiotilassa ne ovat. Tekniikassa ja jokapäiväisessä elämässä aineiden palaminen tapahtuu kuitenkin johtuen altistumisesta liekeille, kipinöille tai hehkuville esineille.

Näiden sytytyslähteiden lämpötila on aina korkeampi kuin palavien aineiden itsesyttymislämpötila, joten palaminen tapahtuu erittäin nopeasti. Aineet, jotka voivat syttyä itsestään, jaetaan kolmeen ryhmään. Ensimmäinen sisältää aineita, jotka voivat syttyä itsestään joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa, toinen heikosti kuumennettujen esineiden kanssa. Kolmanteen ryhmään kuuluvat aineet, jotka syttyvät itsestään joutuessaan kosketuksiin veden kanssa.

Esimerkiksi kasvituotteet, puuhiili, rautasulfaatit, ruskohiili, rasvat ja öljyt, kemikaalit ja seokset voivat olla alttiita itsestään syttymiselle.

Kasvituotteista heinä, olki, apila, lehdet, mallas ja humala ovat alttiita itsestään syttymiselle. Erityisen herkkiä itsestään syttymiselle ovat alikuivatut kasvituotteet, joissa kasvisolujen elintärkeä toiminta jatkuu.

Bakteeriteorian mukaan kosteuden läsnäolo ja kasvisolujen elintärkeästä toiminnasta johtuva lämpötilan nousu edistävät kasvituotteissa olevien mikro-organismien lisääntymistä. Kasvituotteiden huonosta lämmönjohtavuudesta johtuen vapautuva lämpö kerääntyy vähitellen ja lämpötila nousee.

Korkeissa lämpötiloissa mikro-organismit kuolevat ja muuttuvat huokoiseksi hiileksi, jolla on ominaisuus kuumentua voimakkaan hapettumisen seurauksena ja joka on siksi seuraava lämmöntuottolähde mikro-organismien jälkeen. Kasvituotteiden lämpötila nousee 300 asteeseen ja ne syttyvät itsestään.

Puuhiili, ruskea ja kivihiili sekä turve syttyvät myös spontaanisti ilmakehän hapen voimakkaan hapettumisen vuoksi.

Kasvi- ja eläinrasvat, jos niitä levitetään murskattuille tai kuituisille materiaaleille (rätit, köydet, touvi, matot, villa, sahanpuru, noki jne.), voivat syttyä itsestään.

Kun murskatut tai kuitumateriaalit kostutetaan öljyllä, se jakautuu pinnalle ja joutuessaan kosketuksiin ilman kanssa se alkaa hapettua. Samanaikaisesti hapettumisen kanssa öljyssä tapahtuu polymerointiprosessi (useiden molekyylien yhdistäminen yhdeksi). Sekä ensimmäiseen että toiseen prosessiin liittyy merkittävä lämmön vapautuminen. Jos syntyvää lämpöä ei poisteta, öljytyn materiaalin lämpötila nousee ja voi saavuttaa itsesyttymislämpötilan.

Jotkut kemikaalit voivat syttyä itsestään, kun ne altistuvat ilmalle. Näitä ovat fosfori (valkoinen, keltainen), vetyfosfidi, sinkkipöly, alumiinijauhe, metallit: rubidium, cesium jne. Kaikki nämä aineet voivat hapettua ilmassa vapauttaen lämpöä, minkä seurauksena reaktio kiihtyy itsestään -sytytys.

Kalium, natrium, rubidium, cesium, kalsiumkarbidi, alkali- ja maa-alkalimetallien karbidit yhdistyvät voimakkaasti veteen ja vuorovaikutuksessa vapauttavat palavia kaasuja, jotka reaktiolämmön vaikutuksesta kuumennettaessa syttyvät itsestään.

Kun hapettavia aineita, kuten puristettua happea, klooria, bromia, fluoria, typpihappoa, natrium- ja bariumperoksidia, kaliumpermanganaattia, nitraattia jne. sekoitetaan orgaanisten aineiden kanssa, tapahtuu näiden seosten itsestään syttymisprosessi.

Aineiden ja materiaalien palovaaran määrää paitsi niiden syttymiskyky, myös monet muut tekijät: itse palamisprosessin voimakkuus ja palamiseen liittyvät ilmiöt (savun muodostuminen, myrkylliset höyryt jne.), mahdollisuus pysäyttää tämä prosessi. Yleinen palovaaran indikaattori on syttyvyys.

Tämän indikaattorin mukaan kaikki aineet ja materiaalit jaetaan tavanomaisesti kolmeen ryhmään: palamattomat, hitaasti palavat, syttyvät.

Aineita ja materiaaleja, jotka eivät pysty palamaan ilmassa (noin 21 % happea), pidetään syttymättöminä. Näitä ovat teräs, tiili, graniitti jne. Olisi kuitenkin virhe luokitella palamattomat materiaalit paloturvallisiksi. Voimakkaita hapettimia (typpi- ja rikkihappo, bromi, vetyperoksidi, permanganaatit jne.) pidetään syttymättöminä, mutta syttyvinä; aineet, jotka vapauttavat palavia kaasuja kuumennettaessa reagoidessaan veden kanssa, aineet, jotka reagoivat veden kanssa vapauttaen suuren määrän lämpöä, esimerkiksi poltettu kalkki.

Heikosti syttyvät aineet ja materiaalit pystyvät palamaan ilmassa sytytyslähteestä, mutta eivät pysty palamaan itsenäisesti sen poistamisen jälkeen.

Palavat aineet ovat aineita ja materiaaleja, jotka voivat syttyä itsestään, syttyä sytytyslähteestä ja palaa sen poistamisen jälkeen.

Puun palaminen on sen osien hapettumista hiilidioksidiksi CO 2 ja vedeksi H 2 O.

Tämän prosessin suorittamiseksi tarvitaan riittävä määrä hapettavaa ainetta (happea) ja puun kuumennus tiettyyn lämpötilaan.

Kun lämmitetään ilman happea, tapahtuu puun lämpöhajoaminen (pyrolyysi), mikä johtaa hiilen, kaasujen, veden ja haihtuvien orgaanisten aineiden muodostumiseen.

G. F. Knorren ja muiden tutkijoiden kehittämän teorian mukaisesti puun palaminen voidaan esittää seuraavasti.

Lämmityksen alussa puusta haihtuu kosteus. Sen jälkeen tapahtuu sen osien lämpöhajoamista. Puun osat ovat suurelta osin hapettuneet, joten ne hajoavat alhaisissa lämpötiloissa. Haihtuvien aineiden muodostuminen saavuttaa maksiminsa (jopa 85 painoprosenttia alkaa noin 160° ja kuiva puu) 300°:ssa.

Puun primaarisen hajoamisen tuotteet siirtyvät monimutkaisten hapetus- ja pelkistysprosessien seurauksena kaasumaiseen tilaan, jossa ne voivat helposti sekoittua happimolekyylien kanssa muodostaen palavan seoksen, joka syttyy tietyissä olosuhteissa (ylimääräinen happi, riittävän korkea lämpötila). Puun laadusta riippuen se syttyy 250-350°.

Kaasutetut tuotteet palavat liekin ulkoreunassa, kun taas liekin sisällä puun pyrolyysin haihtuvat tuotteet muuttuvat kaasumaiseen tilaan.

Liekin hehkun aiheuttavat kuumat hiilihiukkaset, jotka palavat CO 2:ssa sen ulkoreunassa ylimääräisen hapen kanssa. Päinvastoin, hapen puutteessa, kun lämpötila on suhteellisen alhainen, liekillä on punertava väri ja huomattava määrä nokea vapautuu palamattomien hiilihiukkasten vuoksi.

Mitä suurempi hapen saanti, sitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi ja kirkkaampi liekki.

Liekin ulkonäkö riippuu myös puun koostumuksesta ja ennen kaikkea hiilivety- ja hartsipitoisuudesta. Eniten hartseja löytyy mäntyistä ja koivusta, jotka palaessaan muodostavat paksun, kirkkaan liekin. Haavan liekki, jonka haihtuvat aineet sisältävät enemmän hiilimonoksidia ja vähemmän hiilivetyjä, on pieni, läpinäkyvä ja sinertävä. Kun poltetaan vähän hartsia sisältävää leppää, se tuottaa myös lyhyemmän ja läpinäkyvämmän liekin.

Sahanpurun lämpöhajoaminen savun muodostumisen aikana voidaan karkeasti esittää seuraavilla vaiheilla.

Ensimmäisessä vaiheessa seuraava "tuore" sahanpurupartikkeli lämpenee 150-160°:een kuuman höyryjen ja kaasujen seoksen sekä viereisten palavien hiukkasten lämpösäteilyn vaikutuksesta. Tänä aikana kosteus pääosin haihtuu, hiukkasten tilavuuden havaittavissa ei ole havaittavissa.

Myöhemmissä vaiheissa myös hiukkasen lämpötila nousee, minkä seurauksena tapahtuu puuhiukkasen orgaanisen massan lämpöhajoaminen ja osan kaasutetuista pyrolyysituotteista syttyminen lämmön vapautuessa; osa haihtuvista aineista yhdessä tietyn määrän palamatonta hiiltä (nokea) kuljettaa ylöspäin konvektiovirtojen avulla muodostaen savua. Puun hajoamisprosessin ja haihtuvien yhdisteiden vapautumisen lopussa hiukkaskoko pienenee huomattavasti.

Kivihiili (kiinteä hiili), joka muodostuu sahanpurun lämpöhajoamisen aikana, kuumennetaan joidenkin haihtuvien yhdisteiden hapettumisen aikana vapautuvalla lämmöllä ja alkaa reagoida hiilidioksidin ja hapen kanssa:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Tämä tuottaa pienen, läpikuultavan sinertävän hiilimonoksidin palamisen liekin.

Hiukkasen tilavuus pienenee edelleen; Viimeisessä vaiheessa muodostuu tuhkaa. Syntyneen lämmön vaikutuksesta seuraava "tuore" sahanpurupartikkeli alkaa lämmetä.

Puun palamisen mekanismi ja kemia polttopuun, hakkeen tai sahanpurukasan muodossa ovat samat. Itse polttoprosessin eli orgaanisten yhdisteiden hapettumisen hapen kanssa polttopuuta tai sahanpurua käytettäessä, on eroja.

Tässä kohtaamme niin sanotun täydellisen ja epätäydellisen palamisen käsitteet. Täydellisen palamisen yhteydessä haihtuvat, höyry- ja kaasumaiset aineet hapetetaan (tai palavat) kokonaan hiilidioksidiksi ja vesihöyryksi.

Esimerkki täydellisestä palamisesta on savusavun yhden komponentin - metyylialkoholin CH 3 OH - hapetusreaktio:

CH 3OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

Muiden orgaanisten yhdisteiden reaktiot ja hapettumiset, jotka syntyvät puun lämpöhajoamisessa, voivat edetä samalla tavalla.

Täydellisen palamisen seurauksena muodostuu höyry-kaasuseos, joka koostuu hiilidioksidista ja vesihöyrystä, ei sisällä tupakointikomponentteja ja jolla ei ole mitään arvoa tupakoinnin kannalta.

Savustuksen valmistukseen sopivan savun saamiseksi on luotava olosuhteet puun epätäydelliselle palamiselle. Tätä varten polttopuun päälle asetetaan esimerkiksi kerros kostutettua sahanpurua, jonka seurauksena palamisalue ja -intensiteetti vähenevät merkittävästi. Epätäydellisen palamisen yhteydessä haihtuvat orgaaniset aineet hapettuvat vain osittain ja savu on kyllästetty savukomponenteilla.

Puupyrolyysituotteiden hapettumissyvyys riippuu hapen määrästä sekä palamislämpötilasta ja haihtuvien aineiden poistumisnopeudesta palamisvyöhykkeeltä.

Hapen puutteessa haihtuvien aineiden, esimerkiksi metyylialkoholin, hapettuminen etenee seuraavan reaktion mukaisesti:

2CH 3OH + O 2 → 2C + 4H 2O

Palamattomat hiilihiukkaset, jotka poistuvat liekkivyöhykkeeltä, jäähtyvät nopeasti ja muodostavat savua yhdessä muiden puun hajoamistuotteiden kanssa, jotka eivät ole täysin hapettuneet. Jotkut niistä asettuvat savustuskammion seinille noen (noen) muodossa. Jos savustuskammion eristys ei ole riittävän hyvä, niiden seinille laskeutuu myös tiivistyneitä höyrystyneitä haihtuvia savuaineita (hartsi, terva).

Palavien aineiden syvemmällä, mutta myös epätäydellisellä hapetuksella muodostuu hiilimonoksidia:

CH 3OH + O 2 → CO + 2H 2 O

Näin ollen hapen määrä on yksi merkittävimmistä savun kemialliseen koostumukseen vaikuttavista tekijöistä, erityisesti sen sisältämän metyylialkoholin, formaldehydin ja muurahaishapon pitoisuuden muutoksesta. Näin ollen, kun ilma pääsee palamisalueelle rajoitetusti, muurahaisaldehydiä muodostuu metyylialkoholista:

CH 3OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Kun sisään tulee enemmän ilmaa ja siten happea, tuloksena oleva formaldehydi hapettuu muurahaishapoksi:

2CH 2O + O 2 → 2CHOOH

Ylimääräisellä ilmalla muurahaishappo hapettuu kokonaan hiilidioksidiksi ja vedeksi:

2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2O

Poltettaessa muita pyrolyysituotteita hapetusasteesta riippuen muodostuu samalla tavalla orgaanisia aineita, jotka vaikuttavat savun koostumukseen.

Palamislämpötila riippuu myös palamiskerrokseen tulevan hapen määrästä. Normaalioloissa hirsien muodossa oleva puu ei voi palaa ilman liekkejä ja siten ilman lämpöä. Tällöin hapettuu huomattavasti suurempi määrä puun orgaanisesta massasta muodostuvia aineita kuin sahanpurun palamisen (kytemisen) aikana. Siksi merkittävää osaa haihtuvista aineista puuta poltettaessa ei käytetä savutukseen, ja savusavu on koostumukseltaan huonompi kuin sahanpurun hitaasta palamisesta saatu savu. Kun polttopuu täytetään märällä sahanpurulla, savun määrä kasvaa, mutta myös tässä tapauksessa polttopuu kuluu epätaloudellisesti.

Sahanpurun luonnollisen palamisen (kytemisen) lämpötila on paljon miedompi verrattuna polttopuun palamiseen. Kun poltetaan haihtuvien aineiden vapautumisen jälkeen jäljelle jäävää hiiltä, ​​muodostuu pieni liekki. Tuloksena oleva lämpö kuluu pääasiassa viereisten sahanpurukerrosten lämmittämiseen, jotka hajoavat termisesti ilman happea, koska palavan kerroksen höyryt ja kaasut työntävät ilmaa sivuun.

Palaminen on hidasta. Merkittävä osa lämpöhajoamistuotteista ei hapetu liekissä, joten suhteellisen monet haihtuvat aineet poistuvat konvektiovirroilla.

Esimerkki sahanpurun epätäydellisestä palamisesta on sen polttaminen pienemmällä ilmansyötöllä. Tässä tapauksessa vain alempi sahanpurukerros palaa kokonaan. Kuumat kaasut ja höyryt syrjäyttävät ilmaa ja lämmittävät sahanpurun ylempiä kerroksia, mikä johtaa puun kuivatislaukseen, jolloin muodostuu hiiltä, ​​kaasuja, vettä ja orgaanisia yhdisteitä. Kun tuoretta sahanpurua syötetään tasaisesti ylhäältä, vain alempi hiilen kerros, joka muodostuu päällä olevan kerroksen kuivatislauksen seurauksena, palaa. Tämä tuottaa savua, joka on kylläisempi haihtuvilla orgaanisilla yhdisteillä.

Paras tapa tuottaa runsaasti savukomponentteja sisältävää savua on tuottaa sitä sahanpurulla toimivissa savukehittimissä, joissa savustusväliaine kuumennetaan kaasulla, kuolleella höyryllä tai sähköllä, sekä kitkasavunkehittimissä. Tässä tapauksessa tuloksena on savua, jossa on korkea haihtuvien orgaanisten yhdisteiden pitoisuus, mikä johtuu savunmuodostuksen alhaisista lämpötiloista ja puun primääristen hajoamistuotteiden vähäisestä hapettumisesta.

Jos löydät virheen, korosta tekstinpätkä ja napsauta Ctrl+Enter.

Aineiden ja materiaalien palamisnopeus hapessa (nestemäisessä ja kaasumaisessa) on 10-100 kertaa suurempi kuin ilmassa. Orgaanisten yhdisteiden palamisnopeudet ovat erityisen korkeat. 

Luonnossa hiilimonoksidia löytyy vain tulivuorista, kaivoksista ja suoista peräisin olevissa kaasuissa. Teollisuudessa hiilimonoksidia saadaan kuivatislauksella sekä kivihiilen kaasutuksella. Lisäksi sitä muodostuu orgaanisten yhdisteiden palamisen aikana hapen puutteessa. Esimerkiksi metaanin täydellinen palaminen tuottaa hiilidioksidia 

Tal, co:n likimääräinen vakioisuus selitetään seuraavasti. Kuten edellä mainittiin, orgaanisten yhdisteiden palaminen ilmassa tapahtuu kahdessa vaiheessa. Samalla rajoitan 

Palamistuotteiden koostumus riippuu palavan aineen koostumuksesta, olosuhteista, joissa palaminen tapahtuu, ja pääasiassa palamisen täydellisyydestä. Palamistuotteet voivat sisältää monia epäorgaanisia aineita (hiili, typpi, vety, rikki, fosfori jne.) ja niiden oksideja sekä alkoholeja, ketoneja, aldehydejä ja muita orgaanisia yhdisteitä. Polttoprosessissa syntyvä savu koostuu pienistä kiinteistä hiukkasista, joiden koko vaihtelee välillä 0,01 - 

Kohtuullisissa palamislämpötiloissa - yleensä 2000-2200 °K asti 1 at:lla (abs) - monien hiilestä, vedystä, hapesta ja typestä koostuvien järjestelmien adiabaattisten reaktiotuotteiden tasapainokoostumus määritetään hyvällä tarkkuudella yksinkertaisten stoikiometristen suhteiden avulla. Tällaiset järjestelmät, jotka muodostuvat erilaisten orgaanisten yhdisteiden ja hapen seosten palamisen aikana, ovat yleisin palamistuotteiden tyyppi. Ylimääräisessä tapauksessa 

Inhiboivien lisäaineiden spesifinen vaikutus on rajallinen. Tehokkaimpia ovat tyydyttyneiden hiilivetyjen johdannaiset, joissa suurin osa vetyatomeista on korvattu halogeeniatomeilla. Orgaanisten yhdisteiden halogeenijohdannaiset, jotka voivat hapettua, estävät palamisen ja alentavat liekin normaalia nopeutta, ilmeisesti vain seoksissa, joissa on ylimääräistä polttoainetta. Tällaisten tuotteiden lisääminen laihaan seokseen voi lisätä liekin nopeutta johtuen seoksen kaloripitoisuuden kasvusta. 

Päättäen katsauksen heterogeenisten järjestelmien palamisteorian tutkimuksista, jotka on omistettu säteilyn roolin tunnistamiseen, panemme merkille seuraavan. Kirjallisuudessa on kokeellisia todisteita säteilymekanismin olemassaolosta joidenkin metallien ja hiiltä sisältävien yhdisteiden aerosolien sytyttämiseksi zirkoniumin ja titaanin palavien aerosolien säteilyllä. Useille suurimolekyylisille orgaanisille yhdisteille, mukaan lukien polymeereille, voidaan havaita koksijäännöksen muodostumista aineen kaasutuksen aikana ulkoisen säteilyn vaikutuksesta. Tuloksena olevista hiilipitoisista yhdisteistä voi periaatteessa tulla sytytyskeskuksia tuoreessa aerosolissa. Arviot kuitenkin osoittavat, että palamistuotteiden - tuoreen seoksen hiukkasten -> - kaasutus, jossa muodostuu koksia -> haihtuvien aineiden itsesyttymistä tapahtuu erittäin leveillä liekkirintamilla (kanavan halkaisija useita metrejä) lämmitysjärjestelmän käytännön toteutus. ), kun on jo tarpeen ottaa huomioon kaasudynaamiset vaikutukset . Liekin rintaman energiatasapainossa on kuitenkin laskettuja ominaisuuksia tarkennettaessa otettava huomioon säteilyn aiheuttama lämmönsiirto (Palmerin arvioiden mukaan säteilyn osuus lämmönsiirrosta eri mittakaavaisissa järjestelmissä on alle 20 %), erityisesti suuria prosesseja varten. 

Ilmassa jakautuneiden polymeerihiukkasten palamisprosessilla on paljon yhteistä muiden orgaanisten aineiden aerosolien palamisen kanssa. Sytytyslähteestä (sytytyksen aikana) tai liekin etupuolelta (liekin rintaman leviämisen aikana) tulevan lämpövirran vaikutuksesta hiukkaset kuumenevat. Lämpenemiseen liittyy lämpöhapettava hajoamisprosessi, joka johtaa alhaisen molekyylipainon kaasumaisten tuotteiden muodostumiseen. Liekkivyöhykkeellä nämä pienimolekyyliset tuotteet palavat lopulliseen tilaan (palamiselle edullisimmissa olosuhteissa - CO2:ksi ja H20:ksi). Termisen oksidatiivisen hajoamisen tuotteiden koostumus riippuu polymeerin makromolekyylien kemiallisesta rakenteesta, syttymis- ja palamisolosuhteista. Yleensä polymeerit koostuvat syttyvistä ja palamattomista osista. Palava osa koostuu vedystä, hiilimonoksidista, tyydyttyneistä ja tyydyttymättömistä alemmista hiilivedyistä, alemmista aldehydeistä, ketoneista, alkoholeista ja muista orgaanisista yhdisteistä. Syttymätön osa sisältää vesihöyryä, typpeä, hiilidioksidia ja vetyhalogenideja. 

Katkaisemiseen käytettyä energiaa kutsutaan sidoksen katkaisuenergiaksi. Se on 50-100 kcal-mol-1. Kun pieni määrä energiaa syötetään, heikentyneet sidokset katkeavat ensin. Palamisreaktioissa radikaalien muodostuminen tapahtuu lähes yksinomaan pyrolyysin kautta. Orgaanisten yhdisteiden pyrolyysin aikana voi tapahtua kolme tapausta:  

koulutus. PAH-yhdisteitä muodostuu pyrolyysin eli hiiltä ja vetyä sisältävän orgaanisen aineksen epätäydellisen palamisen seurauksena. Korkeissa lämpötiloissa orgaanisten yhdisteiden pyrolyysi tuottaa molekyylifragmentteja ja radikaaleja, jotka yhdistyvät muodostaen PAH-yhdisteitä. Pyrolyysisynteesin lopputuotteen koostumus riippuu polttoaineesta, lämpötilasta ja palamisvyöhykkeen keskeytysajasta. Polttoaine, jonka palamisen jälkeen muodostuu PAH-yhdisteitä, sisältää metaanin, muut hiilivedyt, ligniinit, peptidit, lipidit jne. Haaroittuneita ketjuja, tyydyttymättömiä sidoksia tai syklisiä rakenteita sisältävät yhdisteet suosivat kuitenkin yleensä PAH-yhdisteiden muodostumista. On selvää, että PAH-yhdisteitä vapautuu höyryjen muodossa palamisvyöhykkeestä. Matalasta höyrynpaineesta johtuen useimmat PAH-yhdisteet keskittyvät välittömästi nokihiukkasiin tai muodostavat itse pieniä hiukkasia. PAH-yhdisteet, jotka pääsevät ilmakehään höyrynä, adsorboivat ilmassa oleviin hiukkasiin. Näin ilmaan levinneet PAH-yhdisteet sisältävät aerosolit voivat kulkeutua tuulen mukana pitkiä matkoja. 

Leviäminen. Hiilimonoksidia syntyy polttamalla orgaanisia materiaaleja, kuten hiiltä, ​​puuta, paperia, öljyä, bensiiniä, kaasua, räjähteitä tai mitä tahansa muuta karbonaattimateriaalia olosuhteissa, joissa ilma tai happea ei ole riittävästi. Kun palamisprosessi tapahtuu ylimääräisellä ilmalla ja liekki ei joudu kosketuksiin minkään pinnan kanssa, hiilimonoksidia ei synny. CO muodostuu, kun liekki joutuu kosketuksiin pinnan kanssa, jonka lämpötila on alhaisempi kuin liekin kaasumaisen osan syttymislämpötila. Ilmakehän hiilidioksidista 90 % syntyy luonnossa ja 10 % ihmisen toiminnasta. Ajoneuvojen moottorit muodostavat 55–60 % keinotekoisen alkuperän CO:n kokonaismäärästä. Bensiinimoottorin pakokaasut (sähkösytytys) ovat yleinen CO-muodostuksen lähde. Dieselmoottorin pakokaasut (puristussytytys) sisältävät noin 0,1 % hiilidioksidia, kun moottori käy kunnolla, mutta väärin viritetty, ylikuormitettu tai huonosti huollettu dieselmoottori voi päästää merkittäviä määriä CO. Pakoputkien lämpö- tai katalyyttiset jälkipolttimet vähentävät merkittävästi CO:n määrää. Muita suuria hiilidioksidin lähteitä ovat valimot, katalyyttiset krakkauslaitteet öljynjalostamoissa, hiilen ja puun tislausprosessit, kalkkiuunit ja pelkistysuunit voimapaperitehtailla, synteettisen metanolin ja muiden orgaanisten yhdisteiden tuotanto hiilimonoksidista, masuunisyöttösintraus, karbidin valmistus, formaldehydin tuotanto, hiilimustalaitokset, koksiuunin akut, kaasulaitokset ja jätteenkäsittelylaitokset. 

Epäpuhtauksien pitoisuudet, jotka syntyvät ensisijaisesti palamisprosessiin liittyvistä lähteistä, ovat erittäin suurien ajallisten muutosten kohteena ja niiden vapautuminen on ajoittaista. VOC-yhdisteiden satunnaiset päästöt ihmisen toiminnasta, kuten maalaamisesta tai maalaamisesta, johtavat myös suuriin ajallisiin vaihteluihin päästöissä. Muut päästöt, kuten formaldehydin vapautuminen puutuotteista sisäilmaan, voivat vaihdella rakennuksen lämpötila- ja kosteusvaihteluiden mukaan, mutta niiden päästöt ovat jatkuvia. Lämpötila ja kosteus voivat vaikuttaa vähemmän orgaanisten kemikaalien päästöihin muista materiaaleista, mutta niiden pitoisuuteen sisäilmassa vaikuttaa suuresti näiden tilojen ilmanvaihto. 

On syytä korostaa, että orgaanisten yhdisteiden katalyyttiset vaikutukset ovat erittäin suuret. Siten ammoniumperkloraatin palamisnopeus tehokkaimmalla katalyytillä - kuparioksinaatilla - 300 atm:ssä ylitti puhtaan perkloraatin palamisnopeuden 21 kertaa. Ja jopa 1000 atm:n paineessa perkloraatti kuparioksinaatin kanssa paloi 4 kertaa nopeammin kuin puhdas perkloraatti. 

Taulukossa 25 esittää yhteenvedon saaduista tuloksista ja näyttää B:n ja V:n arvot palamisyhtälössä. Huomaa, että ammoniakin läsnäolo orgaanisen yhdisteen (ammoniumsalisylaatti) molekyylissä ei vaikuta palamisnopeuteen - ammoniumperkloraatin ja ammoniumsalisylaatin ja salisyylihapon seosten käyrät ovat samat. 

Useimpien aineiden täydellinen palaminen tuottaa hiilidioksidia, rikkidioksidia ja vesihöyryä. Epätäydellinen palaminen tuottaa hiilimonoksidia, alkoholeja, ketoneja, aldehydejä, happoja ja muita monimutkaisia ​​orgaanisia yhdisteitä. Kaikki ne saadaan ilman hapen puutteen seurauksena palamisvyöhykkeellä. Nämä tuotteet ovat syttyviä ja voivat muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa, mikä lisää palovaaraa. Lisäksi epätäydellisen palamisen tuotteet ovat usein syövyttäviä ja myrkyllisiä, mikä vaikeuttaa palomiesten työtä. 

Kemiallisten laboratorioiden turvatoimien kannalta typpiyhdisteet ansaitsevat erityistä huomiota. Monet sen epäorgaaniset ja orgaaniset yhdisteet ovat erittäin myrkyllisiä, monia käytetään räjähteiden valmistukseen. Typellä itsessään ei ole myrkyllisiä eikä ärsyttäviä ominaisuuksia, se on passiivinen palamisprosessissa. Mutta kun suuria pitoisuuksia sitä hengitetään, ihmiselle kehittyy patologisia ilmiöitä, jotka liittyvät hapenpuutteeseen (kessonin tauti). Samanaikaisesti typpi on yhdisteidensä eri muodoissa mukana elintärkeissä fysiologisissa prosesseissa. Normaalin typen aineenvaihdunnan häiriöt kehossa aiheuttavat usein vakavia sairauksia. Seuraavia typpiyhdisteitä käytetään laajalti laboratorioissa: typpi- ja typpihapot, ammoniakki, nitrosyylikloridi jne. 

Kuten tiedetään, kaikki kemialliset reaktiot on jaettu homogeenisiin, jotka tapahtuvat bulkissa, ja heterogeenisiin, jotka tapahtuvat rajapinnassa. Kiinteiden aineiden palamisprosessi on heterogeeninen. Siksi myös kiinteän faasin pinnan koolla ja luonteella sekä sen vaihtelulla on tässä prosessissa poikkeuksellinen rooli. Palaminen edellyttää tälle prosessille altista järjestelmää (palava aine ja hapetin) ja kemiallisen palamisreaktion aiheuttavaa impulssia. Polttoaine, joka voi olla vuorovaikutuksessa hapettimen kanssa, sisältää huomattavan määrän nesteitä ja kaasuja sekä monia kiinteitä aineita: metallit vapaassa muodossa, rikki alkuaine- ja sitoutuneessa muodossa sekä useimmat orgaaniset yhdisteet. Hapettavia aineita palamisprosesseissa ovat happi (ilma), otsoni, peroksidit, happirikkaat aineet (nitroyhdisteet, typpihappo, perkloraatit, nitraatit), halogeenit. 

Palaminen on voimakas kemiallinen hapettumisreaktio, johon liittyy lämmön ja hehkun vapautumista. Palaminen tapahtuu syttyvän aineen, hapettimen ja sytytyslähteen läsnä ollessa. Happi, typpihappo, natriumperoksidi, Berthollet-suola, perkloraatit, nitroyhdisteet jne. voivat toimia hapettimina palamisprosessissa. Monet orgaaniset yhdisteet, rikki, rikkivety, pyriitit, useimmat metallit vapaassa muodossa, hiilimonoksidi, vety ja. jne. 

Useimmat tämän ryhmän räjähteet ovat happea sisältäviä orgaanisia yhdisteitä, jotka voivat palaa osittain tai täydellisesti molekyylinsisäisesti. 

Freonit, toisin kuin vesivaahtotuotteet ja inertit laimentimet, ovat palamisen estoaineita eli aineita, jotka voivat aktiivisesti häiritä kemiallisia prosesseja ja estää niitä. Freonit estävät orgaanisten aineiden (maaöljytuotteet, liuottimet jne.) palamista tehokkaimmin ja estävät vedyn, ammoniakin ja joidenkin muiden aineiden palamista paljon vähemmän tehokkaasti. Freonit eivät ole hyväksyttäviä metallien, monien metalliorgaanisten yhdisteiden, joidenkin metallihydridien sammuttamiseen, eikä myöskään silloin, kun tulipalossa hapettava aine ei ole happi, vaan muut aineet (esimerkiksi halogeenit, typen oksidit). 

Palamistuotteiden koostumus riippuu palavan aineen koostumuksesta, olosuhteista, joissa palaminen tapahtuu, ja pääasiassa palamisen täydellisyydestä. Palamistuotteet voivat sisältää monia epäorgaanisia aineita (hiili, typpi, vety, rikki, fosfori jne.) ja niiden oksideja sekä alkoholeja, ketoneja, aldehydejä ja muita orgaanisia yhdisteitä. Polttoprosessissa syntyvä savu koostuu pienistä kiinteistä hiukkasista, joiden koko vaihtelee välillä 0,01 - 1 mikroni. 

Ei-polaarisille orgaanisille yhdisteille se on lähellä yksikköä heikosti polaarisille yhdisteille voidaan ottaa likimäärin =1,06. Öljytuotepaloissa, joiden palopinta-ala on yli 10 m2, palamisnopeus (m/s) voidaan arvioida empiirisellä kaavalla 

Yhtälöiden (6.2) ja (6.3) vasen puoli ilmaisee alkuperäisen palavan seoksen absoluuttisen entalpian (sisäisen energian) alkulämpötilassa T0 ja oikea puoli ilmaisee palamistuotteiden seoksen entalpian (sisäisen energian) palamistuotteen seoksen entalpian (sisäisen energian) lämpötilassa. palamislämpötila Tt tai räjähdys Gvzr. Yksityiskohtainen menetelmä orgaanisten yhdisteiden palamislämpötilan laskemiseksi näihin ideoihin perustuen on kuvattu kahdessa seuraavassa jaksossa. Tässä tapauksessa otetaan huomioon vain hiilestä, vedystä, hapesta, typestä ja argonista muodostuneet järjestelmät, koska muita elementtejä sisältävien järjestelmien tarkka termodynaaminen laskenta ilman tietokonetta on erittäin monimutkaista ja tämän kirjan soveltamisalan ulkopuolella. Likimääräiset laskentamenetelmät ovat tehottomia, joten niitä ei myöskään anneta. 

Akuutit ja krooniset myrkytykset ovat mahdollisia myös pullotuksen, suodatuksen, puhdistuksen ja Hg:n kuljetuksen aikana elohopean fulminaatin tuotannon aikana (samaan aikaan voi vapautua typen oksideja, typpihapon estereitä, haihtuvien orgaanisten yhdisteiden höyryjä, syaanivetyä ilma) uuttamalla jalometalleja malmeista ja metalliseoksista, romusta, eri elektrolyyttisten prosessien jätteistä työskennellessäsi fotoreagensseilla, jotka sisältävät erilaisten kemiallisten prosessien ja toimintojen aikana (esimerkiksi synteettisen etikkahapon valmistuksessa orgaanisten yhdisteiden analysoinnissa typen määrittäminen) impregnoitaessa ratapölkkyjä, pylväitä ja erilaisia ​​puurakenteita niiden säilyttämiseksi käytettäessä 1 kaavoitusnesteenä (eristys) elektrodien ja sähköakkujen valmistuksessa puhdistettaessa, hitsattaessa tai korjattaessa kattiloita, jotka olivat aiemmin sisällä merialusten (Goldwater ja Jeffers) vedenalaisten osien maalauksessa, kun valvotaan vedenmittauslaitteistoja, joskus elohopeakaivoksissa syttyvät tulipalot (Kulbasov Mirochnik), elohopealamppujen räjähdyksen aikana, ns. faaraokäärmeiden palaminen (elohopearodanidi), elohopean fulminaatin räjähdys elohopeatehtaiden lähellä erilaisten H-töiden aikana, erityisesti elohopeapullojen (pienten tasasuuntaajien) valmistusprosessissa ja lämpömittareiden tuotannossa. 

Inhiboivien lisäaineiden spesifinen vaikutus on kuitenkin rajallinen. Tehokkaimpia halogenideja ovat ne, joissa suurin osa vetyatomeista on korvattu halogeenilla. Orgaanisten yhdisteiden halojohdannaiset, jotka voivat hapettua, ilmeisesti estävät vain palavien seosten palamisen. Tällaisten tuotteiden lisääminen vähärasvaisiin seoksiin voi jopa lisätä liekin nopeutta seoksen kaloripitoisuuden lisääntymisen vuoksi. 

Aineiden palamisen seurauksena muodostuu kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä tuotteita. Orgaanisten aineiden epätäydellinen palaminen tuottaa monipuolisemman tuotevalikoiman. Täydellisen palamistuotteiden lisäksi niiden koostumus sisältää hiilimonoksidia, alkoholeja, ketoneja, aldehydejä, happoja ja muita monimutkaisia ​​orgaanisia yhdisteitä. Epätäydellisen palamisen tuotteet ovat usein myrkyllisiä, ne voivat palaa ja muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa. Täydellisen ja epätäydellisen palamisen tuotteet tuottavat koostumukseltaan erilaista savua. Savu koostuu pienistä kiinteistä hiukkasista, jotka ovat suspendoituneet johonkin kaasuun. Kiinteät hiukkaset ovat pääasiassa hiiltä, ​​joiden halkaisija on 0,002 - 1 mm. Nämä hiukkaset laskeutuvat helposti nokeksi tai noeksi. 

Palamisen seurauksena muodostuu kaasumaisia, nestemäisiä ja kiinteitä tuotteita. Täydellisen palamisen yhteydessä - CO2, HgO, BO2 ja P2O5, epätäydellisen palamisen yhteydessä muodostuu monipuolisempia tuotteita, jotka sisältävät täydellisen palamistuotteiden lisäksi hiilimonoksidia, ketoneja, aldehydejä, happoja ja muita monimutkaisia ​​orgaanisia yhdisteitä. Epätäydellisen palamisen tuotteet ovat usein myrkyllisiä, ne voivat palaa ja muodostaa räjähtäviä seoksia ilman kanssa. 

Natrium Na, hopeanvalkoinen pehmeä metalli. klo. paino 22 997 lihaa. 970 kg/m3, sp. 97,7 °C kp. 883° tahdista. sähkö. vastus 20°C:ssa 4,879 10" ohm cm. Palamislämpö Na202:een asti 2600 kcal/kg lämmönjohtavuuskerroin cal/(cm sek deg) 0,317 21°C:ssa, 0,205 100°C:ssa. Korkea reaktiivisuus. Kuumennettaessa ilma syttyy helposti Palamislämpötila noin 900°С itsestään syttymislämpötila 330-360°С (ilmassa), 97-106°С (natriumperoksidin läsnä ollessa) II8°С (hapessa) vaadittu vähimmäishappipitoisuus. palaminen, 5 tilavuusprosenttia 0,7-0,9 kg/(m -min). , joskus räjähtäen Kiinteä hiilidioksidi räjähtää joutuessaan kosketuksiin 350°C:een kuumennetun metallin kanssa Natriumin vuorovaikutus veden, happoliuosten tai orgaanisten yhdisteiden kanssa johon liittyy usein räjähdys) muodostaa palaessaan räjähtäviä seoksia halogenoitujen hiilivetyjen kanssa. Sammuta PS-1:llä ja nesteytetyillä inertillä kaasulla. Sisätiloissa sammutettaessa argon ja typpi antavat suurimman vaikutuksen. Sammutus katso myös Metallit. Sammutusaineet. 

Palovaaralliset ominaisuudet Palava metalli. T. itsestään syttyvä ilmassa 330-360°C (natriumperoksidin läsnä ollessa 97-106°C), hapessa 118°C MVSA 5 % tilavuus. palamisnopeus (1,1-1,5) I02 kg/(m3s). Ylimääräisessä hapessa poltettaessa muodostuu Na2O2:ta, joka reagoi helposti hapettuvien aineiden (alumiinijauheet, rikki, kivihiili jne.) kanssa erittäin voimakkaasti, joskus räjähdysmäisesti. Alkalimetallikarbidit ovat kemiallisesti erittäin aktiivisia hiilidioksidiatmosfäärissä, ne syttyvät itsestään ja reagoivat räjähdysmäisesti veden kanssa. Kiinteä hiilidioksidi sulan natriumin kanssa räjähtää 350 °C:ssa. Reaktio jään kanssa alkaa -98 °C:ssa vedyn vapautuessa. Kun merkittäviä määriä natriumia ja vettä joutuvat kosketuksiin, reaktioon liittyy räjähdys. Vuorovaikutus happoliuosten kanssa etenee samalla tavalla kuin reaktio veden kanssa. Natriumin vuorovaikutus orgaanisten yhdisteiden kanssa riippuu niiden luonteesta ja lämpötilasta. Natrium, erityisesti sula natrium, muodostaa tietyissä olosuhteissa (esimerkiksi palamisen aikana) räjähtäviä seoksia halogenoitujen hiilivetyjen kanssa. Natriumatsidi NaN3 räjähtää lämpötilassa, joka on lähellä sen sulamispistettä. Kloorissa ja fluorissa natrium syttyy huoneenlämpötilassa ja reagoi bromin kanssa 200°C:ssa räjähtäen. Lisääntyneen kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi natrium varastoidaan kerosiini- tai mineraaliöljykerroksen alle. 

Ilman saastuminen voi johtua melkein mistä tahansa laivojen ja veneiden rakentamisen, huollon tai korjauksen aikana suoritetusta toiminnasta. Monissa maissa valvottuja ilmansaasteita ovat rikin oksidit, typen oksidit, hiilimonoksidit, hiukkaset (savu, noki, pöly jne.), lyijy ja haihtuvat orgaaniset yhdisteet. Laivanrakennus- ja laivankorjaustoiminnassa saasteita ovat polttolähteet, kuten kattila- ja metallinjalostuslaitokset, generaattorit ja uunit. Mikrohiukkaset voivat näkyä savuna palamisprosessista ja myös pölynä puuntyöstyksestä, hiekkapuhalluksesta, hiomisesta, hiomisesta ja kiillotuksesta. 

On mielenkiintoista huomata, että painealueella 250-500 atm kupari(II)bikromaattidihydraatti on tehokkaampi kuin jotkin edellä käsitellyistä orgaanisista yhdisteistä, mikä johtuu luultavasti epäorgaanisten suolojen paremmasta liukoisuudesta veteen. merkittävä vaikutus palamisprosessiin tällä painealueella. Molekyylin orgaanisella osalla on myös erittäin merkittävä vaikutus kuparia sisältävien yhdisteiden katalyyttiseen aktiivisuuteen. Siis pöydästä. 20 ja fig. 88 voidaan nähdä, että molekyylin orgaanisesta osasta riippuen kerroin K voi vaihdella välillä 1,2 - 3,0 paineessa 50 atm ja välillä 10 - 21 paineessa 300 atm, mutta paineen kasvaessa tämä ero pienenee. Lisäksi ero esimerkiksi kuparia sisältävien orgaanisten yhdisteiden katalyyttisessä tehokkuudessa ei liity metallin absoluuttiseen määrään yhdistemolekyylissä. Siten 5 paino-% kuparisalisylaattia sisältää 0,96 g metallia ja kuparioksinaatti 0,83 g, kuitenkin jälkimmäinen yhdiste on paljon tehokkaampi katalyyttinä. Samanlainen kuva havaitaan natriumia sisältävillä suoloilla, esimerkiksi 50 °C:ssa K - 1,3 natriumbentsoaatilla, K = 1,8 natriumsalisylaatilla ja K = 0,7 fuksiinilla. 

Mitä tulee paradoksaaliseen ammoniumperkloraatin palamisnopeuden laskuun tiettyjen orgaanisten yhdisteiden läsnä ollessa (katso taulukko 20), erityisesti matalapainealueella, se johtuu todennäköisesti siitä tosiasiasta, että koska tietyn metallin ioni (esim. esim. vismutti, elohopea, magnesium15 tai kadmium) ei vaikuta prosessiin katalyyttisesti, pääasiallinen vaikutus on molekyylin orgaaninen osa ja erityisesti sen pelkistävät ominaisuudet. Lisäksi ei voida sulkea pois metalli-ionin osallistumista aiemmin kuvatun tyyppiseen vaihtoreaktioon ja perkloorihapon, jonka hajoamistuotteet ovat hapettimia perkloraatin palaville alkuaineille, sitoutumisesta johtuvaa palamisen hidastumista. ulos. 

Taulukon tulosten perusteella voidaan päätellä, että kaikki tutkimamme orgaaniset yhdisteet estävät metaanin palamista, mutta eivät samassa määrin. Kemiallisesta luonteesta riippuen jotkut lisäaineet ovat yhtä tehokkaita kuin natriumkloridi (esimerkiksi polyvinyylikloridi), toiset ovat vähemmän tehokkaita (o-fenyleenidiamiini, litiumbentsoaatti, piioksidi) ja toiset ovat tehokkaampia (natriumbentsoaatti ja salisylaatti, indoli, kaliumsalisylaatti,tti). 

Vaikka monet tutkimistamme orgaanisista yhdisteistä estivät liekin leviämistä stoikiometrisessä metaani-ilmaseoksessa tehokkaammin kuin natriumkloridi, on syytä muistaa, että orgaaniset yhdisteet voivat osallistua palamisprosessiin rikastaen seosta uudelleen. Tämän oletuksen testaamiseksi suoritettiin kokeita, kun tutkittuja lisäaineita lisättiin metaani-ilmaseokseen laihalla palamisrajalla (5 % CH). Kokeen tulokset on esitetty taulukossa. 58. Kuten taulukosta voidaan nähdä, kiinteät orgaaniset yhdisteet, jotka sisältävät alkalimetalleja tai klooria molekyylissä, sekä yhdisteet, jotka sisältävät aminoryhmän, ovat todellakin estäjiä. 

Jokaiselle räjähteelle tietyllä painealueella on oma tehokkain polttokatalyytti - vanadiinipentoksidi, lyijykromaatti ja kuparikloridi nitroguanidiinille, kupari(II)bikromaattidihydraatti ja kuparioksinaatti ammoniumperkloraatille, kuusiarvoiset kromisuolat ja -kloridit sekä alkalimetallien orgaaniset yhdisteet ammoniumlitraan. 

Työssä havaittiin, että lyijyoksidit reagoivat hiilivetyjen hydroksyylijohdannaisten kanssa, joiden palamista ne edistävät, eivätkä reagoi eetterien ja hiilivetyjen kanssa, joiden palamista ne estävät. (Muista, että havaitsimme hydroksyylin edistävän vaikutuksen kaliumbikromaatin katalyyttiseen vaikutukseen pikriinihapon palamisen aikana, mikä johtuu todennäköisesti sen edistävästä vaikutuksesta CO:n kaasufaasihapettumiseen.) Samaan aikaan orgaaniset yhdisteet tetraetyylilyijy ja pentakarbonyylirauta estävät voimakkaasti heksaani-ilmaliekkejä, paitsi Lisäksi ne ovat parhaita nakutuksenestoaineita. 

Räjähteitä poltettaessa lyijy- ja rautayhdisteet ovat tehokkaita katalyyttejä. Esimerkiksi lyijykromaatti ja kloridi katalysoivat nitroguanidiinin ja ammoniumnitraatin palamista, ja orgaaniset rautayhdisteet olivat tehokkaita katalyyttejä ammoniumperkloraattipohjaisten limajauheiden palamisessa. Samaan aikaan etyylinitraatin lämpöhajoamisen aikana lyijyoksidi oli estäjä, ja kuparin pinta kiihdytti hajoamista. 

Orgaanisten yhdisteiden täydellisen palamisen yhteydessä muodostuu CO2, BOg, H20, N2 ja epäorgaanisten yhdisteiden palaessa oksideja. Sulamispisteestä riippuen reaktiotuotteet voivat olla joko sulatteen muodossa (Al2O3, TiO2) tai nousta savun muodossa ilmaan (P2O5, Na2O, AO). Sulat kiinteät aineet luovat liekin kirkkauden. Hiilivetyjä poltettaessa liekin voimakas kirkkaus varmistetaan suuria määriä muodostuvien hiilimustahiukkasten hehkulla. Sen hapettumisen seurauksena tapahtuva hiilimustapitoisuuden lasku vähentää liekin kirkkautta ja lämpötilan lasku vaikeuttaa noen hapettumista ja johtaa noen muodostumiseen liekkiin. 

Mitä tahansa orgaanista yhdistettä pidetään hiilivetynä, jossa tietty määrä vetyatomeja on korvattu muilla atomeilla ja atomiryhmillä, ja palamislämpöä pidetään hiili- ja vetyatomeista happiatomeihin palamisen aikana siirtyvien elektronien lukumäärän funktiona. , Karrasch tuli riippuvuuteen nestemäisistä orgaanisista yhdisteistä 

Kloorivety palamisen estäjänä. Hiilivetyjen oksiklooraus. Orkäytetään laajalti järjestelmiä, jotka sisältävät polttoainetta, happea ja kloorivetyä. Tällaiset seokset ovat erityisen yleisiä oksidatiivisessa kloorauksessa (oksikloorauksessa). Näiden prosessien päätehtävänä on hyödyntää kloorivetyä, jota syntyy sivutuotteena monilla teollisuudenaloilla, ensisijaisesti orgaanisten yhdisteiden suorakloorauksen prosesseissa sekä polykloorialkaanien dehydrokloorauksessa. Tyydyttyneiden orgaanisten yhdisteiden suoralle klooraukselle tärkein bruttoreaktio voidaan kirjoittaa seuraavasti 

Palaminen– kemiallinen prosessi, jossa polttoaine yhdistetään hapettimeen, johon liittyy voimakas lämmön vapautuminen ja palamistuotteiden lämpötilan voimakas nousu.

Palamiseen liittyy seoksen muodostumista, diffuusiota, syttymistä, lämmönvaihtoa ja muita prosesseja, jotka tapahtuvat läheisessä yhteydessä.

On olemassa homogeenista ja heterogeenista palamista. Homogeenisessa palamisessa tapahtuu lämmön ja massan siirtoa aineiden välillä, jotka ovat samassa aggregaatiotilassa (yleensä kaasumaisia).

Heterogeeninen palaminen on ominaista nestemäisille ja kiinteille polttoaineille.

Kemiallisen reaktion nopeus riippuu lähtöaineiden pitoisuudesta, lämpötilasta ja paineesta ja määräytyy lähtöaineiden pitoisuuksien tulon perusteella.

Missä k 0 on empiirinen vakio.

Aktivointienergiaa E- tämä on pienin energia (kaasuseoksilla 85–170 MJ/kmol), joka molekyyleillä tulee olla törmäyshetkellä, jotta ne pystyvät kemialliseen vuorovaikutukseen. Eteenpäin- ja käänteisreaktioiden aktivointienergian ero muodostaa kemiallisen reaktion lämpövaikutuksen.

Reaktiolle on ominaista voimakas eksoterminen, mikä aiheuttaa lämpötilan nousun. Lämpötilan vaikutus reaktionopeuteen on paljon voimakkaampi kuin reagoivien aineiden pitoisuuden vaikutus. Tästä syystä palamisreaktion nopeus kasvaa ja saavuttaa maksiminsa sen jälkeen, kun 80–90 % palavista aineista on palanut, huolimatta reagenssien pitoisuuden laskusta palamisen aikana. Kaasumaisen polttoaineen palamisreaktiot tapahtuvat lähes välittömästi, mikä ei selity pelkästään lämpötilan voimakkaalla vaikutuksella, vaan myös niiden esiintymisen ketjullisella luonteella.

Reaktionopeus riippuu myös paineesta
(n– reaktiojärjestys).

Polttoaineen palamisprosessissa on kaksi aluetta: kineettinen, jossa polttoaineen palamisnopeus määräytyy kemiallisen reaktion nopeuden mukaan, ja diffuusio, jossa palamisnopeutta säätelee seoksen muodostumisnopeus. Esimerkki kineettisestä palamisalueesta on homogeenisen kaasu-ilma-seoksen palaminen. Reaktiokammioon erillään hapettimesta syötetty kaasumainen polttoaine palaa diffuusion avulla.

Kemiallisten vaikutusten kineettiset vaikutukset palamisnopeuksiin näkyvät voimakkaimmin seoksen alhaisissa pitoisuuksissa, lämpötiloissa ja paineissa. Näissä olosuhteissa kemiallinen reaktio voi hidastua niin paljon, että se itse alkaa estää palamista. Diffuusiovaikutusalue polttoaineen palamisnopeuteen ilmenee korkeissa pitoisuuksissa ja lämpötiloissa. Kemiallinen reaktio etenee hyvin nopeasti ja palamisen viivästyminen voi johtua riittämättömästä seoksen muodostumisnopeudesta.

Seoksen muodostusprosessi on käytännössä riippumaton lämpötilasta.

Valmiin palavan seoksen kineettinen palaminen pyörteisessä liikkeessä on erittäin epävakaa. Siksi korkean suorituskyvyn teollisissa polttolaitteissa pyörteissä kaasu-ilmavirtojen olosuhteissa palaminen on pääasiassa diffuusiota.

Palavan seoksen palamisprosessi voi alkaa itsesytytyksellä tai pakkosytytyksellä (sähkökipinä, poltin jne.). Itsesyttymislämpötila määräytyy palamisen aikana vapautuneen ja ulkoiseen ympäristöön vapautuneen lämmön määrän suhteena. Palamisen aikana vapautuvan lämmön määrä riippuu lämpötilasta ja muuttuu eksponentiaalisesti 1 (Kuva 1.1)

missä α on lämmönsiirtokerroin; A- pinta-ala; T c on jäähdytetyn seinän lämpötila.

Vähäisellä lämmönpoistolla (suora 2""" ) vapautuvan lämmön määrä q sisään > q Tästä syystä reaktioon liittyy järjestelmän lämpötilan nousu, mikä johtaa itsesyttymiseen.

Paremmalla lämmönpoistolla (suora 2"" ) kohdassa B q in = q alkaen. Lämpötila T tässä vaiheessa kutsutaan palavan seoksen syttymislämpötilaksi. Se riippuu lämmönpoiston olosuhteista, eikä se ole fysikaalis-kemiallinen vakio, joka luonnehtii tiettyä palavaa seosta. Kasvava lämmönpoisto (suora 2" ) itsestään syttyminen on mahdotonta. Piste A vastaa stabiloitua hapettumista matalan lämpötilan alueella ja piste B vastaa epästabiilia tasapainoa korkean lämpötilan alueella.

Syttymislämpötila löytyy olosuhteista

q in = q alkaen ja dq V / dT=dq alkaen / dT,

määräytyy pisteen B mukaan (katso kuva 1.1).

Ottaen huomioon yhtälöt (1.8) ja (1.9) meillä on
. Ratkaisemalla tämän yhtälön saamme

.

Leimahduspiste T joillekin kaasuille on annettu taulukossa. 1.4.

Syttyvän komponentin minimi- ja maksimipitoisuuksia, joiden ala- ja yläpuolella ei tapahdu seoksen pakkosytytystä, kutsutaan pitoisuuden syttymisrajoiksi (taulukko 1.4); ne riippuvat kaasumaisen polttoaineen palamattomien komponenttien määrästä ja koostumuksesta, jotka nostavat syttymisrajan ala- ja alarajaa.

1.6. PALTOTUOTTEET

Palamistuotteet ovat kaasumaisia, nestemäisiä tai kiinteitä aineita, jotka muodostuvat palamisprosessin aikana. Palamistuotteiden koostumus riippuu palavan aineen koostumuksesta ja sen palamisolosuhteista. Orgaaniset ja epäorgaaniset palavat aineet koostuvat pääasiassa hiilestä, hapesta, vedystä, rikistä, fosforista ja typestä. Näistä hiili, vety, rikki ja fosfori kykenevät hapettumaan palamislämpötiloissa ja muodostamaan palamistuotteita: CO, CO 2, SO 2, P 2 O 5 . Typpi ei hapetu palamislämpötilassa ja vapautuu vapaassa tilassa, ja happea kuluu aineen palavien alkuaineiden hapetukseen. Kaikki nämä palamistuotteet (paitsi hiilimonoksidi CO) eivät enää pysty palamaan tulevaisuudessa. Ne muodostuvat täydellisen palamisen aikana, eli palamisen aikana, joka tapahtuu riittävän määrän ilmaa pääsyn aikana ja korkeassa lämpötilassa.

Orgaanisten aineiden epätäydellisessä palamisessa matalissa lämpötiloissa ja ilman puutteessa muodostuu monipuolisempia tuotteita - hiilimonoksidia, alkoholeja, ketoneja, aldehydejä, happoja ja muita monimutkaisia ​​kemiallisia yhdisteitä. Ne saadaan hapettamalla osittain sekä itse polttoaine että sen kuivatislaustuotteet (pyrolyysi). Nämä tuotteet tuottavat kirpeää ja myrkyllistä savua. Lisäksi epätäydellisen palamisen tuotteet itse pystyvät palamaan ja muodostamaan räjähtäviä seoksia ilman kanssa. Tällaisia ​​räjähdyksiä tapahtuu sammutettaessa tulipaloa kellareissa, kuivaimissa ja suljetuissa tiloissa, joissa on paljon syttyvää materiaalia. Tarkastellaanpa lyhyesti tärkeimpien palamistuotteiden ominaisuuksia.

Hiilidioksidi

Hiilidioksidi tai hiilidioksidi (CO 2) on hiilen täydellisen palamisen tuote. Se on hajuton ja väritön. Sen tiheys suhteessa ilmaan = 1,52. Hiilidioksidin tiheys lämpötilassa T= 0 0 C ja normaalipaineessa R= 760 elohopeamillimetriä (mm Hg ) on 1,96 kg/m 3 (ilman tiheys samoissa olosuhteissa on ρ = 1,29 kg/m 3). Hiilidioksidi liukenee hyvin veteen (at T= 15 0 C litra kaasua liukenee litraan vettä). Hiilidioksidi ei tue aineiden palamista, paitsi alkali- ja maa-alkalimetalleja. Esimerkiksi magnesiumin palaminen tapahtuu hiilidioksidin ilmakehässä seuraavan yhtälön mukaisesti:

CO 2 + 2 Mg = C + 2 MgO .

Hiilidioksidin myrkyllisyys on mitätön. Ilman 1,5 % hiilidioksidipitoisuus on ihmiselle vaaratonta pitkään. Kun ilman hiilidioksidipitoisuus ylittää 3-4,5 %, sisätiloissa oleskelu ja kaasun hengittäminen puolen tunnin ajan on hengenvaarallista. Lämpötilassa T= 0 0 C ja paine R= 3,6 MPa hiilidioksidi muuttuu nestemäiseksi. Nestemäisen hiilidioksidin kiehumispiste on T= –78 0 C. Nestemäisen hiilidioksidin nopean haihtumisen myötä kaasu jäähtyy ja muuttuu kiinteäksi. Sekä nestemäisessä että kiinteässä tilassa hiilidioksidipisaroita ja -jauheita käytetään tulipalojen sammuttamiseen.

Hiilimonoksidi

Hiilimonoksidi tai hiilimonoksidi (CO) on hiilen epätäydellisen palamisen tuote. Tämä kaasu on hajuton ja väritön, mikä tekee siitä erityisen vaarallisen. Suhteellinen tiheys = 0,97. Hiilimonoksidin tiheys klo T= 0 0 C ja R= 760 mm Hg on 1,25 kg/m3. Tämä kaasu on ilmaa kevyempää ja kerääntyy tulipalojen aikana huoneen yläosaan. Hiilimonoksidi on lähes veteen liukenematonta. Pystyy palamaan ja muodostamaan räjähtäviä seoksia ilman kanssa. Poltettaessa hiilimonoksidi tuottaa sinisen liekin. Hiilimonoksidi on erittäin myrkyllistä. Ilman hengittäminen, jonka hiilimonoksidipitoisuus on 0,4 %, on tappavaa ihmisille. Vakiokaasunaamarit eivät suojaa hiilimonoksidilta, joten tulipalon sattuessa käytetään erityisiä suodattimia tai hapen eristäviä laitteita.

Rikkidioksidi

Rikkidioksidi (SO 2 ) on rikin ja rikkiyhdisteiden palamistuote. Väritön kaasu, jolla on tyypillinen pistävä haju. Rikkidioksidin suhteellinen tiheys = 2,25. Tämän kaasun tiheys on T= 0 0 C ja R= 760 mm Hg on 2,9 kg/m3, eli se on paljon ilmaa raskaampaa. Rikkidioksidi liukenee hyvin veteen esimerkiksi lämpötilassa T= 0 0 C kahdeksankymmentä litraa liukenee litraan vettä SO 2 , ja milloin T= 20 0 C – neljäkymmentä litraa. Rikkidioksidi ei tue palamista. Se ärsyttää hengitysteiden limakalvoja ja on siksi erittäin myrkyllistä.

Savu

Kun monet aineet palavat, vapautuu edellä käsiteltyjen palamistuotteiden lisäksi savua - hajaantunutta systeemiä, joka koostuu pienistä kaasuun suspendoituneista kiinteistä hiukkasista. Savuhiukkasten halkaisija on 10 -4 -10 -6 cm (1 - 0,01 mikronia). Huomaa, että 1 µm (mikroni) on 10 -6 m tai 10 -4 Palamisen aikana muodostuneet suuremmat kiinteät hiukkaset laskeutuvat nopeasti noen ja noen muodossa. Orgaanisten aineiden palaessa savu sisältää kiinteitä nokihiukkasia suspendoituneena CO 2, CO, N2, SO 2 ja muut kaasut. Aineen koostumuksesta ja palamisolosuhteista riippuen saadaan eri koostumuksen ja värin omaavia höyryjä. Esimerkiksi puu palaessaan tuottaa harmahtavan mustaa savua, kangas ruskeaa savua, öljytuotteet mustaa savua, fosfori valkoista savua, paperi, oljesta valkeankeltaista savua.