Informações gerais sobre combustão

A essência do processo de combustão

Um dos primeiros fenômenos químicos com os quais a humanidade se familiarizou no início de sua existência foi a combustão. No início era usado para cozinhar e aquecer, e só depois de milhares de anos as pessoas aprenderam a usá-lo para converter a energia de uma reação química em energia mecânica, elétrica e outros tipos de energia.

A combustão é uma reação de oxidação química acompanhada pela liberação de uma grande quantidade de calor e brilho. Em fornos, motores de combustão interna e durante incêndios, sempre se observa um processo de combustão, no qual estão envolvidas algumas substâncias inflamáveis ​​​​e o oxigênio atmosférico. Uma reação composta ocorre entre eles, como resultado da liberação de calor e os produtos da reação são aquecidos até brilharem. É assim que queimam derivados de petróleo, madeira, turfa e muitas outras substâncias.

No entanto, o processo de combustão pode acompanhar não apenas a reação de combinação de uma substância combustível com o oxigênio atmosférico, mas também outras reações químicas associadas a uma liberação significativa de calor. Hidrogênio, fósforo, acetileno e outras substâncias queimam, por exemplo, no cloro; cobre - em vapor de enxofre, magnésio - em dióxido de carbono. Acetileno comprimido, cloreto de nitrogênio e várias outras substâncias podem explodir. Durante a explosão, as substâncias se decompõem com liberação de calor e formação de chama. Assim, o processo de combustão é resultado de reações de combinação e decomposição de substâncias.

Condições propícias à combustão

Para que ocorra a combustão, são necessárias certas condições: a presença de um meio inflamável (substância combustível + oxidante) e uma fonte de ignição. O ar e a matéria combustível constituem um sistema capaz de queimar, e as condições de temperatura determinam a possibilidade de ignição e combustão deste sistema.

Como se sabe, os principais elementos combustíveis da natureza são o carbono e o hidrogênio. Fazem parte de quase todas as substâncias sólidas, líquidas e gasosas, por exemplo, madeira, carvão fóssil, turfa, algodão, tecido, papel, etc.

A ignição e a combustão da maioria das substâncias inflamáveis ​​ocorrem na fase gasosa ou vapor. A formação de vapores e gases em substâncias inflamáveis ​​​​sólidas e líquidas ocorre como resultado do seu aquecimento. Substâncias sólidas inflamáveis, por exemplo, enxofre, estearina, fósforo e alguns plásticos derretem e evaporam quando aquecidos. Madeira, turfa e carvão se decompõem quando aquecidos para formar vapores, gases e um resíduo sólido - carvão.

Vejamos esse processo com mais detalhes usando a madeira como exemplo. Quando aquecida a 110°C, a madeira seca e a resina evapora ligeiramente. A decomposição fraca começa a 130°C. A decomposição mais perceptível da madeira (mudança de cor) ocorre a 150°C e acima. Os produtos de decomposição formados a 150-200°C são principalmente água e dióxido de carbono, por isso não podem queimar.

Em temperaturas acima de 200°C, o principal componente da madeira, a fibra, começa a se decompor. Os gases formados a estas temperaturas são inflamáveis ​​porque contêm quantidades significativas de monóxido de carbono, hidrogénio, hidrocarbonetos e vapores de outras substâncias orgânicas. Quando a concentração destes produtos no ar se tornar suficiente, sob certas condições eles entrarão em ignição.

Todos os líquidos inflamáveis ​​são capazes de evaporar e sua combustão ocorre na fase gasosa. Portanto, quando se fala em combustão ou ignição de um líquido, significa combustão ou ignição de seus vapores.

A combustão de todas as substâncias começa com a sua ignição. Para a maioria das substâncias inflamáveis, o momento de ignição é caracterizado pelo aparecimento de uma chama, e para as substâncias que não queimam com chama, pelo aparecimento de um brilho (ataque).

O elemento inicial de combustão, que ocorre sob a influência de fontes com temperatura superior à temperatura de autoignição da substância, é denominado ignição.

Algumas substâncias são capazes de liberar calor e autoaquecer sem a influência de uma fonte externa de calor. O processo de autoaquecimento que termina em combustão é comumente chamado de combustão espontânea.

A combustão espontânea é a capacidade de uma substância inflamar não apenas quando aquecida, mas também à temperatura ambiente sob a influência de processos químicos, microbiológicos e físico-químicos.

A temperatura à qual uma substância inflamável deve ser aquecida para que entre em ignição sem aproximar uma fonte de ignição é chamada de temperatura de autoignição.

O processo de autoignição de uma substância ocorre da seguinte forma. Ao aquecer uma substância inflamável, por exemplo, uma mistura de vapor de gasolina e ar, é possível atingir uma temperatura na qual uma reação de oxidação lenta começa a ocorrer na mistura. A reação de oxidação é acompanhada pela liberação de calor, e a mistura começa a aquecer acima da temperatura à qual foi aquecida.

Porém, junto com a liberação de calor e o aumento da temperatura da mistura, ocorre a transferência de calor da mistura reagente para o meio ambiente. Em uma baixa taxa de oxidação, a quantidade de transferência de calor sempre excede a liberação de calor, de modo que a temperatura da mistura, após um ligeiro aumento, começa a diminuir e a autoignição não ocorre. Se a mistura for aquecida externamente a uma temperatura mais alta, junto com o aumento na taxa de reação, a quantidade de calor liberada por unidade de tempo aumenta.

Ao atingir uma determinada temperatura, a liberação de calor começa a ultrapassar a transferência de calor e a reação adquire condições para intensa aceleração. Neste momento ocorre a combustão espontânea da substância. A temperatura de autoignição de substâncias inflamáveis ​​é diferente.

O processo de autoignição discutido acima é um fenômeno característico inerente a todas as substâncias combustíveis, independentemente do estado de agregação em que se encontrem. Porém, na tecnologia e na vida cotidiana, a combustão de substâncias ocorre devido à exposição a chamas, faíscas ou objetos incandescentes.

A temperatura dessas fontes de ignição é sempre superior à temperatura de autoignição das substâncias combustíveis, portanto a combustão ocorre muito rapidamente. As substâncias capazes de combustão espontânea são divididas em três grupos. O primeiro inclui substâncias que podem inflamar-se espontaneamente ao entrar em contato com o ar, o segundo - com objetos fracamente aquecidos. O terceiro grupo inclui substâncias que se inflamam espontaneamente ao entrar em contato com a água.

Por exemplo, produtos vegetais, carvão vegetal, sulfatos de ferro, lenhite, gorduras e óleos, produtos químicos e misturas podem ser propensos à combustão espontânea.

Entre os produtos vegetais, o feno, a palha, o trevo, as folhas, o malte e o lúpulo são propensos à combustão espontânea. Particularmente suscetíveis à combustão espontânea são os produtos vegetais pouco secos, nos quais a atividade vital das células vegetais continua.

Segundo a teoria bacteriana, a presença de umidade e o aumento da temperatura devido à atividade vital das células vegetais contribuem para a proliferação de microrganismos presentes nos produtos vegetais. Devido à baixa condutividade térmica dos produtos vegetais, o calor liberado acumula-se gradualmente e a temperatura aumenta.

Em temperaturas elevadas, os microrganismos morrem e se transformam em carbono poroso, que tem a propriedade de aquecer devido à intensa oxidação e, portanto, é a próxima fonte de liberação de calor, depois dos microrganismos. A temperatura dos produtos vegetais sobe para 300°C e eles entram em combustão espontânea.

Carvão, carvão marrom e duro, turfa também inflamam espontaneamente devido à intensa oxidação pelo oxigênio atmosférico.

As gorduras vegetais e animais, se aplicadas sobre materiais triturados ou fibrosos (trapos, cordas, estopa, esteiras, lã, serragem, fuligem, etc.) têm a capacidade de inflamar-se espontaneamente.

Quando materiais triturados ou fibrosos são umedecidos com óleo, ele se distribui pela superfície e ao entrar em contato com o ar começa a oxidar. Simultaneamente à oxidação, ocorre no óleo o processo de polimerização (combinação de várias moléculas em uma). Tanto o primeiro como o segundo processos são acompanhados por uma liberação significativa de calor. Se o calor gerado não for dissipado, a temperatura do material oleado aumenta e pode atingir a temperatura de autoignição.

Alguns produtos químicos podem inflamar-se espontaneamente quando expostos ao ar. Estes incluem fósforo (branco, amarelo), fosfeto de hidrogênio, pó de zinco, pó de alumínio, metais: rubídio, césio, etc. Todas essas substâncias são capazes de oxidar no ar com liberação de calor, devido ao qual a reação é acelerada para si mesma -ignição.

Potássio, sódio, rubídio, césio, carboneto de cálcio, carbonetos de metais alcalinos e alcalino-terrosos combinam-se vigorosamente com a água e, após interação, liberam gases inflamáveis ​​​​que, sendo aquecidos pelo calor da reação, inflamam-se espontaneamente.

Quando agentes oxidantes como oxigênio comprimido, cloro, bromo, flúor, ácido nítrico, peróxido de sódio e bário, permanganato de potássio, nitrato, etc. são misturados com substâncias orgânicas, ocorre o processo de combustão espontânea dessas misturas.

O risco de incêndio de substâncias e materiais é determinado não apenas pela sua capacidade de ignição, mas também por uma série de outros fatores: a intensidade do próprio processo de combustão e os fenômenos que acompanham a combustão (formação de fumaça, vapores tóxicos, etc.), a possibilidade de parar este processo. Um indicador geral de risco de incêndio é a inflamabilidade.

De acordo com este indicador, todas as substâncias e materiais são convencionalmente divididos em três grupos: não inflamáveis, de queima lenta e inflamáveis.

Substâncias e materiais que são incapazes de combustão no ar (cerca de 21% de oxigênio) são considerados não inflamáveis. Estes incluem aço, tijolo, granito, etc. No entanto, seria um erro classificar materiais incombustíveis como seguros contra incêndio. Agentes oxidantes fortes (ácidos nítrico e sulfúrico, bromo, peróxido de hidrogênio, permanganatos, etc.) são considerados não inflamáveis, mas inflamáveis; substâncias que liberam gases inflamáveis ​​​​quando aquecidas ao reagir com a água, substâncias que reagem com a água liberando grande quantidade de calor, por exemplo, cal viva.

Relativamente inflamáveis ​​são substâncias e materiais que podem queimar no ar a partir de uma fonte de ignição, mas não são capazes de queimar por conta própria após serem removidos.

Combustíveis são substâncias e materiais capazes de combustão espontânea, inflamando-se a partir de uma fonte de ignição e queimando após sua remoção.

A combustão da madeira é a oxidação de suas partes constituintes em dióxido de carbono CO 2 e água H 2 O.

Para realizar este processo é necessária uma quantidade suficiente de agente oxidante (oxigênio) e o aquecimento da madeira a uma determinada temperatura.

Quando aquecida sem acesso ao oxigênio, ocorre a decomposição térmica da madeira (pirólise), resultando na formação de carvão, gases, água e substâncias orgânicas voláteis.

De acordo com a teoria desenvolvida por G. F. Knorre e outros cientistas, a combustão da madeira pode ser representada da seguinte forma.

No início do aquecimento, a umidade evapora da madeira. Posteriormente, ocorre a decomposição térmica de suas partes constituintes. As partes constituintes da madeira são amplamente oxidadas e se decompõem em baixas temperaturas. A formação de substâncias voláteis atinge um máximo (até 85% em peso começa por volta de 160° e madeira seca) a 300°.

Os produtos da decomposição primária da madeira, como resultado de complexos processos oxidativos e redutores, passam para o estado gasoso, no qual podem facilmente se misturar com moléculas de oxigênio, formando uma mistura combustível que se inflama sob certas condições (excesso de oxigênio, suficientemente alto temperatura). Dependendo da qualidade da madeira, ela inflama a 250-350°.

Os produtos gaseificados queimam na borda externa da chama, enquanto dentro da chama os produtos voláteis da pirólise da madeira passam para o estado gasoso.

O brilho da chama é causado por partículas quentes de carbono queimando em CO 2 em sua borda externa com excesso de oxigênio. Pelo contrário, na falta de oxigênio, quando a temperatura é relativamente baixa, a chama fica com uma cor avermelhada e uma quantidade significativa de fuligem é liberada devido às partículas de carbono não queimadas.

Quanto maior o suprimento de oxigênio, quanto maior a temperatura, maior e mais brilhante será a chama.

O aspecto da chama depende também da composição da madeira e principalmente do teor de hidrocarbonetos e resinas. A maior parte das resinas é encontrada nos pinheiros e nas bétulas, que, quando queimados, produzem uma chama espessa e brilhante. A chama do álamo tremedor, cujas substâncias voláteis contêm mais monóxido de carbono e menos hidrocarbonetos, é pequena, transparente e tem tonalidade azulada. Ao queimar o amieiro, que contém pouca resina, produz-se também uma chama mais curta e transparente.

A sequência de decomposição térmica da serragem durante a formação da fumaça pode ser representada aproximadamente pelas seguintes etapas.

No primeiro estágio, a próxima partícula “fresca” de serragem, sob a influência de uma mistura quente de vapores e gases e da radiação térmica das partículas em chamas vizinhas, aquece até 150-160°. Durante este período, a umidade evapora principalmente, não sendo observada nenhuma diminuição perceptível no volume das partículas.

Nas etapas subsequentes, a temperatura da partícula também aumenta, resultando na decomposição térmica da massa orgânica da partícula de madeira e na ignição de parte dos produtos gaseificados da pirólise com liberação de calor; algumas das substâncias voláteis, juntamente com uma certa quantidade de carbono não queimado (fuligem), são transportadas para cima por correntes de convecção, formando fumaça. Ao final do processo de decomposição da madeira e liberação de compostos voláteis, o tamanho das partículas diminui sensivelmente.

O carvão (carbono sólido), formado durante a decomposição térmica da serragem, é aquecido pelo calor liberado durante a oxidação de alguns compostos voláteis e começa a reagir com o dióxido de carbono e o oxigênio:

C + CO 2 → 2 CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Isso produz uma pequena chama azulada translúcida de combustão de monóxido de carbono.

O volume da partícula continua a diminuir; Na fase final, forma-se cinza. Sob a influência do calor gerado, a próxima partícula “fresca” de serragem começa a aquecer.

O mecanismo e a química da combustão da madeira na forma de toras de lenha, aparas ou pilha de serragem são os mesmos. Existem diferenças nos aspectos quantitativos e qualitativos do próprio processo de combustão, ou seja, a oxidação de compostos orgânicos com oxigênio quando se utiliza lenha ou serragem.

Aqui nos deparamos com os conceitos da chamada combustão completa e incompleta. Com a combustão completa, substâncias voláteis, vaporosas e gasosas são completamente oxidadas (ou queimadas) em dióxido de carbono e vapor de água.

Um exemplo de combustão completa é a reação de oxidação de um dos componentes da fumaça - álcool metílico CH 3 OH:

CH 3 OH + O 2 → CO 2 + 2H 2 O

As reações e oxidações de outros compostos orgânicos que surgem durante a decomposição térmica da madeira podem ocorrer de forma semelhante.

Como resultado da combustão completa, forma-se uma mistura vapor-gás, que consiste em dióxido de carbono e vapor de água, não contém componentes fumegantes e não tem valor para fumar.

Para obter fumo adequado à produção de fumo, é necessário criar condições para a combustão incompleta da lenha. Para isso, por exemplo, é colocada uma camada de serragem umedecida sobre a lenha, reduzindo significativamente a zona de queima e a intensidade. Com a combustão incompleta, as substâncias orgânicas voláteis são apenas parcialmente oxidadas e a fumaça fica saturada com componentes fumegantes.

A profundidade de oxidação dos produtos da pirólise da madeira depende da quantidade de oxigênio, bem como da temperatura de combustão e da taxa de remoção de substâncias voláteis da zona de combustão.

Na falta de oxigênio, a oxidação de substâncias voláteis, por exemplo, álcool metílico, ocorre de acordo com a seguinte reação:

2CH 3 OH + O 2 → 2C + 4H 2 O

Partículas de carbono não queimadas, saindo da zona da chama, esfriam rapidamente e formam fumaça, juntamente com outros produtos da decomposição da madeira que não estão completamente oxidados. Alguns deles se depositam nas paredes das câmaras de defumação na forma de fuligem (fuligem). Se o isolamento das câmaras de fumo não for suficientemente bom, substâncias de fumo voláteis vaporosas condensadas (resina, alcatrão) também se depositam nas suas paredes.

Com a oxidação mais profunda, mas também incompleta, de substâncias combustíveis, forma-se monóxido de carbono:

CH 3 OH + O 2 → CO + 2H 2 O

Assim, a quantidade de oxigênio é um dos fatores mais significativos que influenciam a composição química da fumaça, em particular a alteração do teor de álcool metílico, formaldeído e ácido fórmico na mesma. Assim, com acesso limitado de ar à zona de combustão, o aldeído fórmico é formado a partir do álcool metílico:

CH 3 OH + O 2 → CH 2 O + 4H 2 O

Quando entra mais ar e, conseqüentemente, oxigênio, o formaldeído resultante é oxidado em ácido fórmico:

2CH 2 O + O 2 → 2CHOOH

Com excesso de ar, o ácido fórmico é completamente oxidado em dióxido de carbono e água:

2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Ao queimar outros produtos de pirólise, dependendo do grau de oxidação, formam-se de forma semelhante substâncias orgânicas que afetam a composição da fumaça.

A temperatura de combustão também depende da quantidade de oxigênio que entra na camada de combustão. Em condições normais, a madeira em tora não pode queimar sem chama e, portanto, sem liberar calor. Nesse caso, uma quantidade significativamente maior de substâncias formadas a partir da massa orgânica da madeira é oxidada do que durante a combustão (com combustão lenta) da serragem. Portanto, uma parte significativa das substâncias voláteis da queima de madeira não é utilizada para fumar, e a fumaça da fumaça tem composição inferior à fumaça obtida pela combustão lenta da serragem. Quando a lenha é preenchida com serragem úmida, a quantidade de fumaça aumenta, mas mesmo nesse caso a lenha é consumida de forma antieconômica.

O regime de temperatura da combustão natural (latência) da serragem é muito mais ameno em comparação com a combustão da lenha. Ao queimar o carvão restante após a liberação de substâncias voláteis, forma-se uma pequena chama. O calor resultante é gasto principalmente no aquecimento das camadas adjacentes de serragem, que sofrem decomposição térmica sem acesso ao oxigênio, uma vez que o ar é afastado pelos vapores e gases da camada em chamas.

A combustão é lenta. Uma parte significativa dos produtos da decomposição térmica não é oxidada na chama, de modo que relativamente muitas substâncias voláteis são removidas por correntes de convecção.

Um exemplo de combustão incompleta de serragem é queimá-la com suprimento de ar inferior não forçado. Neste caso, apenas a camada inferior da serragem queima completamente. Gases e vapores quentes deslocam o ar e aquecem as camadas superiores da serragem, resultando na destilação a seco da madeira, resultando na formação de carvão, gases, água e compostos orgânicos. Com um fornecimento uniforme de serragem fresca por cima, apenas a camada inferior de carvão, formada como resultado da destilação a seco da camada sobrejacente, queima. Isso produz fumaça mais saturada com compostos orgânicos voláteis.

A melhor forma de produzir fumaça rica em componentes fumegantes é produzi-la em geradores de fumaça operando com serragem com aquecimento do meio fumegante por gás, vapor morto ou eletricidade, e em geradores de fumaça por fricção. Neste caso, o resultado é uma fumaça com alto teor de compostos orgânicos voláteis, o que se deve às baixas temperaturas de formação da fumaça e à leve oxidação dos produtos da decomposição primária da madeira.

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A taxa de combustão de substâncias e materiais no oxigênio (líquido e gasoso) é 10-100 vezes maior do que no ar. As taxas de combustão de compostos orgânicos são especialmente altas. 

Na natureza, o monóxido de carbono é encontrado apenas em gases de vulcões, minas e pântanos. Na indústria, o monóxido de carbono é produzido por destilação a seco, bem como pela gaseificação do carvão. Além disso, é formado durante a combustão de compostos orgânicos em condições de falta de oxigênio. Por exemplo, a combustão completa do metano produz dióxido de carbono 

A constância aproximada de Tal, co é explicada a seguir. Conforme observado acima, a combustão de compostos orgânicos no ar ocorre em duas etapas. Ao mesmo tempo, limito 

A composição dos produtos de combustão depende da composição da substância em combustão, das condições sob as quais a combustão ocorre e principalmente da completude da combustão. Os produtos da combustão podem conter muitas substâncias inorgânicas (carbono, nitrogênio, hidrogênio, enxofre, fósforo, etc.) e seus óxidos, bem como álcoois, cetonas, aldeídos e outros compostos orgânicos. A fumaça gerada durante o processo de combustão consiste em minúsculas partículas sólidas que variam em tamanho de 0,01 a 

Em temperaturas de combustão moderadas - geralmente até 2.000-2.200 ° K para 1 at (abs) - a composição de equilíbrio dos produtos da reação adiabática de muitos sistemas que consistem em carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio é determinada com boa precisão por relações estequiométricas simples. Tais sistemas, formados durante a combustão de misturas de vários compostos orgânicos com oxigênio, são o tipo mais comum de produtos de combustão. Em caso de excesso 

O efeito específico dos aditivos inibitórios é limitado. Os mais eficazes são os derivados de hidrocarbonetos saturados, nos quais a maioria dos átomos de hidrogênio é substituída por átomos de halogênio. Derivados halogênios de compostos orgânicos que podem oxidar dificultam a combustão e reduzem a velocidade normal da chama, aparentemente apenas para misturas com excesso de combustível. A adição de tais produtos a misturas pobres pode aumentar a velocidade da chama devido ao aumento do conteúdo calórico da mistura. 

Concluindo a revisão dos estudos de teoria da combustão de sistemas heterogêneos dedicados à identificação do papel da radiação, notamos o seguinte. Há evidências experimentais na literatura da existência de um mecanismo de radiação para a ignição de aerossóis de alguns metais e compostos contendo carbono por radiação da queima de aerossóis de zircônio e titânio. Para uma série de compostos orgânicos de alto peso molecular, incluindo polímeros, a formação de resíduos de coque pode ser observada durante a gaseificação da substância sob a influência da radiação externa. Os compostos de alto carbono resultantes podem, em princípio, tornar-se centros de ignição num aerossol fresco. As estimativas, porém, mostram que a implementação prática do esquema de aquecimento dos produtos de combustão - partículas da mistura fresca -> - gaseificação com formação de coque -> autoignição de voláteis ocorre com frentes de chama muito amplas (o diâmetro do canal é de vários metros ), quando já é necessário levar em conta os efeitos da dinâmica dos gases. No entanto, o balanço de energia na frente da chama, ao refinar as características calculadas, deve levar em consideração a transferência de calor por radiação (de acordo com estimativas de Palmer, a participação da radiação na transferência de calor para sistemas de diversas escalas é inferior a 20%), especialmente para processos de grande escala. 

O processo de combustão de partículas poliméricas distribuídas no ar tem muito em comum com a combustão de aerossóis de outras substâncias orgânicas. Sob a influência do fluxo de calor da fonte de ignição (durante a ignição) ou da frente da chama (durante a propagação da frente da chama), as partículas são aquecidas. O aquecimento é acompanhado por um processo de destruição termo-oxidativa, que resulta na formação de produtos gasosos de baixo peso molecular. Na zona de chama, esses produtos de baixo peso molecular queimam até o estado final (em condições mais favoráveis ​​​​à combustão - até CO2 e H20). A composição dos produtos de destruição termo-oxidativa depende da estrutura química das macromoléculas do polímero, das condições de ignição e combustão. Em geral, os polímeros consistem em partes inflamáveis ​​e não inflamáveis. A parte combustível consiste em hidrogênio, monóxido de carbono, hidrocarbonetos inferiores saturados e insaturados, aldeídos inferiores, cetonas, álcoois e outros compostos orgânicos. A parte não inflamável inclui vapor de água, nitrogênio, dióxido de carbono e haletos de hidrogênio. 

A energia usada para clivagem é chamada de energia de quebra de ligação. É 50-100 kcal-mol-1. Quando uma pequena quantidade de energia é fornecida, as ligações enfraquecidas são quebradas primeiro. Nas reações de combustão, a formação de radicais ocorre quase exclusivamente por pirólise. Três casos podem ocorrer durante a pirólise de compostos orgânicos:  

Educação. Os PAHs são formados como resultado da pirólise ou combustão incompleta de matéria orgânica contendo carbono e hidrogênio. Em altas temperaturas, a pirólise de compostos orgânicos produz fragmentos moleculares e radicais que se combinam para formar PAHs. A composição do produto final da síntese da pirólise depende do combustível, da temperatura e do tempo de interrupção na zona de combustão. O combustível, após a combustão do qual os PAHs são formados, inclui metano, outros hidrocarbonetos, ligninas, peptídeos, lipídios, etc. Contudo, compostos contendo cadeias ramificadas, ligações insaturadas ou estruturas cíclicas geralmente favorecem a formação de PAH. Obviamente, os PAHs são liberados na forma de vapores da zona de combustão. Devido à baixa pressão de vapor, a maioria dos PAHs concentra-se instantaneamente nas partículas de fuligem ou formam pequenas partículas. Os PAHs que entram na atmosfera na forma de vapor são adsorvidos por partículas transportadas pelo ar. Aerossóis contendo PAHs, assim dispersos no ar, podem ser transportados pelo vento por longas distâncias. 

Espalhando. O monóxido de carbono é produzido pela queima de material orgânico, como carvão, madeira, papel, petróleo, gasolina, gás, explosivos ou qualquer outro tipo de material carbonático, sob condições de ar ou oxigênio insuficientes. Quando o processo de combustão ocorre com excesso de ar e a chama não entra em contato com nenhuma superfície, não é produzido monóxido de carbono. O CO é formado quando uma chama entra em contato com uma superfície cuja temperatura é inferior à temperatura de ignição da parte gasosa da chama. 90% do CO atmosférico é produzido naturalmente e 10% é produzido por atividades humanas. Os motores dos veículos representam 55 a 60% da quantidade total de CO de origem artificial. Os gases de escape do motor a gasolina (ignição elétrica) são uma fonte comum de formação de CO. O escapamento do motor diesel (ignição por compressão) contém aproximadamente 0,1% de CO quando o motor está funcionando corretamente, mas um motor diesel mal ajustado, sobrecarregado ou com manutenção insuficiente pode emitir quantidades significativas de CO. Os pós-combustores térmicos ou catalíticos nos tubos de escape reduzem significativamente a quantidade de CO. Outras fontes importantes de CO incluem fundições, craqueadores catalíticos em refinarias de petróleo, processos de destilação de carvão e madeira, fornos de cal e fornos de redução em fábricas de papel kraft, produção de metanol sintético e outros compostos orgânicos a partir de monóxido de carbono, sinterização de alimentação de alto-forno, fabricação de metal duro, produção de formaldeído, fábricas de negro de fumo, baterias de coqueria, fábricas de gás e estações de tratamento de resíduos. 

As concentrações de impurezas, que surgem principalmente de fontes associadas ao processo de combustão, estão sujeitas a alterações temporais extremamente grandes e a sua libertação é intermitente. Liberações ocasionais de COV provenientes de atividades humanas, como pintura ou pintura, também resultam em grandes variações temporais nas emissões. Outras emissões, como a libertação de formaldeído no ar interior a partir de produtos de madeira, podem variar dependendo das flutuações de temperatura e humidade no edifício, mas as suas emissões são contínuas. A emissão de produtos químicos orgânicos de outros materiais pode ser menos afetada pela temperatura e umidade, mas a sua concentração no ar interior será grandemente influenciada pela ventilação destas instalações. 

Deve-se enfatizar que os efeitos catalíticos para compostos orgânicos são muito grandes. Assim, a taxa de queima do perclorato de amônio com o catalisador mais eficaz - oxinato de cobre - a 300 atm excedeu a taxa de queima do perclorato puro em 21 vezes. E mesmo a 1000 atm, o perclorato com oxinato de cobre queimou 4 vezes mais rápido que o perclorato puro. 

Na tabela 25 resume os resultados obtidos e mostra os valores de B e V na equação de combustão. Observe que a presença de amônia na molécula de um composto orgânico (salicilato de amônio) não afeta a taxa de combustão - as curvas para misturas de perclorato de amônio com salicilato de amônio e ácido salicílico coincidem. 

A combustão completa da maioria das substâncias produz dióxido de carbono, dióxido de enxofre e vapor de água. A combustão incompleta produz monóxido de carbono, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos e outros compostos orgânicos complexos. Todos eles são obtidos por falta de oxigênio atmosférico na zona de combustão. Estes produtos são inflamáveis ​​e podem formar misturas explosivas com o ar, aumentando o risco de incêndio. Além disso, os produtos da combustão incompleta são muitas vezes cáusticos e venenosos, dificultando o trabalho dos bombeiros. 

Do ponto de vista das precauções de segurança em laboratórios químicos, os compostos nitrogenados merecem atenção especial. Muitos de seus compostos inorgânicos e orgânicos são altamente tóxicos; muitos são usados ​​para produzir explosivos. O próprio nitrogênio não tem propriedades tóxicas nem irritantes; é passivo no processo de combustão. Mas ao inalar grandes concentrações dele, uma pessoa desenvolve fenômenos patológicos associados à falta de oxigênio (doença do caixão). Ao mesmo tempo, em várias formas de seus compostos, o nitrogênio está envolvido em processos fisiológicos vitais. Distúrbios no curso normal do metabolismo do nitrogênio no corpo costumam causar doenças graves. Os seguintes compostos de nitrogênio são amplamente utilizados em laboratórios: ácidos nítrico e nitroso, amônia, cloreto de nitrosila, etc. 

Como se sabe, todas as reações químicas são divididas em homogêneas, ocorrendo no volume, e heterogêneas, ocorrendo na interface. O processo de combustão de materiais sólidos é heterogêneo. Portanto, o tamanho e a natureza da superfície da fase sólida e a sua variabilidade também desempenham um papel excepcional neste processo. Para que a combustão ocorra, são necessários um sistema propenso a esse processo (uma substância combustível e um oxidante) e um impulso que provoque uma reação química de combustão. O combustível que pode interagir com um oxidante inclui um número significativo de líquidos e gases, bem como muitos sólidos: metais na forma livre, enxofre na forma elementar e ligada e a maioria dos compostos orgânicos. Os agentes oxidantes nos processos de combustão são o oxigênio (ar), ozônio, peróxidos, substâncias ricas em oxigênio (compostos nitro, ácido nítrico, percloratos, nitratos), halogênios. 

A combustão é uma intensa reação de oxidação química acompanhada pela liberação de calor e brilho. A combustão ocorre na presença de uma substância inflamável, um oxidante e uma fonte de ignição. Oxigênio, ácido nítrico, peróxido de sódio, sal de Berthollet, percloratos, compostos nitro, etc. podem atuar como agentes oxidantes no processo de combustão. Muitos compostos orgânicos, enxofre, sulfeto de hidrogênio, piritas, a maioria dos metais na forma livre, monóxido de carbono, hidrogênio e. etc. 

A maioria dos explosivos deste grupo são compostos orgânicos contendo oxigênio, capazes de combustão intramolecular parcial ou completa. 

Os freons, ao contrário dos produtos de espuma de água e dos diluentes inertes, são inibidores de combustão, ou seja, substâncias que podem interferir ativamente nos processos químicos, inibindo-os. Freons inibem a combustão de substâncias orgânicas (produtos petrolíferos, solventes, etc.) de forma mais eficaz e inibem a combustão de hidrogênio, amônia e algumas outras substâncias com muito menos eficácia. Freons são inaceitáveis ​​​​para extinguir metais, muitos compostos organometálicos, alguns hidretos metálicos e também quando o agente oxidante em um incêndio não é oxigênio, mas outras substâncias (por exemplo, halogênios, óxidos de nitrogênio). 

A composição dos produtos de combustão depende da composição da substância em combustão, das condições sob as quais a combustão ocorre e principalmente da completude da combustão. Os produtos da combustão podem conter muitas substâncias inorgânicas (carbono, nitrogênio, hidrogênio, enxofre, fósforo, etc.) e seus óxidos, bem como álcoois, cetonas, aldeídos e outros compostos orgânicos. A fumaça gerada durante o processo de combustão consiste em minúsculas partículas sólidas que variam em tamanho de 0,01 a 1 mícron. 

Para compostos orgânicos apolares, é próximo da unidade; para compostos fracamente polares, pode-se considerar aproximadamente =1,06; Para incêndios de produtos petrolíferos com área de queima superior a 10 m2, a taxa de queima (em m/s) pode ser encontrada aproximadamente usando a fórmula empírica 

O lado esquerdo das equações (6.2) e (6.3) expressa a entalpia absoluta (energia interna) da mistura combustível inicial na temperatura inicial T0, e o lado direito expressa a entalpia (energia interna) da mistura de produtos de combustão no temperatura de combustão Tt ou explosão Gvzr. Uma metodologia detalhada para calcular a temperatura de combustão de compostos orgânicos com base nessas ideias é descrita nas próximas duas seções. Neste caso, são considerados apenas sistemas formados por carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e argônio, uma vez que o cálculo termodinâmico exato de sistemas contendo outros elementos sem o uso de computador é extremamente complexo e foge ao escopo deste livro. Os métodos de cálculo aproximados são ineficazes e, portanto, também não são fornecidos. 

As intoxicações agudas e crônicas também são possíveis durante o engarrafamento, filtração, purificação e transporte de Hg durante a produção de fulminato de mercúrio (ao mesmo tempo, óxidos de nitrogênio, ésteres de ácido nítrico, vapores de compostos orgânicos voláteis, cianeto de hidrogênio podem ser liberados no ar) durante a extração de metais nobres de minérios e ligas, sucatas, resíduos de diversos processos eletrolíticos ao trabalhar com fotorreagentes contendo durante diversos processos e operações químicas (por exemplo, na produção de ácido acético sintético no processo de análise de compostos orgânicos em determinação de nitrogênio) na impregnação de travessas, postes e estruturas diversas de madeira com a finalidade de preservá-los na utilização de 1 como líquido zoneador (isolante) na produção de eletrodos e baterias elétricas na limpeza, soldagem ou reparo de caldeiras, anteriormente contidas na pintura de partes subaquáticas de embarcações marítimas (Goldwater e Jeffers) no monitoramento de instalações de medição de água, às vezes durante incêndios em minas de mercúrio ( Kulbasov Mirochnik), durante a explosão de lâmpadas de mercúrio, a queima das chamadas cobras do faraó (rodaneto de mercúrio), a explosão de fulminato de mercúrio perto de fábricas de mercúrio durante vários trabalhos com H, em particular no processo de fabricação de frascos de mercúrio (pequenos retificadores) e na produção de termômetros. 

Contudo, o efeito específico dos aditivos inibidores é limitado. Os mais eficazes são os haloalcanos nos quais a maioria dos átomos de hidrogênio é substituída por um halogênio. Os derivados halo de compostos orgânicos que podem ser oxidados aparentemente impedem a combustão apenas de misturas combustíveis. A adição de tais produtos a misturas pobres pode até aumentar a velocidade da chama devido ao aumento do conteúdo calórico da mistura. 

Como resultado da combustão das substâncias, formam-se produtos gasosos, líquidos e sólidos; a combustão completa produz CO2, H20, NO3 e P205, substâncias que não queimam e não suportam a combustão. A combustão incompleta de substâncias orgânicas produz uma gama mais diversificada de produtos. Além dos produtos da combustão completa, incluem monóxido de carbono, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos e outros compostos orgânicos complexos. Os produtos da combustão incompleta são muitas vezes venenosos, capazes de queimar e formar misturas explosivas com o ar. Os produtos da combustão completa e incompleta produzem fumaça de diferentes composições. A fumaça consiste em minúsculas partículas sólidas suspensas em algum tipo de gás. As partículas sólidas são principalmente carbono com diâmetro de 0,002 a 1 mm. Essas partículas assentam facilmente como fuligem ou fuligem. 

Como resultado da combustão, formam-se produtos gasosos, líquidos e sólidos. Com a combustão completa - CO2, HgO, BO2 e P2O5, com a combustão incompleta formam-se produtos mais diversos, que, além dos produtos da combustão completa, incluem monóxido de carbono, cetonas, aldeídos, ácidos e outros compostos orgânicos complexos. Os produtos da combustão incompleta são frequentemente tóxicos, capazes de queimar e formar misturas explosivas com o ar. 

Sódio Na, um metal macio branco prateado. No. peso 22.997 carne. 970 kg/m3, pf. 97,7°C p.e. 883° Da batida. elétrico. resistência a 20°C 4,879 10" ohm cm. Calor de combustão até Na202 2600 kcal/kg coeficiente de condutividade térmica em cal/(cm seg deg) 0,317 a 21°C, 0,205 a 100°C. Possui alta reatividade. Quando aquecido em o ar inflama facilmente. Temperatura de combustão cerca de 900°С; temperatura de auto-inflamação 330-360°С (no ar), 97-106°С (na presença de peróxido de sódio) II8°С (em oxigênio) teor mínimo de oxigênio necessário para. combustão, taxa de queima de 5% vol. 0,7-0,9 kg/(m -min). Durante a combustão em excesso de oxigênio, forma-se peróxido de Na22, que reage muito vigorosamente com substâncias facilmente oxidáveis ​​(pós de alumínio, enxofre, carvão, etc.). , às vezes com uma explosão. O dióxido de carbono sólido explode quando em contato com metal aquecido a 350°C. A reação com a água começa a -98°C com a liberação de hidrogênio. frequentemente acompanhado por uma explosão fundida) após a combustão forma misturas explosivas com hidrocarbonetos halogenados. Extinguir com PS-1 e gases inertes liquefeitos. Ao extinguir em ambientes fechados, o argônio e o nitrogênio proporcionam o maior efeito. Têmpera veja também Metais. Agentes extintores. 

Propriedades perigosas ao fogo Metal combustível. T. auto-inflamável em ar 330-360°C (na presença de peróxido de sódio 97-106°C), em oxigênio 118°C MVSA 5% vol. taxa de queima (1,1-1,5) I02 kg/(m3s). Quando queimado em excesso de oxigênio, forma-se Na2O2, que reage com substâncias facilmente oxidáveis ​​​​(pós de alumínio, enxofre, carvão, etc.) de forma muito vigorosa, às vezes com explosão. Os carbonetos de metais alcalinos são altamente ativos quimicamente em uma atmosfera de dióxido de carbono; eles entram em ignição espontaneamente e reagem explosivamente com a água. O dióxido de carbono sólido com sódio fundido explode a 350°C. A reação com gelo começa a -98°C com liberação de hidrogênio. Quando quantidades significativas de sódio e água entram em contato, a reação é acompanhada por uma explosão. A interação com soluções ácidas ocorre de forma semelhante à reação com água. A interação do sódio com compostos orgânicos depende de sua natureza e temperatura. O sódio, especialmente o sódio fundido, sob certas condições (por exemplo, durante a combustão) forma misturas explosivas com hidrocarbonetos halogenados. A azida de sódio NaN3 explode a uma temperatura próxima do seu ponto de fusão. No cloro e no flúor, o sódio inflama à temperatura ambiente e reage com o bromo a 200°C com explosão. Devido à sua maior atividade química, o sódio é armazenado sob uma camada de querosene ou óleo mineral. 

A poluição atmosférica pode resultar de quase todas as operações realizadas durante a construção, manutenção ou reparação de navios e embarcações. Os poluentes atmosféricos controlados em muitos países incluem óxidos de enxofre, óxidos de azoto, monóxidos de carbono, partículas (fumaça, fuligem, poeira, etc.), chumbo e compostos orgânicos voláteis. Nas atividades de construção e reparação naval, os poluentes incluem fontes de combustão, como caldeiras e fábricas de processamento de metais, geradores e fornos. As micropartículas podem ser visíveis como fumaça do processo de combustão e também como poeira proveniente de operações de marcenaria, jato de areia, lixamento, esmerilhamento e polimento. 

É interessante notar que na faixa de pressão de 250-500 atm, o bicromato di-hidratado de cobre (II) é mais eficaz do que alguns dos compostos orgânicos discutidos acima, o que provavelmente se deve à melhor solubilidade dos sais inorgânicos em água, que tem um efeito significativo no processo de combustão nesta faixa de pressão. A parte orgânica da molécula também tem um efeito muito significativo na atividade catalítica dos compostos contendo cobre. Então, da mesa. 20 e fig. 88 pode-se observar que, dependendo da parte orgânica da molécula, o coeficiente K pode variar de 1,2 a 3,0 a 50 atm e de 10 a 21 a 300 atm, porém, com o aumento da pressão essa diferença torna-se menor. Além disso, a diferença na eficiência catalítica de, por exemplo, compostos orgânicos contendo cobre não está associada à quantidade absoluta de metal na molécula do composto. Assim, 5% em peso de salicilato de cobre contém 0,96 g de metal e o oxinato de cobre contém 0,83 g, no entanto, o último composto é muito mais eficaz como catalisador. Um quadro semelhante é observado para sais contendo sódio, por exemplo, a 50 em K - 1,3 para benzoato de sódio, K = 1,8 para salicilato de sódio e K = 0,7 para fucsina. 

Quanto à diminuição paradoxal da taxa de combustão do perclorato de amônio na presença de certos compostos orgânicos (ver Tabela 20), especialmente na região de baixa pressão, provavelmente se deve ao fato de que, uma vez que o íon de um determinado metal (por (por exemplo, bismuto, mercúrio, magnésio15 ou cádmio) não tem efeito catalítico no processo; a influência predominante é a parte orgânica da molécula e, em particular, as suas propriedades redutoras; Além disso, não se pode descartar a participação do íon metálico na reação de troca do tipo descrito anteriormente e o retardo da combustão devido à ligação do ácido perclórico, cujos produtos de decomposição são um agente oxidante dos elementos combustíveis do perclorato. fora. 

Com base nos resultados da tabela, podemos concluir que todos os compostos orgânicos que estudamos inibem a combustão do metano, mas não na mesma medida. Dependendo da natureza química, alguns aditivos têm a mesma eficácia que o cloreto de sódio (por exemplo, cloreto de polivinila), outros são menos eficazes (o-fenilenodiamina, benzoato de lítio, óxido de silício) e outros são mais eficazes (benzoato de sódio e salicilato, indol, salicilato de potássio, dissulfonato de diftilmetano de sódio). 

Embora muitos dos compostos orgânicos que estudamos tenham inibido a propagação da chama em uma mistura estequiométrica de metano-ar de forma mais eficaz do que o cloreto de sódio, deve-se ter em mente que os compostos orgânicos podem participar do processo de combustão, enriquecendo novamente a mistura. Para testar esta suposição, foram realizados experimentos quando os aditivos estudados foram introduzidos na mistura metano-ar no limite de combustão pobre (5% CH). Os resultados experimentais são apresentados na tabela. 58. Como se pode verificar no quadro, os compostos orgânicos sólidos que contêm metais alcalinos ou cloro na molécula, bem como os compostos que contêm um grupo amino, são efetivamente inibidores. 

Para cada explosivo em uma determinada faixa de pressão existe seu próprio catalisador de combustão mais eficaz - pentóxido de vanádio, cromato de chumbo e cloreto de cobre para nitroguanidina, bicromato de cobre (II) di-hidratado e oxinato de cobre para perclorato de amônio, sais e cloretos de cromo hexavalente, bem como compostos orgânicos de metais alcalinos por litro de amônio. 

O trabalho constatou que os óxidos de chumbo reagem com os derivados hidroxila dos hidrocarbonetos, cuja combustão promovem, e não reagem com éteres e hidrocarbonetos, cuja combustão inibem. (Lembre-se de que o efeito promotor da hidroxila no efeito catalítico do bicromato de potássio foi observado por nós durante a combustão do ácido pícrico, o que provavelmente se deve ao seu efeito promotor na oxidação em fase gasosa do CO.) Ao mesmo tempo, o compostos orgânicos, chumbo tetraetila e ferro pentacarbonil inibem fortemente as chamas de hexano-ar, exceto. Além disso, são os melhores agentes antidetonantes. 

Ao queimar explosivos, os compostos de chumbo e ferro são catalisadores eficazes. Por exemplo, cromato e cloreto de chumbo catalisaram a combustão de nitroguanidina e nitrato de amônio, e compostos orgânicos de ferro foram catalisadores eficazes para a combustão de pós de fumaça à base de perclorato de amônio. Ao mesmo tempo, durante a decomposição térmica do nitrato de etila, o óxido de chumbo foi um inibidor e a superfície do cobre acelerou a decomposição. 

Com a combustão completa dos compostos orgânicos, formam-se CO2, BOg, H20, N2, e com a combustão dos compostos inorgânicos, formam-se óxidos. Dependendo do ponto de fusão, os produtos da reação podem estar na forma de fusão (Al2O3, TiO2) ou subir no ar na forma de fumaça (P2O5, Na2O, AO). Os sólidos fundidos criam a luminosidade da chama. Na queima de hidrocarbonetos, a forte luminosidade da chama é garantida pelo brilho das partículas de negro de fumo, que se formam em grandes quantidades. Uma diminuição no teor de negro de fumo como resultado de sua oxidação reduz a luminosidade da chama, e uma diminuição na temperatura complica a oxidação do negro de fumo e leva à formação de fuligem na chama. 

Considerando qualquer composto orgânico como um hidrocarboneto no qual um certo número de átomos de hidrogênio são substituídos por outros átomos e grupos de átomos e considerando o calor de combustão como uma função do número de elétrons que se movem dos átomos de carbono e hidrogênio para os átomos de oxigênio durante a combustão , Karrasch chegou à dependência de compostos orgânicos líquidos 

Cloreto de hidrogênio como inibidor de combustão. Oxicloração de hidrocarbonetos. Na indústria de síntese organoclorada, sistemas contendo combustível, oxigênio e cloreto de hidrogênio são amplamente utilizados. Tais misturas são especialmente comuns em processos de cloração oxidativa (oxicloração). A principal tarefa desses processos é a utilização do cloreto de hidrogênio, que se forma como subproduto em muitas indústrias, principalmente nos processos de cloração direta de compostos orgânicos, bem como na desidrocloração de policloroalcanos. Para cloração direta de compostos orgânicos saturados, a principal reação bruta pode ser escrita como 

Combustão– processo químico de combinação de combustível com um oxidante, acompanhado de intensa liberação de calor e aumento acentuado da temperatura dos produtos de combustão.

A combustão é acompanhada pela formação de mistura, difusão, ignição, troca de calor e outros processos que ocorrem em condições de estreita interligação.

Existem combustão homogênea e heterogênea. Com a combustão homogênea, ocorrem transferências de calor e massa entre substâncias que estão no mesmo estado de agregação (geralmente gasosas).

A combustão heterogênea é característica de combustíveis líquidos e sólidos.

A taxa de uma reação química depende da concentração dos reagentes, temperatura e pressão e é determinada pelo produto das concentrações dos reagentes

Onde k 0 é uma constante empírica.

Energia de ativação E- esta é a energia mais baixa (para misturas de gases 85–170 MJ/kmol) que as moléculas devem ter no momento da colisão para serem capazes de interação química. A diferença entre as energias de ativação das reações direta e reversa constitui o efeito térmico da reação química.

As reações são caracterizadas por forte exotermicidade, causando aumento de temperatura. O efeito da temperatura na taxa de reação é muito mais forte do que o efeito da concentração dos reagentes. Portanto, apesar da diminuição na concentração de reagentes durante a combustão, a taxa de reação de combustão aumenta e atinge um máximo após 80-90% das substâncias combustíveis terem queimado. As reações de combustão do combustível gasoso ocorrem quase instantaneamente, o que é explicado não apenas pela forte influência da temperatura, mas também pela natureza em cadeia de sua ocorrência.

A taxa de reação também depende da pressão
(n– ordem de reação).

O processo de combustão do combustível possui duas regiões: cinética, na qual a taxa de combustão do combustível é determinada pela taxa da reação química, e difusão, na qual a taxa de combustão é controlada pela taxa de formação da mistura. Um exemplo de região de combustão cinética é a combustão de uma mistura homogênea gás-ar. O combustível gasoso, introduzido na câmara de reação separadamente do oxidante, queima por difusão.

A gama cinética dos efeitos químicos nas taxas de combustão é mais fortemente sentida em baixas concentrações, temperaturas e pressões na mistura. Nessas condições, a reação química pode desacelerar tanto que ela própria começa a inibir a combustão. A área de influência da difusão na taxa de queima do combustível se manifesta em altas concentrações e temperaturas. A reação química prossegue muito rapidamente e um atraso na combustão pode ser causado por uma taxa insuficientemente alta de formação de mistura.

O processo de formação da mistura é praticamente independente da temperatura.

A combustão cinética da mistura combustível acabada sob movimento turbulento é muito instável. Portanto, em dispositivos de combustão industrial de alto desempenho sob condições turbulentas de fluxos de gás-ar, a combustão é principalmente difusional.

O processo de combustão de uma mistura combustível pode iniciar-se por autoignição ou ignição forçada (faísca elétrica, tocha, etc.). A temperatura de autoignição é determinada pela relação entre a quantidade de calor liberada durante a combustão e liberada no ambiente externo. A quantidade de calor liberada durante a combustão depende da temperatura e muda exponencialmente 1 (Fig. 1.1)

onde α é o coeficiente de transferência de calor; A– área de superfície; T c é a temperatura da parede resfriada.

Com pouca remoção de calor (direto 2""" ) quantidade de calor liberada q em > q de, portanto a reação é acompanhada por um aumento na temperatura do sistema, levando à autoignição.

Com maior remoção de calor (direto 2"" ) no ponto B q em = q de. Temperatura T neste ponto é chamada de temperatura de ignição da mistura combustível. Depende das condições de remoção de calor e não é uma constante físico-química que caracteriza uma determinada mistura combustível. Com o aumento da remoção de calor (direto 2" ) a autoignição é impossível. O ponto A corresponde à oxidação estabilizada na região de baixa temperatura e o ponto B corresponde ao equilíbrio instável na região de alta temperatura.

A temperatura de ignição pode ser encontrada nas condições

q em = q de e dq V/ dT=dq de / dT,

determinado pelo ponto B (ver Fig. 1.1).

Levando em conta as equações (1.8) e (1.9) temos
. Resolvendo esta equação, obtemos

.

ponto de inflamação T para alguns gases é dado na tabela. 1.4.

As concentrações mínimas e máximas do componente inflamável, abaixo e acima das quais não ocorre ignição forçada da mistura, são chamadas de limites de concentração de ignição (Tabela 1.4); dependem da quantidade e composição dos componentes incombustíveis do combustível gasoso, que aumentam os limites inferior e superior de ignição.

1.6. PRODUTOS DE COMBUSTÃO

Os produtos da combustão são substâncias gasosas, líquidas ou sólidas formadas durante o processo de combustão. A composição dos produtos de combustão depende da composição da substância em combustão e das condições de sua combustão. As substâncias combustíveis orgânicas e inorgânicas consistem principalmente em carbono, oxigênio, hidrogênio, enxofre, fósforo e nitrogênio. Destes, carbono, hidrogênio, enxofre e fósforo são capazes de oxidar em temperaturas de combustão e formar produtos de combustão: CO, CO 2 , SO 2 , P 2 O 5 . O nitrogênio na temperatura de combustão não oxida e é liberado no estado livre, e o oxigênio é gasto na oxidação dos elementos combustíveis da substância. Todos esses produtos de combustão (com exceção do monóxido de carbono CO) não são mais capazes de queimar no futuro. São formados durante a combustão completa, ou seja, durante a combustão que ocorre com acesso de quantidade suficiente de ar e em alta temperatura.

Com a combustão incompleta de substâncias orgânicas em condições de baixas temperaturas e falta de ar, formam-se produtos mais diversos - monóxido de carbono, álcoois, cetonas, aldeídos, ácidos e outros compostos químicos complexos. São obtidos pela oxidação parcial do próprio combustível e dos produtos de sua destilação a seco (pirólise). Esses produtos produzem fumaça acre e venenosa. Além disso, os próprios produtos da combustão incompleta são capazes de queimar e formar misturas explosivas com o ar. Tais explosões ocorrem na extinção de incêndios em porões, secadores e em espaços fechados com grande quantidade de material inflamável. Consideremos brevemente as propriedades dos principais produtos de combustão.

Dióxido de carbono

O dióxido de carbono ou dióxido de carbono (CO 2) é o produto da combustão completa do carbono. É inodoro e incolor. Sua densidade em relação ao ar = 1,52. Densidade do dióxido de carbono à temperatura T= 0 0 C e à pressão normal R= 760 milímetros de mercúrio (mm Hg ) é igual a 1,96 kg/m 3 (a densidade do ar nas mesmas condições é ρ = 1,29 kg/m 3). O dióxido de carbono é altamente solúvel em água (em T= 15 0 C um litro de gás se dissolve em um litro de água). O dióxido de carbono não suporta a combustão de substâncias, com exceção de metais alcalinos e alcalino-terrosos. A combustão do magnésio, por exemplo, ocorre numa atmosfera de dióxido de carbono de acordo com a equação:

CO 2 +2 Mg = C + 2 MgO .

A toxicidade do dióxido de carbono é insignificante. Uma concentração de dióxido de carbono no ar de 1,5% é inofensiva para os seres humanos por muito tempo. Quando a concentração de dióxido de carbono no ar excede 3-4,5%, ficar em casa e inalar o gás por meia hora é fatal. A uma temperatura T= 0 0 C e pressão R= 3,6 MPa o dióxido de carbono torna-se líquido. O ponto de ebulição do dióxido de carbono líquido é T= –78 0 C. Com a rápida evaporação do dióxido de carbono líquido, o gás esfria e passa ao estado sólido. Tanto no estado líquido quanto no sólido, gotas e pós de dióxido de carbono são usados ​​para extinguir incêndios.

Monóxido de carbono

Monóxido de carbono ou monóxido de carbono (CO) é um produto da combustão incompleta do carbono. Este gás é inodoro e incolor, o que o torna particularmente perigoso. Densidade relativa = 0,97. Densidade de monóxido de carbono em T= 0 0 C e R= 760 milímetros Hg é 1,25 kg/m3. Este gás é mais leve que o ar e se acumula na parte superior da sala durante os incêndios. O monóxido de carbono é quase insolúvel em água. Capaz de queimar e formar misturas explosivas com o ar. O monóxido de carbono produz uma chama azul quando queimado. O monóxido de carbono é muito tóxico. A inalação de ar com concentração de monóxido de carbono de 0,4% é fatal para os humanos. As máscaras de gás padrão não protegem contra o monóxido de carbono, portanto, em caso de incêndio, são utilizados filtros especiais ou dispositivos de isolamento de oxigênio.

Dióxido de enxofre

Dióxido de enxofre (SO 2 ) é um produto da combustão de enxofre e compostos de enxofre. Gás incolor com odor pungente característico. Densidade relativa do dióxido de enxofre = 2,25. A densidade deste gás em T= 0 0 C e R= 760 milímetros Hg é 2,9 kg/m3, ou seja, é muito mais pesado que o ar. O dióxido de enxofre é altamente solúvel em água, por exemplo, a uma temperatura T= 0 0 C oitenta litros dissolvem-se em um litro de água ASSIM 2 , e quando T= 20 0 C – quarenta litros. O dióxido de enxofre não suporta combustão. Irrita as membranas mucosas do trato respiratório e, portanto, é muito tóxico.

Fumaça

Quando muitas substâncias queimam, além dos produtos de combustão discutidos acima, é liberada fumaça - um sistema disperso que consiste em minúsculas partículas sólidas suspensas em um gás. O diâmetro das partículas de fumaça é de 10 -4 –10 -6 cm (de 1 a 0,01 mícron). Observe que 1 µm (mícron) é igual a 10 -6 m ou 10 -4 cm. Partículas sólidas maiores formadas durante a combustão assentam rapidamente na forma de fuligem e fuligem. Quando substâncias orgânicas queimam, a fumaça contém partículas sólidas de fuligem suspensas em CO 2 , CO , N 2 , SO 2 e outros gases. Dependendo da composição e das condições de combustão da substância, obtêm-se fumos de diferentes composições e cores. Quando a madeira queima, por exemplo, produz fumaça preta acinzentada, o tecido produz fumaça marrom, os derivados de petróleo produzem fumaça preta, o fósforo produz fumaça branca, o papel, a palha produz fumaça amarelo-esbranquiçada.