Condițiile necesare pentru ardere

Este cunoscut faptul că este necesar pentru prezența apariției arderii:
1. combustibile
2. Oxidantul
3. Sursa de aprindere (impuls de energie)
Aceste trei componente sunt adesea numite triunghiul de foc. Dacă elimina una dintre ele, atunci arderea nu poate avea loc. Aceasta este o proprietate importantă a unui triunghi este utilizat în practică pentru prevenirea și suprimarea incendiilor.

Aerul și materia combustibile constituie un sistem capabil de condiții de ardere și temperatura determina posibilitatea de auto-aprindere și sistem de combustie.

Cea mai mare rată de ardere se obține prin arderea în substanță oxigen pur, cea mai mică (terminarea arderii) - la conținutul de oxigen 14-15%.

substanțele de combustie pot apărea datorită oxigenului în compoziția altor substanțe capabile să dea imediat el. Astfel de substanțe sunt numite oxidanți. Aici sunt cele mai cunoscute agenții de oxidare.

· Sare clorat (KClO3).

· Nitrat de potasiu (KNO3).

· Azotat de sodiu (NaNO3).

Compoziția de oxidare conține oxigen care poate fi recuperată prin descompunerea sărurilor, de exemplu:

Descompunerea de oxidanți la încălzire, iar unele dintre ele chiar și sub influența impactului puternic.

2. Produsele de ardere. arderea completă și incompletă. Aspecte legate de mediu ale procesului de ardere.

In timpul arderii produselor de ardere formate. Compoziția usshvisit substanțelor de ardere și condițiile de ardere. Produsele de ardere, cu excepția monoxid de carbon, nu este în măsură să ardă.

Fum formate prin arderea substanțelor organice, conține particule și produse gazoase (dioxid de carbon, monoxid de carbon, azot, dioxid de sulf și altele). În funcție de substanțele compoziția punte și condițiile de ardere obținute conținuturi diferite de fum. Fumurile generate în timpul arderii diferitelor substanțe nu diferă numai în compoziție, dar culoarea și mirosul. Prin fum de culoare poate fi determinată, care substanța este aprins, fum deși culoarea variază în funcție de starea de frecare. Când arde fum de lemn are lovi cu piciorul negru gri; hârtie, fân, paie - galben-albicios; țesut și maro clap-canal; produse petroliere - negru, etc ...

Produsele de ardere - Substanțe gazoase, lichide sau solide formate în procesul de ardere. Compoziția produselor de ardere depinde de compoziția materialului de ardere și condițiile sale de ardere. organice și anorganice combustibile sunt compuse în principal din carbon, oxigen, hidrogen, sulf, fosfor și azot. Dintre acestea, carbon, hidrogen, sulf și fosfor se pot oxida la temperatura de ardere și pentru a forma produse de ardere: CO, CO2. SO2. P2 O5. Azot la temperatura de ardere nu este oxidat și este eliberat într-o stare liberă, iar oxigenul consumat pentru oxidarea substanței elementelor combustibile. Toate aceste produse de combustie (cu excepția monoxidului de carbon CO) de ardere, ulterior, nu mai este capabil. Ele sunt formate prin arderea completă, adică în timpul arderii, care apare atunci când accesează o cantitate suficientă de aer și la temperaturi ridicate.

Dioxid de carbon sau dioxid de carbon (CO2) - produsul arderii carbonului complet. Fără miros și culoare. Arderea magneziu, de exemplu, are loc în atmosferă de dioxid de carbon conform ecuației:

Atunci când concentrația de dioxid de carbon în aer mai mare de 3-4,5%, prin găsirea gazului interior și inhalarea de jumătate viața în pericol.

Monoxid de carbon sau de monoxid de carbon (CO), - un produs de ardere incompletă a carbonului. Acest gaz nu are miros și culoare, prin urmare, deosebit de periculos.

Dioxid de sulf (SO2) - produs al arderii compușilor de sulf și sulf. gaz incolor, cu un miros înțepător caracteristic.

La arderea de fum de multe substanțe, altele decât produsele de ardere de mai sus eliberate fum - sistemul disperse format din particule solide minut în suspensie în orice gaz.

Când arderea incompletă a substanțelor organice în condiții de temperatură scăzută și lipsa de aer formate mai diverse produse - monoxid de carbon, alcooli, cetone, aldehide, acizi și alți compuși chimici complecși. Acestea se obțin prin oxidarea parțială atât a combustibilului și a produselor obținute din distilarea uscată (piroliză). Aceste produse formează fum caustică și otrăvitoare. De asemenea, produsele de ardere incompletă în sine sunt capabile să ardă și să formeze amestecuri explozive cu aerul. Astfel de explozii sunt în stingerea incendiilor în subsoluri, uscătoare și în interior, cu o multime de materiale inflamabile. Luați în considerare pe scurt proprietățile de bază ale produselor de ardere.

Aspecte legate de mediu ale procesului de ardere. Utilizarea gazelor naturale pentru reducerea oxizilor de sulf atmosferic poluare, pulberi în suspensie și monoxid de carbon, dar într-o atmosferă hrănite cantități mari de oxizi de azot, monoxid de carbon și carcinogeni (3,4-benzo (a) Perrin). Organizarea corectă a arderii, alegerea metodelor raționale de ardere reduce la minimum formarea de substanțe nocive și separarea lor în aer. Utilizarea gazelor naturale face posibilă lupta nu doar pasiv, ci în mod activ pentru aer curat: Utilizarea plantelor pentru post-combustie, utilizarea gazelor reziduale pentru alimentarea într-un arzător cu gaz în loc de cantitatea corespunzătoare de aer.

Probleme de mediu de combustie. Sarcina - nu face rău atunci când arderea combustibililor. evoluții negative:

-căldură tecnogenă proporțională cu componentele echilibrului termic al atmosferei;

- Zgomotul acustic flăcări turbulente, atunci când operează aeronave și rachete motoare - poluanți de mediu.

- Emisiile de produse nocive de ardere - oxizi de azot, oxizi metalici, monoxid de carbon (Tg mare), oxizi de sulf, substanțe cancerigene - produse de piroliză incompletă a combustibililor organici, negru de fum, bioxid de carbon (scăzut Tg) - cauza: modificări ale proprietăților optice ale atmosferei și reducerea fluxul radiației solare, apariția ploilor acide, a spori „efectul de seră“, distrugerea stratului de ozon, impactul negativ asupra florei și faunei, clădiri și structuri. Rezultatul global. încălzirea globală, dezastrele climatice (cicloane, furtuni, tornade, tsunami, inundații, secetă, avalanșe, curgeri de noroi) ..

3. Ecuații substanțe de ardere a oxigenului și a aerului, metoda de preparare a acestora. Termodinamica proceselor de ardere. Efectele termice ale reacțiilor de combustie.

Arderea totală ecuația reacției a oricărei hidrocarburi
Cm Hn + (m + n / 4) O2 = MCO2 + (n / 2) H 2 O + Q (8,1)
în care m, n - numărul de atomi de carbon și hidrogen în moleculă; Q - căldura de reacție sau a căldurii de combustie.

Efectul termic (căldura de combustie) Q - cantitatea de căldură generată de complet kmol de ardere 1, 1 kg sau 1 m3 de gaz în condiții fizice normale. Distinge superior Q B Q H și o valoare calorică mai mică: valoare calorică mai mare include energia termică în procesul de ardere a condensării vaporilor de apă (în realitate arderea gazului, vaporii de apă nu se condensează și se îndepărtează împreună cu alte produse de ardere). calcule tehnice De obicei, de obicei, efectuate la o căldură mai mică de ardere, exclude vaporii de apă de condensare de căldură (aproximativ 2400 kJ / kg).
Eficiența, calculată pe căldura inferioară de ardere, formal de mai sus, dar căldura de condensare a vaporilor de apă este destul de mare, și utilizarea de mai mult decât adecvate. Confirmarea acestui - utilizarea activă în sisteme de încălzire, schimbătoare de căldură de contact, o mare varietate de modele.
La un amestec de gaze combustibile cea mai mare (și cea mai mică) de căldură al gazelor de ardere este determinată de raportul
Q = Q1 + r1 r2 Q2 +. + Rn Qn (8.2)
în cazul în care r1. R2. ..., rn - volumetric (molar, masa) proporția componentelor amestecului; Q1. Q2. ..., Qn - căldura componentelor de ardere.
Procesul de ardere are loc este mult mai complicată decât formula (8.1) ca ramificarea circuite împreună cu ruperea lor se produce datorită formării compușilor intermediari stabile, care la temperaturi ridicate suferă o transformare suplimentară. La concentrații suficiente de oxigen se formează produși finali: vapori de apă, H2O și dioxid de carbon CO 2. Odata cu deficit de oxidant și la răcirea zonei de reacție, compusul intermediar poate fi stabilizată și intră în mediul înconjurător.
ardere cu temperatură ridicată a hidrocarburilor este foarte complexă și este asociat cu formarea particulelor active sub formă de atomi și radicali precum compușii moleculari intermediari. Ca exemplu sunt date cea mai simplă reacția de ardere a hidrocarburilor - metan:

Compoziția inițială a amestecului de combustibil caracterizat mol sau fracțiuni de masă ale componentelor și presiunea inițială și temperatura. În cazul în care compoziția amestecului este ales astfel încât, cu combustie și de combustibil și oxidant complet convertit în produși de reacție, un astfel de amestec se numește stoechiometrică. Amestec cu exces de combustibil numit bogat. și un dezavantaj de combustibil - slabă. Gradul de deviație amestecului de compoziție stoechiometrică se caracterizează printr-un coeficient de exces de combustibil (Engl equivalenceratio.) [35]:

și în care YF YO - fracțiuni de masă de combustibil și oxidant, respectiv, și (YF / YO) st - raportul lor stoichiometric în amestec. În literatura rusă utilizează, de asemenea, coeficientul de exces de oxidant (sau aer), raportul invers al excesului de combustibil.

Cele adiabatice Amestecurile de temperatură de combustie de CH4 cu aer în funcție de raportul dintre excesul de combustibil. P = 1 bar, T0 = 298,15 K.

În cazul în care are loc arderea adiabatic la volum constant, salvate energia internă totală a sistemului, în cazul în care presiunea constantă - entalpie a sistemului. În practică, condițiile de ardere adiabatic se realizează aproximativ într-o flacără liberă de inmultire (fără radiație termică), iar în alte cazuri, atunci când pierderea de căldură din zona de reacție poate fi neglijate, de exemplu, în camerele de ardere ale turbinelor cu gaz de mare putere sau motoare de rachete.

Temperatura de ardere adiabatică - Temperatura produsului a ajuns la reacții chimice complete și stabilirea echilibrului termodinamic. Pentru calculul termodinamic utilizează tabele funcții termodinamice [36] Toate componentele amestecului și produse de pornire. Metode de termodinamicii chimice posibile pentru a calcula compoziția produselor, presiunea finală și temperatura la condițiile de ardere date. În prezent, sunt disponibile mai multe programe care pot efectua aceste calcule [37] [38].

Valoarea calorifică - cantitatea de căldură eliberată prin arderea completă a componentelor de pornire, adică la CO2 și H2O pentru hidrocarbură combustibili. În practică, partea din energia eliberată este cheltuită pe produse de disociere, temperatura de ardere astfel adiabatice fără a ține cont de disociere este semnificativ mai mare decât cea observată în practică [39].

Calculele termodinamice pentru determinarea compoziției de echilibru și temperatura produsului, dar nu oferă nici o informație cu privire la viteza cu care sistemul este aproape de echilibru. Descrierea completa ardere necesită cunoașterea mecanismului și cinetica reacțiilor și condițiile de transfer de căldură și de masă cu mediul înconjurător.

4. Tipurile de flacără și rata arde. Combustia Teorie: termică, lanț, difuzie.

In general, viteza de ardere depinde de viteza de amestecare a componentelor, începând din zona de încălzire și zona de reacție (sisteme eterogene), cu privire la rata reacțiilor chimice între componentele ratei de transfer de căldură și particulele active din zona de reacție la sistemul original. Viteza normală de ardere (și în special forma frontului de ardere) depinde de condițiile de curgere și amestec proaspăt de produse de ardere (în special în motoarele cu ardere).

Prin urmare, în teorie de ardere considerăm mai multe tipuri de bază de flăcări. Acestea variază în semnificația lor științifică și practică și de gradul de control. Vary parametrii de cel mai mare interes pentru acest tip de flacără. Abordarea în mod semnificativ diferită de considerații teoretice fiecare tip de flacără. Unele diferențe există în metode experimentale.

Am lista cele mai importante pentru teoria tipurilor de ardere de flăcări:

1) flacără laminar într-un amestec de gaz omogen. Același tip include flacăra în timpul arderii explozivilor volatili;

2) o flacără de difuzie laminară în timpul arderii gazului combustibil cu jet într-o atmosferă oxidantă. Acest tip se invecineaza o flacără în arderea difuzia combustibilului lichid turnat în vasul cilindric, și m P..;

3) flacără la arderea picăturilor de combustibil lichid sau de particule de combustibil solid, într-o atmosferă oxidantă;

4) flăcări turbulente într-un amestec omogen sau gaz nu preamestec;

5) Flacăra în timpul arderii explozivilor volatili, propulsori și altele asemenea. G., în cazurile în care un rol important este jucat de reacția într-o fază de condensat.

O scurtă privire la unele dintre caracteristicile principalelor tipuri de flăcări în măsura în care este util pentru înțelegerea legilor de ardere a amestecurilor condensate.

Pre ar trebui să rămână la rata de ardere. În amestecuri de gaze de ardere laminar și sisteme condensate omogene de mare importanță fundamentală este conceptul de rată de ardere normală (Ur). Prin opredeleyiyu, Un este egală cu viteza de deplasare a flăcării în raport cu amestecul proaspăt într-o direcție perpendiculară pe suprafața flăcării la un anumit punct. Dimensiunea SI UN - m / sec, cu toate acestea, viteza de ardere a acestei unități, până la utilizare rar și numai sistemelor de gaz. De obicei valoarea Un pentru sistemele de gaz sunt exprimate în sistemele condensate în mm / sec cm / sec și (viteza de ardere în cazul sistemelor condensate expres în m / sec, în presiunile obișnuite se obțin este un număr foarte mic fracționată).

Pentru taxele rata de ardere omogene Condensat cilindrice adesea măsurată de la capătul de ardere, frontul de combustie se presupune plat (experiența arată că în majoritatea cazurilor în prezența unui înveliș adecvat, această ipoteză este valabilă și denaturarea sunt observate doar la marginile taxei). În plus față de substanțele solide (și lichide suficient de vâscoase) originale (solid sau lichid) nemișcată substanță în timpul arderii. Prin urmare, în acest caz, rata de ardere normală doar egală cu viteza aparentă a flăcării (în laborator sistem de coordonate) și este constantă în puncte diferite ale taxei.