45 Процесс возгорания и воспламенения.

Тепловая теория воспламенения — теория протекания экзотермической реакции в условиях прогрессивного самоускорения, обусловленного накоплением выделяющегося в ходе реакции тепла. Экзотермическая реакция в зависимости от условий осуществляется двояким образом. Она может протекать с малой скоростью и с небольшим разогревом (до нескольких десятков градусов). В этом режиме наблюдается тепловое равновесие между реагирующей системой и окружающей средой. Такой режим называется стационарным, так как теплоприток от реакции компенсируется теплоотводом в окружающую среду. Однако при изменении условий возможен переход к другому режиму — нестационарному, когда теплоприток от реакции превышает теплоотвод в окружающую среду. Скорость реакции в этом случае возрастает по экспоненциальному закону, температура системы также возрастает, и при определенных условиях происходит тепловое воспламенение (тепловой взрыв). Резкий переход от одного режима к другому может происходить при малом изменении внешних условий. Условия, при которых происходит переход к режиму воспламенения при незначительном изменении внешних воздействий, называются критическими.

При исследовании процессов теплового воспламенения различают реакции нулевого, первого и второго порядка. Для реакций нулевого порядка считают, что их скорость не зависит от степени превращения вещества (от числа прореагировавших молекул), а зависит только от температуры. Математическая постановка задачи в этом случае включает уравнение теплопроводности с нелинейным источником теплоты. В случае реакций первого и второго порядка, когда учитывается изменение скорости реакции от степени превращения вещества, к уравнению теплопроводности добавляется еще уравнение химической кинетики. Математическая постановка задачи в этом случае значительно усложняется, так как интегрированию подлежит система нелинейных дифференциальных уравнений в частных производных.

Знание процессов теплового воспламенения твёрдых топлив, порохов и взрывчатых веществ имеет важное значение для безопасного изготовления, хранения и применения изделий, содержащих указанные вещества. В процессе снаряжения изделий могут возникать неоднородности сплошной структуры, приводящие в некоторых случаях к преждевременному тепловому воспламенению (тепловому взрыву).

46. Ударная (взрывная) волна – порожденное взрывом движение окружающей среды, при котором происходит резкое повышение давления, плотности и температуры газов. Под воздействием высокого давления газов, образовавшихся при взрыве, первоначально невозмущенная среда испытывает резкое сжатие и приобретает большую скорость. Состояние движения передается от одного слоя среды к другому так, что область, охваченная взрывной волной, быстро расширяется. Скорость распространения взрывной волны превышает скорость звука. Разрушающее действие взрывной волны, связанное с созданием избыточного давления в среде, ослабевает пропорционально квадрату расстояния от места взрыва.

Основным параметром ударной волны является величина максимального избыточного давления, которое создается в окружающей среде. Особенности ударных волн:

• Скорость распространения ударных волн всегда больше скорости звука в невозмущенной среде и зависит от интенсивности ударной волны;

• Время действия ударной волны зависит от мощности взрыва;

• Ударные волны сопровождаются перемещением среды в направлении распространения волн возмущения;

• Во фронте ударной волны параметры состояния и движения среды изменяются скачком;

• Сила воздействия ударной волны постепенно уменьшается с расстоянием от точки взрыва.

47 Температурой самонагревания называется наименьшая температура, при которой в веществе или материале возникают практически различимые экзотермические процессы окисления и разложения, которые могут привести к самовозгоранию.

Нагревание до температуры самонагревания - наименьшей температуры вещества, потенциально может представлять пожарную опасность. Температуру самонагревания учитывают при определении условий безопасного длительного (или постоянного) нагрева вещества.

Безопасной температурой нагревания данного вещества или материала (независимо от размеров образца) следует считать температуру, не превышающую 90 % величины температуры самонагревания. Все горючие вещества на воздухе при определенных температурах окисляются, выделяя при этом тепло, п н зависимости от их структуры и свойства, от скорости процесса выделения и отвода тепла способны самонагреваться.

Самонагревание некоторых веществ может происходить не только в результате окисления, а также и вследствие ряда физических и биологических явлений. Температурой самонагревания называется самая низкая температура, при которой в веществе или материале возникают практически различные экзотермические процессы окисления, разложения и т. п.

48. МИНИМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЗАЖИГАНИЯ (МЭЗ) — наименьшая энергия источника зажигания, способная инициировать горение легковоспламеняемой (стехиометрической) смеси горючего вещества (газа, пара, пыли) с воздухом, т. е. взрывоопасной смеси. Значение МЭЗ применяют в целях обеспечения электростатической искробезопасности аппаратов и производственного оборудования, пожаровзрывобезопасности процессов переработки горючих веществ. Условия пожаровзрывобезопасности (исключение искрового зажигания взрывоопасных смесей) можно выразить соотношением

Wбез = 0,4 ·Wmin,

где Wбез — безопасная энергия искровых разрядов, Дж;

0,4 — коэффициент безопасности;

Wmin — МЭЗ взрывоопасной смеси, Дж.

Экспериментальное определение МЭЗ заключается в зажигании с заданной вероятностью взрывоопасной смеси различной концентрации электрическим разрядом различной энергии.

Значение МЭЗ как номенклатурного показателя пожаровзрывоопасности веществ и материалов, обслуживающего систему электростатической искробезопасности, отождествляется с наименьшей энергией заряженного конденсатора перед разрядом, вызывающим загорание вещества (материала) в стандартных условиях испытания.

Наименьшие значения тепловой энергии, достаточной для зажигания взрывоопасных сред, составляют от 0,011 до 0,28 мДж в зависимости от горючего вещества.

49. Тепловое самовозгорание заключается в следующем. Многие дисперсные материалы взаимодействуют с кислородом воздуха уже при обычной температуре. В условиях, благоприятствующих накоплению тепла в массе материала, происходит повышение температуры. Это в свою очередь повышает скорость реакций окисления, повышая при этом температуру и т. д. В итоге может произойти самовозгорание материала.

Тепловое самовозгорание – физикохимический процесс, скорость которого зависит от скорости химической реакции, поступления кислорода к реагирующей поверхности и от интенсивности теплообмена материала с окружающей средой.

При хранении дисперсных материалов на воздухе кислород проникает вовнутрь материала между частицами. Попадая в поры, кислород адсорбируется в поверхностном слое, что вызывает повышение температуры. Наличие развитой поверхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом является необходимым условием для начала теплового самовозгорания.

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играют пористость и адсорбционная способность материала. Чем больше пор, тем больше развита поверхность контакта и адсорбция на ней кислорода. Поэтому наиболее склонны к самовозгоранию материалы с большей пористостью.

Саморазогрев массы материала неоднороден. Вследствие разных условий теплоотвода, центральная зона объема нагревается быстрее, чем поверхность, и на начальной стадии самовозгорания характерно сохранение внешнего вида материала, хотя внутри происходит обугливание. Затем на обугленной поверхности развиваются процессы тления, которые могут перейти в пламенное горение. Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органических веществ является уголь, то главную роль играют закономерности самовозгорания угля.

Следует отметить, что значительную роль в самовозгорании угля играет его способность адсорбировать пары воды из окружающего воздуха. Установлено, что при этом уголь может нагреваться до 6570оС. Например, при адсорбировании 0,01 г Н2О выделится 22,6 Дж тепловой энергии.

Ускорению процесса самовозгорания способствует накопление тепла, развитая поверхность, легкая воспламеняемость, то есть малая энергия активации, и повышение температуры. Кроме того, самовозгорание развивается и при наличии в веществе примеси.

Например, если в аммиачной селитре (NH4NO3) примесей нет, то ее перевозка и хранение безопасны. Температура разложения лежит в пределах 200оС. Но при малых добавках органики или частиц металлов начинается автокаталитическое разложение, и селитра самовозгорается при 110оС. Считают, что автокатализ вызывают выделяющиеся СО2 и водяной пар. Добавка масел в селитру также вызывает взрывчатое её разложение (поэтому её применяют для приготовления взрывчатки).

Большую роль в опасности самовозгорания играет длительность периода до самовозгорания. У разных веществ она различна.