5.3 Температура самоспалахування речовин

Як ми вже говорили, температурою само спалахування називається найменша температура системи, при якій відбувається різке збільшення швидкості екзотермічної реакції, що призводить до появи полум'яного горіння.

Згідно теорії, температура само спалахування відповідає таким граничним умовам в горючій системі, при яких можливо запалення газу внаслідок порушення теплової рівноваги між швидкістю тепловиділення від реакції та швидкістю тепловідводу від газу в через стінки посудини в навколишнє середовище. Графічно це визначається умовою дотику кривої тепловиділення з прямою тепловідводу (рис. 5.7).

Рис. 5.7

У точці дотику (при Т= T_сс) виконуються умови:

Підставляючи вирази для швидкості тепловиділення і тепловіддачі отримуємо в точці дотику (при Т = T_сс):

Q_н V_гсφ _гвφ _ок exp (-E_акт/RT_сс) =А(Т_сс — Т_о) S            (1)

Диференціюємо це рівняння по температурі і отримаємо:

Q_н V_гсφ _гвφ _ок E_акт/RT_сс² exp (-E_акт/RT_сс) =АS          (2)

 

Поділивши рівняння (1) на (2) одержимо:

RT_сс²/Е_акт=T_сс-T_о          або                      T_сс² - Е_акт/RT_сс+Е_акт/RT_о = 0

 

Вирішуючи дане рівняння відносно температури та використовуючи розкладання квадратного кореню в степеневий ряд, одержимо:

Т_сс = Е_акт/2R ± Е_акт/2R (1 — 2RT₀/E_акт — 2R²T₀²/E_акт²).

Оскільки визначається мінімальна температура виникнення горіння, то з двох можливих розв'язань даного рівняння вибираємо менше, а одержане значення відповідає точці дотику при температурі самоспалахування.

Т_сс = T_о+RT_о²/Е_акт                 або                      ΔТ=T_сс-T₀ = RT₀²/Е_акт.

Величина RT₀²/Е_акт визначає початковий розігрів суміші, що реагує, від початкової температури Т_о до температури Т_сс.

Якщо температурастінок посудини Т₀ нижче температури самоспалахування на величину більш ніж RT_о²/Е_акт, тепловогосамоспалахування не відбудеться. По експериментальним даним для більшості вуглеводів температура самоспалахування в повітрі рідко буває нижче 500К. Приймемо температуру стінок посудини Т₀ ≈500 К, тоді початковий розігрів становить 25-40^оС. Тому на практиці температурою самоспалахування вважається температура стінок посудини, при якій відбуваєтьсясамоспалахування горючої суміші.

При температурі самоспалахування горіння речовини ще не виникає, воно виникне лише при температурі горіння, яказначно перевищує температуру самоспалахування. Але при цій температурі складаються умови, що призводять до стрибко подібного підйому температури за рахунок самонагрівання горючої суміші.

Оскільки виникнення горіння можливе внаслідок різної зміни тепловиділення і тепловіддачі (збільшення тепловиділення, зменшення тепловіддачі або одночасна зміна q(+) і q(–)), то температура самоспалахування не є суворо постійною величиною, а залежить від законів зміни інтенсивності тепловиділення і тепловіддачі. Для забезпечення пожежної безпеки технологічних процесів необхідно враховувати чинники, що впливають на температуру самоспалахування.

5.4 Фактори, що впливають на температуру самоспалахування

 

Існують такі умови, при яких самоспалахування горючої суміші неможливо. При збільшенні інтенсивності тепловиділення система раніше може досягнути критичного значення температури, при якому реакція окислення переходе до процесу горіння, тобто температура самоспалахування зменшується. Навпаки, збільшення інтенсивності тепловіддачі від горючої системи, знизить ймовірність виникнення горіння, тобто температура самоспалахування зросте. З математичного вираження критичних умовсамоспалахування

Q_н V_гсφⁿ_гвφ^m_ок exp (-E_акт/RT) =А(Т – Т₀) S

 

можна побачити параметри, зміна яких буде впливати на температуру самоспалахування.

На температуру самоспалахування речовин, а отже і на пожежну небезпеку того процесу, в якому обертається горюча речовина, будуть впливати три групи факторів, які характеризують