Мікробіологічне самозаймання

За останні 20 років на підприємствах хлібопродуктової і комбікормової промисловості країн СНД зареєстроване 195 вибухів, при цьому загинуло 144 і травмовано 416 чоловік.

У таблиці представлені дані, що характеризують розподіл вибухів по типах підприємств

тип підприємства	число вибухів	%
Елеватори	50	25.5
Комбікормові заводи	73	37.5
Борошномельні заводи	33	17.0
Склади комбікормової сировини	31	16.0
Хлібокомбінати і інші підприємства	8	4.0
УСЬОГО	195	100

Найбільше число вибухів сталося на елеваторах і комбікормових заводах. Аналіз причин аварій на підприємствах по зберіганню і переробці зерна показує, що найбільше число вибухів викликана несправностями або порушенням правил експлуатації виробничого обладнання (27,7%), самозайманням рослинної сировини (22,5%), вогневими роботами з порушенням правил виконання цих робіт(20%).

Механізм мікробіологічного самозаймання рослинної сировини.

До числа речовин, схильних до самозаймання під впливом мікробіологічного імпульсу, відносяться продукти рослинного походження, такі як сіно, солома, солод, бавовна-сирець, зерно і продукти його переробки, а також торф.

Первинним імпульсом саморозігріву рослинних продуктів є тепловиділення при життєдіяльності рослинних клітин і мікроорганізмів, які розвиваються у вологому середовищі органічного матеріалу. Таке самозаймання носить назву мікробіологічне самозаймання.

Процес самозаймання можна розділити на два основні етапи: самонагрівання та, власне, самозаймання і горіння. Перший етап характеризується порівняно плавною зміною параметрів (температури, газового складу атмосфери та інш.) і протікає протягом значного проміжку часу. Початку ж другого етапу властивий високий динамізм фізичних та хімічних процесів і стрімлива зміна параметрів. Зростання температури рослинної сировини в процесі самонагрівання обумовлено накопиченням тепла в умовах, сприяючих хорошій теплоізоляції (велика маса продуктів і низька теплопровідність рослинної сировини).

Утворення тепла відбувається послідовно в результаті: а) життєдіяльності рослинних клітин (тепло ферментації); б) життєдіяльності мікроорганізмів (тепловиділення при низькотемпературному окисленні в процесі дихання); в) поглинання пористими продуктами розкладання рослинного матеріалу парів та газів із газового середовища (тепло адсорбції); г) реакцій окислення. - 2

Фізичною основою самонагрівання є низька теплопровідність рослинної сировини, внаслідок чого навіть при виникненні в останній джерел тепла малої потужності інтенсивність тепловиділення перевищує інтенсивність тепловіддачі (розсіювання тепла) в навколишнє середовище. Іншими словами, створюються умови для розвитку процесу.

Фізіологічною основою процесу самонагрівання є поведінка РС як складної біологічної системи з властивим їй обміном речовин та енергії: дихання усіх живих компонентів, ферментативна активність клітин, яка підвищується при збільшенні вологості РС.

Для кожної рослинної сировини існує своя критична вологість, яка характеризує можливість активного розвитку мікроорганізмів, життєдіяльність яких є основною причиною самонагрівання.

Рослинні клітини є біополімерами білків, нуклеїнових кислот, поліцукридів. Оболонка рослинної клітини складається з клітковини - целюлози (С₆Н₁₀О₅)_n – поліцукрида, який при вологості більше 14% для зернових культур і від 6 до 8% для оліїстих культур гідролізується до глюкози С₆Н₁₂О₆.

Біологічне окислювання у клітинах рослин відбувається частіше всього шляхом дегідрогенізації. Перенос водню (електрона) від окисника до акцептора здійснюється різними окислювальними ферментами. В залежності від кінцевого акцептора водню, окислювання (дихання) може бути аеробним або анаеробним.

При аеробному процесі окислення РС здійснюється молекулярним киснем повітря з утворенням кінцевих продуктів (води та діоксиду вуглецю):

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + 2763 Дж.

При анаеробному процесі дихання (бродіння) окислення відбувається без витрачання кисню повітря:

С₆Н₁₂О₆ = 2С₂Н₅ОН +2СО₂ + 114,8 Дж,

С₆Н₁₂О₆ = 2СН₃СНОНСООН + 75 Дж,

С₆Н₁₂О₆ = С₃Н₇СООН + 2СО₂ + 2Н₂ + 63 Дж.

Вивільнена у процесі дихання енергія не може бути безпосередньо використана клітиною. Частина енергії переводиться у доступну для клітини форму, а інша, більш значна, акумулюється у виді теплової енергії маси РС.

Отже процес мікробіологічного самонагрівання можна умовно розділити на декілька етапів:

Перший етап - зростання температури внаслідок тепловиділення при диханні рослинної сировини і життєдіяльності мікроорганізмів і грибків. Температура підіймається до 60-70^оС. При цій температурі мікроорганізми гинуть або залишають рослинну сировину, але вжепочинають розкладатися пектинові, білкові та інші органічні сполуки з утворенням газоподібних продуктів розкладання і твердого пористого вуглецевого залишку.

Проте не всяке підвищення температури у масиві РС слід розглядати як початок процесу самонагрівання, який призводить до займання. Експериментально встановлено, що утворення у РС колонії кліщів може призвести до локального підвищення температури до 35 – 40 ⁰С, при цих температурах вони утрачають свою фізіологічну активність, залишають зону нагріву або гинуть. Якщо інші джерела тепла відсутні, зростання температури припиняється, незважаючи на те, що область нагріву може збільшуватися.

Другий етап - фізична і хімічна адсорбція парів і повітря на поверхні пористого вугілля, що утворилося в процесі розкладання. Процес протікає з виділенням тепла і температура в масі продуктів підіймається до 100-130^оС. При цій температурі відбувається розклад новихсполук з утворенням газоподібних продуктів розкладу та нових порцій пористого вугілля. У процесі піролізу рослинної сировини вже починається виділення горючих газів: оксиду вуглецю, метану, водню та інших.

Третій етап. Підвищення температури в об'ємі сприяє прискоренню екзотермічних реакції, тобто виникає повторний процес самонагрівання за рахунок протікання реакцій окислення, які можуть привести до самозаймання. Починається окислення газоподібних вуглеводнів, що виділилися, внаслідок чого температура підіймається до 180-200^оС.

Четвертий етап - окислення твердого вуглецевого залишку, що утворився (ненасичені вуглеводні і клітковина). При наявності розвиненої поверхні окислення і доступу повітря утворяться осередки тління - гетерогенного горіння матеріалу.

Самозайманню сприяє розвинена поверхня матеріалу і його легка займистість. На швидкість самонагрівання при мікробіологічномусамозайманні впливають:

- вид матеріалу, що зберігається;

- вологість матеріалу;

- доступ повітря;

- умови акумуляції тепла;

- температура навколишнього середовища.

При виникненні самозаймання вигляд зовнішньої частини скупчення матеріалу не зазнає значних змін. У внутрішній же частинівідбувається обвуглювання і тління. Оскільки тління органічних матеріалів виникає на обвугленій поверхні, можна сказати, що проміжним продуктом розкладання цих матеріалів, сприяючим їх самозайманню, є вугілля, що активно окислюється і при кімнатній температурі. Цією властивістю вугілля пояснюється можливість самозаймання матеріалу і після припинення дії первинного імпульсу самонагрівання.

Пожежна небезпека торфу

По ступеню пожежної небезпеки торф ділиться на 3 категорії:

1) А - безпечна. Характеризується відсутністю або рідкою появою осередків самонагрівання протягом перших 3-4 місяців зберігання. Зростання температури в товщі матеріалу становить 0,5^оС/добу. Т_сн. більше за 60^оС.

2) Б - середньонебезпечна, наявність 2-3 осередків протягом 3-4 місяців зберігання. Зростання температури 0,5-1,5^оС/добу. Т_сн.= 50 ^оС.

3) В - небезпечна. Характеризується масовим розвитком осередків самозаймання. Зростання температури 1,5-4,5^оС/добу. Т_сн. менше 40^оС.

Найбільш небезпечним є фрезерний торф.

Для профілактики самозаймання торфу необхідно проводити першочергове вивантаження торфу, що самонагрівається, або ізолювати каравани сирою торфокрихтою, вогкістю не менше за 65% для припинення надходження повітря.

Торфовий пил також здібний до самозаймання, але його причиною є тільки процеси окислення.

ВИСНОВОК: Процес самозаймання є однією з можливих причин виникнення процесу горіння при зберіганні і переробці матеріалів, схильному до самозаймання. Знання цих причин дозволить Вам розробляти ефективні заходи профілактики самозаймання.

Здатність схильних до самозаймання матеріалів поширювати тління всередині своєї маси і поглинати продукти горіння створює особливу небезпеку виникнення пожежі від самозаймання. Небезпека полягає в тому, що не завжди можна своєчасно встановити початок пожежі. У найбільшій мірі вказані властивості характерні горючим волокнистим і дисперсним матеріалам.

Тепловий та ланцюговий вибухи.

Постановка задачі в класичній теорії теплового вибуху полягає в наступному: задана область (сосуд), всередині якого знаходиться речовина, що реагує; відомі кінетичні закономірності тепловиділення; відомий механізм тепередавання всередині області; задані вихідні та граничні умови – визначити основні характеристики явища (критичні умови і перод індукції). Основні риси класичної моделі явища сформульовані наступним чином:

1. Реакція, що протікає в області, що розглядається, є одно стадійною та незворотною.

2. Тепловіддача у зоні реакції здійснюється шляхом теплопровідності. Рух речовини, що реагує, і пов'язаний з нею конвективний механізм передавання тепла відсутні.

3. вихідна речовина та продукти реакції знаходяться в одному фазовому стані.

4. Межа області, що розглядається, є непроникненою для речовини. Теплообмін на межі здійснюється за законом Ньютона.

5. Величини, що характеризують фізичні властивості (теплопровідність, теплоємність, щільність), хімічну реакцію (енергія активації, передекспоненціальний фактор, тепловий ефект) і умови протікання процесу (тиск, температура навколишнього середовища, форма і розміри області, коефіцієнт тепловіддачі) в ході процесу не змінюються. Ця модоль набула розповсюдження не тільки в газоподібних, але і в конденсованих середовищах.

Теорія ланцюгового вибуху була розроблена академіком Н. Н. Семеновим і його школою. Розглянемо умови виникнення ланцюгового займання. Припустимо, що в судині поміщена газоповітряна суміш і процес окислення газу протікає в ізотермічних умовах. Хай швидкість утворення початкових активних центрів буде W_o (швидкість зародження ланцюгів). Ці активні центри можуть утворюватися, зокрема, унаслідок теплового руху молекул. Якщо З є дійсна концентрація активних центрів, то в результаті розгалуження ланцюгів вона збільшуватиметься, а в результаті обриву ланцюгів - зменшуватися.

Ланцюгові реакції, що розвиваються за допомогою активних центрів (атомів і радикалів), є матеріальними ланцюгами. Матеріальні ланцюги можуть самоускоренно розвиватися і приходити до ланцюгового самозаймання при ізотермічному режимі, бо в цьому випадку активні центри породжуються реакцією, що самою розгалужується, і в початковій стадії хімічна енергія початкових речовин перетворюється не на теплову енергію, а на хімічну енергію активних центрів. В цьому випадку для накопичення активних центрів достатньо незначних кількостей енергії, що виділяється при практично непомітній швидкості реакції.

ЛЕКЦІЯ 6. ІНІЦІЮВАННЯ ГОРІННЯ, ДЖЕРЕЛА ІНІЦІЮВАННЯ

Питання для розгляду на лекції:

.1 Поняття і особливості процесу запалювання.

6.2 Ініціювання горіння в холодному газі нагрітими тілами.

6.3 Чинники, що впливають на процес запалювання.

6.4 Запалювання горючих систем електричними розрядами.

6.5 Підпалення фрикційними іскрами, краплями розплавленого металу.

На минулих лекціях ми з вами детально розглянули процеси самоспалахування і самозаймання горючих систем, як можливих шляхів ініціації процесу горіння. Дані процеси можуть стати причиною появи горіння в горючих системах і таким чином причиною виникнення пожеж. Але аналіз статистичних даних говорить про те, що на практиці найбільш частим шляхом виникнення процесів горіння є не самоспалахування або самозаймання, а вимушене запалення (запалювання) горючих сумішей, речовин і матеріалів. У якості джерела запалювання можуть бути відкрите полум'я, технологічне обладнання, що нагрівається при експлуатації, іскри з топок, фрикційні іскри двигунів, різні прояви електричної енергії, наприклад коротке замикання. Розглянемо, в яких випадках ці теплові імпульси здатні ініціювати горіння.