Горение. Общие сведения.. Горение. В iv веке до н э. древнегреческий философ
 Скачать 1.07 Mb.
|
|
2.2. Процессы, протекающие в пламени В пламени одновременно протекают химические и физические процессы, между которыми существуют определенные причинно-следственные связи. К химическим процессам в пламени относятся: на подходе к зоне горения: - термическое разложение исходных веществ с образованием более легких продуктов (водорода, оксидов углерода, простейших углеводородов, воды и т.д.); во фронте пламени: - термоокислительные превращения с выделением теплоты и образованием продуктов полного (диоксида углерода и воды) и неполного горения (оксида углерода, сажи, копоти, смол и др.); - диссоциация продуктов горения, - ионизация продуктов горения. К физическим процессам в пламени относятся: - тепломассоперенос во фронте пламени; - процессы, связанные с испарением и доставкой летучих горючих веществ в зону горения. Скорость переноса (диффузии) веществ имеет решающее значение, например, в неоднородных системах, где она гораздо меньше скорости химических реакций окисления. Соотношение скорости химических превращений и физических процессов определяет режим процесса горения. Полное время горения г, складывается из длительности физических и химических процессов:  =  + (2.4)Кинетический режим горения характеризуется длительностью г х, поскольку в этом случае физических процессов подготовки (перемешивания) не требуется, т.е. ф 0 Диффузионный режим горения, наоборот, зависит в основном от скорости подготовки однородной горючей смеси, т.е. длительность его г ф. В этом случае ф >> х, и поэтому последним можно пренебречь. Если ф х, т.е. они соизмеримы, то горение протекает в так называемой промежуточной области. 2.3. Характер свечения пламени Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота. Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул. Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н2. При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО. СН3ОН  СО + 2Н2Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН3ОН и этанола С2Н5ОН). При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С2Н2, бензол С6Н6), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода. С6Н6 6С + 3Н2Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим. Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО2. Возможная реакция при термическом разложении ацетона : СН3СОСН3 СО + 2С + 3Н2.В подобных случаях пламя будет яркое, но не коптящее. Сопоставляя значения процентного содержания углерода и кислорода в горючих веществах, можно приблизительно судить о характере свечения пламени (таблица 1.1). Таблица 1.1. Характер свечения пламени в зависимости от (С) и (Н)
Решение: 1. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле метаналя составляют: Мr (НСОН) = 30 (С) =  = 40 %; (О) =  = 53 %Массовая доля углерода < 50 %, а массовая доля кислорода > 30 %, следовательно, при горении метаналя наблюдается голубоватое пламя. 2. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле фенола составляют: Мr (С6Н5ОН) = 94 (С) =  = 77 %; (О) =  = 17 %Массовая доля углерода > 50 %, а массовая доля кислорода < 25 %, следовательно, пламя при горении фенола яркое и коптящее. 3. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле пентанола составляют: Мr (С5Н11ОН) = 88 (С) =  = 68 %; (О) =  = 18 %Массовая доля углерода < 75 %, а массовая доля кислорода < 30 %, следовательно, пламя при горении пентанола будет ярким, но не коптящим. Задания для самоконтроля 1. Что называется горением? В каких случаях горение сопровождается пламенем? 2. Перечислите физические и химические процессы, протекающие в пламени. 3. Что представляет собой: а) диффузионное и кинетическое горение; б) однородное и неоднородное горение; в) гомогенное и гетерогенное горение; г) ламинарное и турбулентное горение; д) дефлаграционное и детонационное горение? 4. Для какого вида горения общее время горения определяется преимущественно временем протекания химических процессов? Почему? 5. Что представляет собой дым? Дым и продукты горения – это одно и то же? 6. Что является движущей силой конвективных тепловых потоков при горении? 7. Что является движущей силой диффузии кислорода из воздуха к зоне горения? 8. Почему в верхней части пламени образуется сажа? 9. Что является причиной свечения пламени? 10. Как меняется величина зоны горения при переходе от ламинарного к турбулентному режимугорения? 11. Определите характер свечения пламени глицерина С3Н8О3. |