ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ ТЕЛ Плавление - переход вещества из кристаллического (твёрдого) состояния в жидкое; происходит с поглощением теплоты (фазовый переход I рода). Главными характеристиками плавления чистых веществ являются температура плавления (Тпл) и теплота, которая необходима для осуществления процесса плавления (теплота плавления Qпл). Кристаллиза ция — процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое кристаллическое с образованием кристаллов.
КЛАССИФИКАЦИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
К углеводородам относят природные, искусственные и синтетические полимерные материалы, в состав которых входят углерод, водород, азот и кислород. По структуре углеводороды — это материалы однородного строения. Целлюлозосодержащими материалами являются природные органические вещества, основой которых служит целлюлоза, это полимерные материалы растительного происхождения (древесина, хлопок и др. ), которые в отличие от искусственных и синтетических полимеров являются не однородными материалами, а смесью природных полимеров.
Элементорганические соединения — органические вещества, в состав которых входят такие элементы, как сера, фосфор, кремний, галоиды и металлы. В условиях пожара элементорганические соединения образуют особо токсичные вещества и по этой причине их выделяют в особую группу. Неорганические твердые горючие вещества — это металлы и неметаллы. Практически все металлы при нормальных условиях окисляются на воздухе. Но к горючим относятся только те, которые могут воспламеняться на воздухе от открытого источника зажигания средней мощности и самостоятельно гореть после его удаления. К наиболее горючим относятся щелочные и щелочноземельные металлы. К неметаллам относят фосфор, мышьяк, кремний, серу. Механизм их воспламенения во многом напоминает особенности горения металлов.
Подавляющее большинство конденсированных веществ при нагревании газифицируются, после чего происходит гомогенное горение продуктов газификации. Твердые горючие вещества, которые переходят в газообразное состояние через жидкую фазу (в условиях повышенной температуры плавятся), принято называть ТГМ первого рода. Процесс воспламенения ТГМ 1 -го рода повторяет процесс подготовки и воспламенения горючих жидкостей. Их горение протекает в гомогенном режиме. Твердые горючие материалы, которые переходят в парогазовое состояние минуя жидкую фазу за счет сублимации или термической деструкции молекул, принято называть ТГМ второго рода. При горении веществ этой группы возможен как гомогенный, так и гетерогенный режим горения.
Общие закономерности воспламенения и горения твердых горючих веществ
1. 2. 3. 4. Нагрев поверхностного слоя до температуры фазового перехода (плавления или термического разложения). Если это материал растительного происхождения, то из него сначала начинает испаряться влага. Дальнейший нагрев приводит к началу фазового перехода. Если это ТГМ 1 -го рода, то происходит плавление и переход материала в жидкую фазу, затем нагрев расплава до температуры кипения или разложения. Если это материал 2 -го рода — сразу начинается процесс сублимации или разложения с выделением летучих продуктов. Образование горючей паровоздушной смеси и ее предварительный нагрев. Самовоспламенение паровоздушной смеси с последующим горением.
где Т 0, Тпир, Тз, Тгор — температура начальная, температура пиролиза, температура зажигания, температура горения соответственно.
1. 2. 3. 4. 5. 6. На каждой стадии протекают специфические физикохимические процессы, которые определяют состояние системы. Этим стадиям соответствуют следующие зоны: зона исходного материала; зона предварительного нагрева материала до температуры физико-химических превращений; зона фазового перехода, в которой происходит плавление или разложение материала; зона образования горючей смеси и ее нагрев до температуры зажигания; зона фронта пламени, где выделяется основная часть тепловой энергии и наблюдается максимальная температура; зона продуктов горения, где продукты реакции смешиваются с холодным воздухом.
Время воспламенения ТГМ зависит от скорости образования над поверхностью материала летучих компонентов в концентрации, превышающей нижний КПРП. Процесс образования летучих компонентов идет с затратами энергии и для материалов разного состава начинается при различных температурах и протекает с разной интенсивностью. Способность материала сопротивляться нагреву без изменения химической структуры называется термической стойкостью материала.
Распространение пламени по поверхности твердого горючего материала продукты горения II воздух I Скорость горизонтального распространения пламени по твердым материалам ниже, чем по горючим жидкостям. Она измеряется несколькими сантиметрами в секунду
Наибольшее влияние на скорость распространения пламени по поверхности ТГМ оказывают следующие факторы: 1. природа материала, его физико-химические свойства (скорость образования летучих продуктов); 2. влажность материала; 3. ориентация образца в пространстве; 4. скорость и направление воздушных потоков; 5. начальная температура материала; 6. геометрические размеры образца (толщина, дисперсность).
Горение целлюлозосодержащих материалов Целлюлоза — это высокомолекулярный полисахарид, состоящий из молекул глюкозы. Горение древесины существенным образом отличается от горения жидкостей и газов, и может протекать сразу в нескольких режимах - гомогенном и гетерогенном. Поэтому при горении древесины можно выделить две фазы: 1) гомогенное (т. е. пламенное) горение газообразных продуктов разложения и 2) гетерогенное горение образовавшегося твердого углеродистого остатка.
Тление — беспламенное горение волокнистых и пористых материалов, которые при нагревании образуют твердый углеродистый остаток. Это особый режим горения, когда образующиеся в результате пиролиза горючие газы не горят, а происходит только гетерогенное горение углеродистого остатка (поверхностное окисление). Тление происходит за счет кислорода, содержащегося в порах материала. К материалам, которые могут тлеть, относится широкий спектр материалы растительного происхождения (бумага, целлюлозные ткани, опилки), латексная резина, некоторые виды пластмасс (пенополиуретан, пенофенопласты). Материалы, которые могут плавиться или при разложении давать мало углеродистого остатка, не способны к тлению.
Горение пыли Пыль — коллоидная система, состоящая из твердой дисперсной фазы и газообразной дисперсионной среды, т. е. представляет собой твердое вещество, тонко размельченное в газообразной среде. Дисперсная фаза может состоять из частиц одина-ковой величины (монодисперсная система) или частиц разной величины (полидисперсная система). Все промышленные пыли полидисперсные. В зависимости от среднего размера частиц пыль может длительно находиться во взвешенном состоянии или сразу же оседать после кратковременного перехода во взвешенное состояние. Дисперсная система, представляющая собой пыль, взвешенную в воздухе, называется аэрозолем. Осевшая пыль называется аэрогелем.
Особенности горения аэрогеля Основными параметрами, характеризующими пожарную опасность аэрогеля, являются температура воспламенения и самовоспламенения. Отличительной особенностью аэрогеля является его способность переходить во взвешенное состояние. При нагревании протекают все подготовительные процессы, характерные для твердых горючих материалов, однако скорость их протекания выше, что объясняется развитой поверхностью, повышенной химической активностью, сниженной теплопроводностью материала в результате измельчения, увеличенной адсорбционной способностью пыли. Это обусловливает меньший период индукции воспламенения, большую скорость распространения горения, а также повышенную склонность к самовозгоранию по сравнению с исходным материал, из которого пыль получена.
Особенности горения аэрогеля Тлеющая пыль представляет большую опасность, поскольку: 1) выделяющиеся горючие продукты разложения могут накапливаться в закры-тых объемах, и горение из диффузионного может перейти в кинетическое; 2) даже при слабом встряхивании (завихрении) тлеющая масса может самовоспламениться изза резкого притока кислорода и вызвать взрыв взвихренной пыли.
Особенности горения аэрозоля Аэрозоли воспламеняются и горят аналогично газовоздушным смесям. Поэтому их пожарная опасность характеризуется такими же параметрами, как и газовоздушные смеси: КПРП, минимальной энергией зажигания, максимальным давлением взрыва. Склонность аэрозолей к коагуляции (слипанию) и осаждению существенно отличает их от газовоздушных смесей. Это свойство обуславливает более высокую энергию зажигания (на два порядка выше), чем для газовых смесей. Если распространение пламени в газовых смесях обусловлено прогревом холодной смеси за счет теплопроводности, то распространение пламени в пылевоздушных смесях происходит за счет прогрева холодной смеси излучением, испускаемым фронтом пламени.
Скачать презентацию ОСОБЕННОСТИ ГОРЕНИЯ ТВЕРДЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ СВОЙСТВА ТВЕРДЫХ
Горение твердых тел.ppt