Розділ II. ВИНИКНЕННЯ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ Тема 5.

Розділ II. ВИНИКНЕННЯ ПРОЦЕСУ ГОРІННЯ Тема 5. САМОЗАЙМАННЯ РЕЧОВИН ТА МАТЕРІАЛІВ Лекція 9 ТЕПЛОВЕ, ФІЗИЧНЕ та МІКРОБІОЛОГІЧНЕ САМОЗАЙМАННЯ

ПЛАН ЛЕКЦІЇ 1. Теплове самозаймання 1. 1. Загальні відомості про теплове СЗ 1. 2. Визначення схильності речовин до теплового СЗ 2. Фізичне самозаймання 2. 1. Механізм фізичного СЗ вугілля. 2. 2. Чинники, що впливають на процес фізичного СЗ вугілля. 2. 3. Заходи профілактики СЗ вугілля. 3. Мікробіологічне самозаймання. 3. 1. Механізм мікробіологічного СЗ рослинної сировини. 3. 2. Пожежна небезпека торфу і заходи профілактики його СЗ.

1. ТЕПЛОВЕ САМОЗАЙМАННЯ Теплове самозаймання — виникнення горіння внаслідок самонагрівання системи під впливом тривалого зовнішнього нагріву речовини вище за температуру самонагрівання. 1. 1. Механізм теплового СЗ 1. Р озкладання речовини під впливом тривалого зовнішнього нагріву на газоподібні продукти і твердий вуглецевий залишок. 2. Окислення газоподібних продуктів розкладання з виділенням тепла, що призводить до прискорення самонагрівання.

3. Окислення твердого вуглецевого залишку , що призводить до додаткового самонагрівання матеріалу і збільшення температури. 4. При досягненні критичної температури швидкість реакцій окислення різко збільшується, процес СН переходить в СЗ. Виникає дифузійне гетерогенне горіння вуглецевого залишку — тління. Схема теплового СЗ газ. прод. розклад. + О 2 виділ. Q t Wхр ГР розкладання горіння тв. вуглец. залиш. + О 2 виділ. Q t Wхр

Умови виникнення теплового СЗ: температура навколишнього середовища підви-щена; великий об’єм скупчення горючого матеріалу і мала площа тепловіддачі, що сприяє накопиченню тепла; горючий матеріал легко розкладається, при цьому утворюється достатня кількість газоподібних продуктів розкладання, які активно вступають в реакцію окислення; матеріал є пористим або роздрібненим, нещільно утрамбованим, для того щоб був достатній доступ кисню повітря до продуктів розкладання для протікання реакції окиснення.

Експериментальне визначення схильності речовин до СЗ засновано на виявленні приросту температури всередині матеріалу при нагріві речовини в термостаті. 1. 2. Визначення схильності речовин до теплового СЗ

Температура самонагрівання — мінімальна температура середовища, за якої можливе самозаймання даного матеріалу за найбільш сприятливих умов. Температура тління — температура, вище за яку самозаймання можливо навіть за несприятливих умов (малі розміри зразку, короткочасність нагрівання тощо). В інтервалі між цими критичними температурами можливість самозаймання залежить від умов акумуляції тепла та накопичення проміжних продуктів, які впливають на швидкість процесу окислення.

Критичну температуру середовища та час нагріву матеріалу, за яких можливе виникнення теплового самозаймання скупчення матеріалу даних розмірів, можна розрахувати за формулами Таубкіна: lgt с = A p + n p lg. S пит t с = 10 (A p + n p lg. S пит ) lgt с = A b — n b lg інд інд = 10 (A b — lg t с )/n b де t с – критична температура середовища, за якої можливе теплове самозаймання, о С інд — час теплового впливу до виникнення самозаймання, години; A p , n p , A b , n b — емпіричні коефіцієнти, S пит = S повн /V — питома поверхня зразка.

Фізичним називається самозаймання, викликане самонагріванням матеріалу внаслідок протікання фізичних процесів, що супроводжуються виділенням тепла. Характерними фізичними процесами, що призводять до самонагрівання матеріалу, є процеси тертя та адсорбції. Адсорбція — поглинання і утримування парів та газів на поверхні твердої речовини. Хемосорбція – хімічна взаємодія речовин, що адсорбувалися, з поверхнею твердого матеріалу. 2. ФІЗИЧНЕ САМОЗАЙМАННЯ

2. 1. Механізм фізичного СЗ вугілля Первинним імпульсом , що призводить до появи самонагрівання вугілля, є тепловиділення при адсорбції. Кількість тепла, що виділяється при адсорбції, залежить від природи вугілля і газів, що поглинаються. Після первинного нагріву в дію вступають окислювальні процеси, які призводять до подальшого самонагрівання матеріалу.

Етапи самонагрівання при фізичному СЗ: 1. Первинне самонагрівання вугілля за рахунок адсорбції повітря і парів води на поверхні вугілля. Всередині штабеля, де погіршені умови тепловіддачі q(-) ↓ , відбувається повільне зростання температури до 60 о С. 2. Хімічна взаємодія адсорбованого кисню з матеріалом вугілля ( хемосорбція) з утворенням пероксидних комплексів. Внаслідок первинного окислення вугілля розігрівається до 120 -140 о С. 3. Розкладання пероксидних комплексів (при t ≈ 150 о С ) з утворенням газоподібних продуктів і твердого вуглецевого залишку.

4. Окислення газоподібних продуктів розкладання з виділенням додаткового тепла, що призводить до прискорення самонагрівання. Температура в осередку підіймається до 200 -210 о С. 5. Окислення твердого вуглецевого залишку , що призводить до додаткового самонагрівання осередку до 450 о С. 6. Швидкість реакцій окислення різко збільшується, процес СН переходить в СЗ. Виникає дифузійне гетерогенне горіння вуглецевого залишку.

2. 2. Чинники, що впливають на процес фізичного СЗ На швидкість саморозігріву вугілля впливають хімічні та фізичні чинники: вид вугілля (ступінь метаморфізму), що обумовлює здатність матеріалу окислюватися киснем повітря при низьких температурах. Зі збільшенням ступеню метаморфізму вугілля ( глибини перетворення ) зменшується вміст летючих компонентів, t сн збільшується. Вугілля поділяють на: — клас А – небезпечне ( буре, газове і полум’яне вугілля ), містить летючих компонентів більше за 12%, t сн 130 о С

розмір вугільних шматків і щільність укладання При зменшенні розмірів шматків вугілля зменшується повітряний простір між ними, збільшується щільність укладання, що обумовлює зменшення проникність матеріалу для повітря, збільшення теплопровідності і теплоємності шару. Тепло інтенсивніше розсіюється в об’ємі на нагрівання сусідніх шарів матеріалу d ч О 2 хр q(+) T сн с р , q(-) T сн

пористість вугілля При збільшенні пористості зростає вміст повітря всередині матеріалу, отже, збільшується швидкість процесу окислення і виділення тепла, меншають теплоємність і теплопровідність, ускладнюється відведення тепла із зони реакції. Це призводить до зниження T сн. хр q(+) T сн с р , q(-) T сн приток повітря всередину штабеля При збільшенні швидкості притоку повітря всередину штабелю концентрація кисню збільшується, генерація тепла прискорюється. Подальше збільшення швидкості повітря призведе до збільшення тепловіддачі за рахунок винесення тепла вихідним повітрям. v пов О 2 хр q(+) T сн v пов q( — ) T сн

2. 3. Заходи профілактики C З вугілля ізоляція матеріалу від кисню ( q(+) ) 1) ущільнення вугілля в штабелях, 2) обмащення вугілля відходами нафтопереробної або коксохімічної промисловості; 3) майданчик під штабель повинен мати м’який грунт (на твердому настилі повітря легко проникає в штабель). посиленої тепловіддачі від штабелю вугілля в навколишнє середовище ( q( — ) ) 1) обмеження висоти штабеля ( S твід /V ); 2) примусова вентиляція штабеля негорючими газами; 3) закладення штабелю на мерзлий грунт.

3. МІКРОБІОЛОГІЧНЕ САМОЗАЙМАННЯ Мікробіологічним називається самозаймання, яке виникає внаслідок тепловиділення при життєдіяльності рослинних клітин і мікроорганізмів

Причини вибухів: несправності виробничого обладнання — 27, 7%, самозайманням рослинної сировини — 22, 5%, порушення правил виконання вогневих робіт — 20%

3. 1. Механізм мікробіологічного СЗ рослинної сировини В скупченні рослинного матеріалу відбувається первинне утворення тепла за рахунок а) життєдіяльності рослинних клітин та мікроорганізмів: С 6 Н 12 О 6 + 6 О 2 = 6 СО 2 + 6 Н 2 О + 2763 Дж ; в) поглинання пористим продуктом розкладання рослинного матеріалу парів та газів із газового середовища ( тепло адсорбції ); г) реакцій окислення продуктів розкладання сировини ( тепло хімічної реакції).

Етапи процесу самонагрівання при мікробіологічному самозайманні: 1. Тепловиділення при диханні рослинної сировини і життєдіяльності мікроорганізмів. Температура підіймається до 60 -70 о С. 2. Загибель мікроорганізмів, початок розкла-дання білків та інших органічних сполук з утворенням газоподібних продуктів і твердого пористого вуглецевого залишку. 3. Адсорбція парів і повітря на поверхні пористого вугілля, що утворилося. Температура рослинної сировини підіймається до 100 -130 о С.

4. Хемосорбція і розклад нових сполук з утворенням пористого вугілля і горючих газів ( СО , СН 4 , Н 2 та інших). 5. Окислення газоподібних вуглеводнів, що виділилися, температура підіймається до 180 -200 о С. 6. Окислення твердого вуглецевого залишку, що утворився при розкладанні рослинної сировини. Температура підіймається до 400 -450 о С. 7. Швидкість реакції окислення різко збільшується, процес СН переходить в СЗ. Виникає гетерогенне горіння вуглецевого залишку.

На швидкість мікробіологічного самозаймання впливають: — вид рослинного матеріалу, що зберігається; — вогкість матеріалу; — доступ повітря (визначається щільністю укладання); — умови акумуляції тепла (співвідношення поверхні тепловіддачі і об’єму скупчення); — температура навколишнього середовища.

3. 2. ПОЖЕЖНА НЕБЕЗПЕКА ТОРФУ За ступенем пожежної небезпеки торф поділяють на 3 категорії: 1) А — безпечний. Відсутність або рідка поява осередків самонагрівання протягом перших 3 -4 місяців зберігання. Зростання температури в товщі матеріалу становить 0, 5 о С/добу. Т сн > 60 о С. 2) Б — середньонебезпечний. Наявність 2 -3 осередків самонагрівання протягом 3 -4 місяців зберігання. Зростання температури в матеріалу 0, 5 -1, 5 о С/добу. 40 о С < Т сн < 60 о С. 3) В — небезпечний. Масовий розвитк осередків самозаймання. Зростання температури 1, 5 -4, 5 о С/добу. Т сн < 40 о С.

Завдання на самопідготовку: 1. Вивчити літературу: Демидов, Шандыба, Щеглов — Горение и свойства горючих материалов, с. 70 -82, Демидов, Саушев — Горение и свойства горючих веществ, стр. 109 -130. 2. Підготуватися до практичного заняття