Тема лекции Горение твердых горючих материалов Цели и

Тема лекции: Горение твердых горючих материалов Цели и задачи Изучить особенности горения веществ, находящихся в твердом агрегатном состоянии. Изучить особенности и стадии термического разложения твердых горючих веществ.

Учебные вопросы: 1. Физико-химические основы процессов термической деструкции ТГВ и ТГМ. 2. Основные характеристики и закономерности процессов возникновения и распространения горения по поверхности твердых органических веществ и материалов. 3. Особенности горения металлов.

Выход летучих продуктов (масс. %) термического разложения G лет, % масс 40 1 30 20 10 2 300 500 700 900 1100 1 - древесина; 2 -бурый уголь. Т, К

Есв [к. Дж/моль]

Энергия разрыва химических связей органических веществ Связь С - С С = С Сар- Салк С - С С - Н Сар- Н С - Н О - О С - СООН С - S С - Н Соединения Алканы Алкены Алкиларены Алканы Арены Алкены Пероксиды Кислоты Эфиры Спирты Сульфиды Амины алифатические Амины ароматические Энергия разрыва Есв к. Дж/моль ккал/моль 330 79, 30 590 140, 5 820 196, 70 300 70, 70 610 145, 80 410 98, 70 430 103, 70 320 77, 00 140 33, 00 230 55, 00 310 75, 00 380 90, 00 230 55, 00 290 70, 00 360 85, 00

Закономерности термической деструкции органических веществ 1. Углеродные цепи в алканах (насыщенных углеводородах) расщепляются на меньшие по молекулярной массе алканы и алкены, состоящие из более коротких цепей. Разрывается преимущественно связь между углеродными атомами в середине цепи: С С С + С=С С гексан пропан пропен 2. Алкены более стабильны при нагревании, чем алканы, в летучих продуктах термического разложения их всегда больше. 3. Циклоалканы разлагаются двумя путями: с разрывом кольца и образованием алкенов или же, если в кольце содержится шесть и более углеродных атомов, дегидрированием кольца, т. е. отщеплением водорода и образованием аренов. С=С С С-С С гексен циклогексан +3 Н 2 циклогексан бензол 4. Ароматические соединения (арены) разрушаются с отщеплением боковых цепей, а сами конденсируются в многокольчатые структуры с образованием твердых веществ с графитированной углеродной решеткой. R + R

Дериватограмма керогена сланца -←ΔH→+ ДТА DTG 200 400 0 t, ˚C 20 40 Δm, % масс TG ТG - потеря массы; DТG - скорость потери массы; DТА тепловые эффекты протекающих процессов и реакций.

Температура начала разложения некоторых ТГМ Горючее вещество Температура начала разложения, С Древесина 120 - 150 Торф 160 - 200 Ископаемые угли 300

Основные макростадии процесса термолиза древесины № Температура п/п древесины, С 1 120 - 150 2 150 - 180 3 180 - 250 4 5 6 7 250 - 300 - 450 - 550 - 600 Протекающие процессы Летучие продукты Сушка Н 2 О адсорбированная Декарбоксилирование, Н 2 О капиллярная и дегидратация химически связанная, СО 2 Деструкция гемицеллюлозы Начало интенсивного разложения древесины (целлюлозы) Интенсивный пиролиз древесины с экзотермическим эффектом Резкое снижение скорости пиролиза древесины Окончание пиролиза древесины (карбонизированный остаток) Н 2 О химически связанная, СО, СО 2, Н 2, СН 4 -//--//25 % Н 2 О химически связанной, 40 % алканов и алкенов.

Вопрос 2 Основные характеристики и закономерности процессов возникновения и распространения горения по поверхности твердых органических веществ и материалов

Алгоритм процессов, протекающих при горении ТГМ Гомогенное диффузионное горение Qизл Гетерогенное горение Воздух Термическое разложение Воздух Летучие Продукты (газы и пары) Твердый остаток (уголь) Горючие газы и пары Термическое разложение Расплав Испарение Сублимация Плавление Твердые горючие материалы

Схема процесса горения твердых горючих материалов Горючая среда Газы+Воздух qи qи 1 2 3 150 -300 окислитель qи 120 -250 120 -700 окислитель 1 -сублимация; 2 - плавление; 3 -термическое разложение.

Состав продуктов термического разложения Газообразные продукты термического разложения Жидкие продукты термического разложения Твердый остаток (полукокс) состоят преимущественно из негорючего диоксида углерода СО 2 и горючих оксида углерода СО, простейших газообразных алканов, алкенов, водорода и др. входят горючие низкомолекулярные вещества: углеводороды, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, полифункциональные соединения и др. представляет собой высококарбонизованное вещество с высоким содержанием углерода (84 -92 %) и низким содержанием водорода (2, 5 -4, 5 % масс. ) При нагревании до 500 - 600 С твердые горючие материалы разлагаются с выделением помимо негорючих большого количества горючих газов и паров. Именно это и определяет способность любого твердого вещества к горению.

Состав газообразных продуктов неполного горения некоторых твердых веществ (температура 500 -550 С) Горючее вещество Содержание, % об. от суммы газов СО 2 4 -6 СО 30 -31 Алканы 1, 4 -1, 7 Полиметилметакрилат + воздух 19, 5 12, 2 2, 58 Поливинилхлорид + воздух (при 600 С) 24, 3 15, 1 5, 82 Капрон + воздух 6, 5 8, 0 6, 42 Древесина + воздух Прочие 5 -8 Н 2; 0, 4 -0, 8 О 2; 54 -58 N 2 10, 3 CO 2; 52, 4 мономер 0, 22 алкены; 50 HCl; 2, 88 арены 2, 6 Н 2; 1, 1 NH 3; 2, 4 HCN; 0, 48 O 2; 72, 5 N 2

Вопрос 3 Особенности горения металлов

Способность металлов к горению на воздухе Груп- Подруппа па I Главная Характерные признаки горения на воздухе II При простом контакте с воздухом не воспламеняются. Довольно легко загораются при нагревании до 600 -800 С. Горят с образованием оксидов и отчасти нитридов (Мg) III Элементы (*) Щелочные Li, Nа, К, Rb, Cs < 1 Главная щелочно земельные Bе, Мg, Ca, Sr, Bа <1 Побочная Zn, Cd, Hg 1< <2 Главная B, Al, Gа, In, Те 1< <2 IV Побочная Тi Zr, 1< <2 V Главная Аs, Sb, Bi VI Главная Se, Те, Po VIII Fе, Cо, Оs Rb и Cs воспламеняются при контакте с воздухом. Остальные легко воспламеняются при незначительном нагревании Hg пожаробезопасна. Zn и Cd при нагревании до 200 -250 С воспламеняются и горят до оксидов. В холодном состоянии пожаробезопасны. При нагревании выше температуры плавления (150 -700 С) энергично окисляются, в виде стружки или порошка - быстро сгорают Холодные пожаробезопасны. Самовозгораются при локальном нагреве в тонких сечениях. Особенно опасны в виде стружки и порошка. Горят не только в кислороде, но и в азоте Холодные пожаробезопасны. Легко сгорают в расплавленном состоянии (250 -700 С) Se загорается легко при нагревании, Те и Po пожаробезопасны Холодные пожаробезопасны. Оs при нагревании сгорает. Fе и Cо не горят при нагревании, свежеприготовленные в виде порошка и губки пирофорны