Ce proces se numește combustie eterogenă. Arderea eterogenă

Pe baza exemplelor considerate, în funcție de starea de agregare a amestecului de combustibil și oxidant, adică pentru numărul de faze din amestec, distingeți:

1. Combustiune omogenă gaze și vapori de substanțe combustibile în mediul unui agent oxidant gazos. Astfel, reacția de ardere are loc într-un sistem format dintr-o fază (starea de agregare).

2. Ardere eterogenă substanțe combustibile solide într-un mediu oxidant gazos. În acest caz, reacția continuă pe interfață, în timp ce o reacție omogenă are loc pe întregul volum.

Aceasta este arderea metalelor, a grafitului, adică. practic materiale nevolatile. Multe reacții gazoase sunt de natură eterogenă omogenă, când posibilitatea unei reacții omogene se datorează apariției unei reacții simultane eterogene.

Arderea tuturor lichidelor și a multor substanțe solide din care sunt degajate vapori sau gaze (substanțe volatile) are loc în faza gazoasă. Fazele solide și lichide joacă rolul rezervoarelor produselor reactive.

De exemplu, o reacție eterogenă de ardere spontană a cărbunelui trece într-o fază omogenă de ardere a substanțelor volatile. Reziduul de cocs arde eterogen.

Sfârșitul lucrului -

Acest subiect aparține secțiunii:

Bazele teoretice ale arderii și exploziei

În și dialecte în tâmplari e în karate .. bază teoretică de ardere și explozie ..

Dacă aveți nevoie de materiale suplimentare pe acest subiect sau nu ați găsit ceea ce căutați, vă recomandăm să utilizați căutarea în baza noastră de date de lucrări:

Ce vom face cu materialul primit:

Dacă acest material s-a dovedit a fi util pentru dvs., îl puteți salva pe pagina dvs. în rețelele sociale:

Toate subiectele din această secțiune:

Proprietățile gazului
Ecuația de bază a teoriei cinetice a gazelor are forma:, (2.1) unde: WK

Proprietățile amestecurilor de gaze
Când se iau în considerare amestecurile de gaze, se adaugă concepte: „concentrare” și „presiune parțială”. 1. Concentrația în greutate a gazului C i-a care intră

Presiune parțială și volum
Presiunea este forța care acționează pe o suprafață a unității. Este direct proporțională cu numărul de molecule care se ciocnesc cu această suprafață. Presiunea depinde nu numai de numărul de molecule, ci și de viteză și

Proprietățile fluidului
Până acum am avut în vedere gazele. Dar aceeași substanță, în funcție de raportul dintre energiile cinetice medii și potențiale medii ale particulelor, poate fi într-o singură

Proprietățile gazelor lichefiate
Lichefierea gazelor se realizează prin răcirea lor sub punctul de fierbere. Metoda industrială de lichefiere a gazelor se bazează pe utilizarea efectului pozitiv Joule-Thompson, adică.

Proprietăți solide
Încălzirea puternică a unui solid duce la topirea și trecerea la o stare lichidă, apoi în timpul evaporării la un gaz. O serie de solide pot trece direct de la faza solidă la g

Chimia reacțiilor de ardere
După cum ați înțeles deja, arderea este o reacție chimică cu flux rapid, însoțită de căldură și luminozitate (flacără). De obicei este un oxidant exotermic

Efectul termic al reacției
Faptul că fiecare substanță individuală conține o anumită cantitate de energie servește ca o explicație a efectelor termice ale reacțiilor chimice. Conform lui Hess: Efecte termice

Baza cinetică a reacțiilor gazoase
Conform legii maselor care acționează, rata de reacție la o temperatură constantă este proporțională cu concentrația substanțelor care reacționează sau, cum se spune, „mase active”. Rata de reacție chimică

Energie de activare a reacției
Pentru a explica acest fenomen, se folosește adesea următorul exemplu (Fig. 9): O bilă se află pe site. Site-ul este situat în fața toboganului. Prin urmare, mingea în sine ar putea rula

Cataliză
Pe lângă creșterea temperaturii și concentrației substanțelor, catalizatorii sunt folosiți pentru a accelera reacția chimică, adică. substanțe care sunt introduse în amestecul de reacție,

Adsorbţie
Adsorbția este absorbția de suprafață a unei substanțe dintr-un mediu gazos sau o soluție de stratul de suprafață al altei substanțe - un lichid sau un solid.

Combustia substanțelor gazoase, lichide și solide
În funcție de starea de agregare a substanței combustibile, se disting combustia gazelor, lichidelor, solidelor asemănătoare prafului și compactelor. Conform GOST 12.1.044-89: 1.

Difuzie și combustie cinetică
În funcție de gradul de preparare a amestecului combustibil, se disting difuzia și combustia cinetică. Tipurile de combustie considerate (cu excepția explozivilor) se referă la arderea prin difuzie. Flacără,

Ardere normală
În funcție de viteza de propagare a flăcării în timpul combustiei cinetice, fie o combustie normală (în câțiva m / s), fie deflagrarea explozivă (

Combustie de deflagrare (explozivă)
Arderea normală este instabilă și tinde să se accelereze în sine în spațiile limitate. Motivul pentru aceasta este curbura frontului flăcării datorită frecării gazelor pe pereții vasului și schimbată

Indicatori generali pentru substanțele combustibile și tipurile de combustie
Indicatorii generali pentru orice substanțe și tipuri de combustie sunt: \u200b\u200b1) Grupul de combustibilitate este capacitatea de ardere a unei substanțe sau a unui material. Combustibilitatea substanțelor și materialelor

Și amestecuri prăfuite
Indicatori de pericol de explozie și incendiu de gaze, vapori de lichide și amestecuri de aer praf (nori de praf) sunt: \u200b\u200b1) Limitele de concentrație inferioară și superioară de aprindere (curse

Substanțe proeminente
Indicatorii pericolului de incendiu în timpul arderii prin difuzie a substanțelor solide și a prafului decontat sunt: \u200b\u200b1) Temperatura de autoîncălzire este cea mai scăzută

Combustie spontană termică (explozie termică)
Autoaprinderea este un fenomen de creștere accentuată a vitezei de reacții exotermice, ceea ce duce la arderea spontană a unei substanțe în absența

Combustie spontana
Autoaprinderea este un proces de oxidare la temperatură scăzută a materialelor dispersate, care are ca rezultat arderea sau arderea flăcării. Propensitate pentru arderea spontană a substanțelor aproximativ

Aprindere spontană în lanț (explozie în lanț)
Conform teoriei lui Arrhenius, rata reacțiilor chimice este determinată de numărul de molecule cu energie de activare. Cu toate acestea, autoîncălzirea unui amestec combustibil în timpul unei reacții exoterme datorate

Aprindere
Aprinderea este procesul de inițiere a sursei de ardere inițială într-un amestec combustibil prin introducerea din exterior a unei surse de energie termică la temperaturi ridicate. Origine

Teoria combustiei termice
Cu adiabatic, adică. neînsoțită de pierderi termice de combustie, întreaga rezervă de energie chimică a sistemului combustibil trece în energia termică a produselor de reacție. Temperatură p

Arde închisă
Când gazele sunt arse într-o conductă deschisă și într-un flux, produsele de reacție se extind liber, iar presiunea rămâne aproape constantă. Arderea într-un vas închis este asociată cu o creștere a presiunii.

Mișcarea gazelor în timpul combustiei
Extinderea gazelor într-o flacără (conform legii Gay-Lussac) duce la faptul că arderea este întotdeauna însoțită de mișcarea gazelor. Notăm prin ρg densitatea mediului inițial,

Factorii de accelerare
Diferitele regimuri de ardere a deflagrației diferă numai în ceea ce privește viteza de propagare a flăcării în legătură cu dezvoltarea inegală a suprafeței frontului flăcării. Arzând inițial n

Condiții de explozie
Așa cum am aflat mai devreme, o explozie este o transformare chimică sau fizică a unei substanțe, însoțită de o tranziție extrem de rapidă a energiei sale în energia de compresie și mișcare a originalului

Valuri de șoc de gaz inert
Compresie de șoc: Pentru orice creștere bruscă a presiunii într-un gaz sau lichid, se produce o undă de compresie - o undă de șoc. Se întinde pe un mediu comprimabil, traducându-l

Aprindere prin compresiune
Un mediu combustibil nu se poate aprinde numai atunci când este introdus într-un vas încălzit. Un alt mod de aprindere este posibil, care nu mai este spontan, ci forțat - atunci când se încălzește un mediu combustibil într-un vas

Detonaţie
Accelerarea combustiei în conducte. Pentru ca apariția detonării să fie necesară o undă de șoc puternică, în care să aibă loc o încălzire suficientă a mediului exploziv. Taka

Mod staționar de propagare a detonării
O undă de șoc suficient de puternică poate provoca aprinderea mediului exploziv încălzit de acesta. Cu toate acestea, combustia cauzată de un singur impuls de compresie poate fi stabilă. La odi

Degenerescență
Limitele concentrării detonării. Pierderile de căldură din zona de reacție a undei de detonare din pereți duc la abateri de la legile detonării descrise în

Combustibili de aer Amestecuri de oxigen
CH4 4.1 0.35 H2 0.80 0.30 C2H2 0.85 0.08 Rugozitatea pereților conductelor poate

Limitele de concentrare a propagării flăcării
Din teoria combustiei, rezultă că pe măsură ce conținutul componentei lipsă a amestecului combustibil scade, iar odată cu aceasta temperatura de ardere, viteza normală a flăcării scade. Stabilit

Atenuarea flăcării canalului îngust
În timp ce rolul principal în atenuarea flăcării îl joacă eliminarea căldurii prin radiații, care determină limitele propagării flăcării, apoi pentru amestecurile de gaze cu ardere rapidă, pierderile de radiații sunt mici

Mecanismul flegmatizării amestecurilor explozive
O metodă de asigurare a siguranței la explozie este utilizată pe scară largă, bazată pe o scădere a concentrației de combustibil sub limita de concentrație mai mică. Pentru îmbrățișarea lui

Ardere eterogenă - substanțe combustibile lichide și solide într-un oxidant gazos. Pentru arderea eterogenă a substanțelor lichide, evaporarea lor are o importanță deosebită. Arderea eterogenă a combustibililor ușor volatili se referă practic la o combustie omogenă, ca astfel de combustibili chiar înainte de aprindere complet sau aproape complet au timp să se evapore. În tehnica de mare importanță este arderea eterogenă a combustibililor solizi, în principal cărbune, care conține o anumită cantitate de substanțe organice, care, atunci când sunt încălzite, se descompun și sunt eliberate sub formă de vapori și gaze. Partea instabilă termic a combustibilului se numește volatilă și - volatilă. Cu încălzirea lentă, există o etapă clară a începutului etapei de ardere - mai întâi, componentele volatile și aprinderea lor, apoi aprinderea și arderea solidului, așa-numitul reziduu de cocs, care pe lângă carbon conține partea minerală a cenușei.
Vezi si:
-
-
-
-

Dicționar enciclopedic al metalurgiei. - M .: Inginerie Intermet. Redactor șef N.P. Lyakishev. 2000 .

Vedeți ce este „arderea eterogenă” în alte dicționare:

ardere eterogenă - lichid de ardere și tv. inflamabile în gaz. agent oxidant. Pentru orașul lucrurilor lichide, procesul de evaporare a acestora este de mare importanță. G. g. Combustibili volatili în practică. se referă la g omogen. astfel de lucruri combustibile înaintea ta ... ... Referință traducător tehnic

ardere eterogenă - heterogeninis degimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Skysčio ar kietosios medžiagos degimas. atitikmenys: angl. combustie eterogenă. ardere eterogena ... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ardere eterogenă - heterogeninis degimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Degimas, kai reaguojančiosios medžiagos yra falduri agregatinės būsenos ir reakcija vyksta jų skirtingų fazių sąlyčio paviršiuose. atitikmenys: angl. vok de ardere eterogenă ... ... Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Combustie - o transformare chimică complexă, care se produce rapid, însoțită de eliberarea unei cantități semnificative de căldură și de obicei o strălucire strălucitoare (flacără). În majoritatea cazurilor, baza lui G. sunt reacțiile oxidative exotermice ale substanței ... Marea enciclopedie sovietică

O transformare chimică complexă și rapidă a unei substanțe, de exemplu, combustibil, însoțită de eliberarea unei cantități semnificative de căldură și strălucire strălucitoare (flacără). În cele mai multe cazuri, baza combustiei este exotermică ... ...

Combustie (reacție) - (a. combustie, ardere; m. Brennen, Verbrennung; f. combustie; și. combustie) o reacție de oxidare care are loc rapid, însoțită de mijloace de eliberare. număr de căldură; de obicei însoțită de o strălucire strălucitoare (flacără). În cele mai multe cazuri… … Enciclopedia geologică

Combustie - o reacție exotermă de oxidare a unei substanțe combustibile, însoțită, de regulă, de radiații electromagnetice vizibile și fum. G. se bazează pe interacțiunea unei substanțe combustibile cu un agent oxidant, cel mai adesea cu oxigenul atmosferic. Distinge ... ... Enciclopedia rusă privind protecția muncii

COMBUSTIE - chim complex. o reacție care se desfășoară în condiții de auto-accelerare progresivă asociată cu acumularea de căldură sau catalizând produsele de reacție în sistem. Sub G., se pot atinge temperaturi ridicate (până la câteva mii de K) și adesea apar ... ... Enciclopedia fizică

COMBUSTIE - substanțe chimice complexe, cu curgere rapidă transformare însoțită de eliberarea căldurii. Apare de obicei în sistemele care conțin combustibil (de exemplu, cărbune, gaz natural) și un agent oxidant (oxigen, aer etc.). Poate HOMOGENGNY m (în avans ... ... Mare dicționar politehnic enciclopedic

Combustia gazelor și substanțelor combustibile vaporoase într-un oxidant gazos. Pentru a începe să arzi, este necesar un impuls energetic inițial. Distingeți între aprinderea sau aprinderea forțată; răspândit în mod normal ... Dicționar enciclopedic al metalurgiei

Cărți

Arderea eterogenă a particulelor de combustibil solid, Gremyachkin Viktor Mikhailovich. Bazele teoretice ale proceselor de ardere ale particulelor de combustibil solid sunt luate în considerare, care includ nu numai combustibili tradiționali cu hidrocarburi care conțin carbon, ci și particule metalice, care ...

La arderea combustibilului solid, reacția chimică însăși este precedată de procesul de furnizare a agentului oxidant la suprafața de reacție. Prin urmare, procesul de ardere a combustibilului solid este un proces fizico-chimic eterogen complex, constând în două etape: furnizarea de oxigen la suprafața combustibilului prin difuzia turbulentă și moleculară și reacția chimică asupra acestuia.

Luați în considerare teoria generală a combustiei eterogene folosind exemplul de ardere a unei particule sferice de carbon, luând următoarele condiții. Concentrația de oxigen pe întreaga suprafață a particulei este aceeași; rata de reacție a oxigenului cu carbonul este proporțională cu concentrația de oxigen la suprafață, adică are loc o reacție de prim ordin, care este cel mai probabil pentru procese eterogene; reacția se desfășoară pe suprafața particulei cu formarea produselor de ardere finale și nu există reacții secundare în volum, precum și pe suprafața particulei.

Într-un astfel de mediu simplificat, viteza de ardere a carbonului poate fi reprezentată ca în funcție de viteza celor două etape principale ale sale, și anume, viteza de furnizare a oxigenului pe suprafața interfațială și viteza reacției chimice în sine care se produce pe suprafața particulelor. Ca urmare a interacțiunii acestor procese, o stare de echilibru dinamic apare între cantitatea livrată prin difuzie și oxigenul consumat pentru reacția chimică la o anumită valoare a concentrației sale pe suprafața carbonului.

Rata de reacție chimică / (° 2 g oxigen / (cm2-s), determinată

Ca cantitate de oxigen consumată de o unitate a suprafeței de reacție pe unitatea de timp, poate fi exprimată după cum urmează:

În ecuație:

K este constantă a vitezei de reacție chimică;

St este concentrația de oxigen de la suprafața particulei.

C. Pe de altă parte, rata de ardere este egală cu fluxul specific ki

Oxigen pe o suprafață reactivă livrată prin difuzie:

K ° "\u003d iad (C, - C5). (15-2)

În ecuație:

Iad - coeficient de schimb de difuzie;

Co este concentrația de oxigen din fluxul în care arde o particulă de carbon.

Substituind valoarea Cb găsită din ecuația (15-1) în ecuație (15-2), obținem următoarea expresie pentru rata de ardere eterogenă prin cantitatea de oxigen consumată de o suprafață unitară a unei particule pe unitatea de timp:

". °, ■" (15-3)

Etichetare de

Kkazh - - Ts -, (15-4)

Expresia (15-3) poate fi reprezentată ca

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

În structura sa, expresia (15-5) este similară cu ecuația cinetică (15-1) a unei reacții de prim ordin. În el, constanta vitezei de reacție ξ este înlocuită de coeficientul Kkaz, care depinde atât de proprietățile de reacție ale combustibilului, cât și de legile transportului și este, prin urmare, denumită constantă aparentă a vitezei de ardere a carbonului solid.

Viteza reacțiilor chimice de ardere depinde de natura combustibilului și de condițiile fizice: concentrația gazului care reacționează la suprafață, temperatură și presiune. Dependența de temperatură a vitezei reacției chimice este cea mai puternică. oxigenul, adică viteza aerului, dimensiunea particulelor etc. Prin urmare, această zonă de ardere eterogenă se numește cinetică.

În regiunea de ardere cinetică, ad\u003e - £, prin urmare, în formula (15-3), valoarea 1 / anunț poate fi neglijată în comparație cu 1 / &, apoi obținem:

K ° 32 \u003d kC0. (15-6)

Echilibrul dintre cantitatea livrată prin difuzie și oxigenul consumat în reacție este stabilit cu un gradient mic al concentrației sale, datorită căreia concentrația de oxigen pe suprafața de reacție diferă puțin de valoarea sa în flux. La temperaturi ridicate, combustia cinetică poate avea loc la debitele mari de aer și la dimensiuni mici de particule de combustibil, adică cu o astfel de îmbunătățire a condițiilor de furnizare a oxigenului, când acestea din urmă pot fi livrate în cantități mult mai mari "în comparație cu necesitatea unei reacții chimice.

În Fig. Diferite zone ale cursului de ardere eterogenă sunt reprezentate grafic. 15-1. Regiunea cinetică I se caracterizează prin curba 1, care arată că, odată cu creșterea temperaturii, rata de ardere crește brusc conform legii Arrhenius.

La o anumită temperatură, viteza unei reacții chimice devine comparabilă cu rata de eliberare a oxigenului pe suprafața de reacție, iar apoi rata de ardere depinde nu numai de viteza reacției chimice, ci și de rata de eliberare a oxigenului. În această regiune, numită intermediară (fig. 15-1, regiunea II, curba 1-2), debitele acestor două etape sunt comparabile, nici una dintre ele nu poate fi neglijată și, prin urmare, rata procesului de ardere este determinată de formula (15-3). Odată cu creșterea temperaturii, viteza de ardere crește, dar într-o măsură mai mică decât în \u200b\u200bregiunea cinetică, iar creșterea sa încetinește treptat și ajunge în final la maxim la trecerea la regiunea difuză (Fig. 15-1, regiunea III, curba 2-3), rămânând în continuare independent de temperatură. La temperaturi mai ridicate în această regiune, rata unei reacții chimice crește atât de mult, încât oxigenul furnizat prin difuziune intră instantaneu într-o reacție chimică, drept urmare, concentrația de oxigen de pe suprafață devine practic egală cu zero. În formula (15-3), putem neglija valoarea 1 / & în comparație cu 1 / hell, apoi descoperim că rata de ardere este determinată de rata de difuzie a oxigenului pe suprafața de reacție, adică.

Și astfel această zonă arzătoare se numește difuzie. În regiunea de difuzie, rata de ardere este practic independentă de proprietățile combustibilului și de temperatură. Efectul temperaturii afectează doar modificarea constantelor fizice. În această zonă, viteza de ardere este puternic influențată de condițiile de furnizare a oxigenului, și anume de factori hidrodinamici: viteza relativă a fluxului de gaz și mărimea particulelor de combustibil. Odată cu creșterea debitului de gaz și o scădere a dimensiunii particulelor, adică cu livrarea accelerată de oxigen, rata de ardere difuză crește.

În timpul combustiei, se stabilește un echilibru dinamic între procesul chimic al consumului de oxigen și procesul de difuzie a livrării sale la o anumită concentrație de oxigen la suprafața de reacție. Concentrația de oxigen la suprafața particulelor depinde de raportul dintre ritmurile acestor două procese; dacă rata prevalenței prevalează, aceasta va aborda concentrația în flux, în timp ce o creștere a vitezei unei reacții chimice face ca aceasta să scadă.

Procesul de ardere care are loc în regiunea de difuzie poate merge în intermediar (curba 1 "-2") sau chiar în regiunea cinetică atunci când difuzarea este îmbunătățită, de exemplu, cu o creștere a vitezei de curgere sau o scădere a mărimii particulelor.

Astfel, cu o creștere a vitezei fluxului de gaz și în tranziția la particule mici, procesul trece spre combustia cinetică. O creștere a temperaturii schimbă procesul spre arderea prin difuzie (Fig. 15-1, curba 2 "-3").

Apariția unei combustii eterogene într-o anumită zonă pentru un caz particular depinde de aceste condiții specifice. Sarcina principală a studierii procesului de ardere eterogenă este stabilirea zonelor de ardere și identificarea tiparelor cantitative pentru fiecare zonă.

Tema 4. TIPURI DE ARZARE.

Conform diferitelor semne și caracteristici, procesele de ardere pot fi împărțite în următoarele tipuri:

În funcție de starea de agregare a unei substanțe combustibile:

Arderea gazelor;

Combustia lichidelor și a solidelor de topire;

Combustia substanțelor care nu sunt consumabile, solide, prăfuite și compacte.

Conform compoziției de fază a componentelor:

Arsură omogenă;

Arsură eterogenă;

Combustie explozivă.

În conformitate cu pregătirea amestecului combustibil:

Ardere de difuzie (foc);

Combustie cinetică (explozie).

Conform dinamicii frontului de flacără:

Staționar;

Nestaționar.

După natura mișcării gazelor:

laminar

Turbulent.

În funcție de gradul de ardere al unei substanțe combustibile:

Incomplet.

Viteza de propagare a flăcării:

Normal

Deflagrational;

Detonaţie.

Să analizăm mai detaliat aceste tipuri.

4.1. Combustia substanțelor gazoase, lichide și solide.

În funcție de starea de agregare a substanței combustibile, se disting combustia gazelor, lichidelor, solidelor asemănătoare prafului și compactelor.

Conform GOST 12.1.044-89:

1. Gaze sunt substanțe a căror temperatură critică este mai mică de 50 ° C. T cr - aceasta este temperatura minimă de încălzire de 1 mol a unei substanțe dintr-un vas închis, la care se transformă complet în abur (vezi § 2.3).

2. Lichidele sunt substanțe cu un punct de topire (punctul de cădere) mai mic de 50 ° C (vezi § 2.5).

3. Solidele sunt substanțe cu un punct de topire (picătură) mai mare de 50 0C.

4. Praful este solide zdrobite cu o dimensiune a particulelor mai mică de 0,85 mm.

Zona în care are loc o reacție chimică într-un amestec combustibil, adică. arderea se numește fața flăcării.

Luați în considerare procesele de ardere în aer cu exemple.

Combustia gazelor într-un arzător de gaz.Există 3 zone de flacără (Fig. 12.):

Fig. 12. Schema de ardere a gazului: 1 - un con transparent - aceasta este gazul sursă încălzit (la temperatura autoaprinderii); 2 - zona luminoasă din fața flăcării; 3 - produse de ardere (sunt aproape invizibile în timpul arderii complete a gazelor și, în special în timpul arderii hidrogenului, când nu se formează funingine).

Lățimea frontului de flacără în amestecurile de gaze este de zeci de fracții de un milimetru.

Combustia lichidelor într-un vas deschis.Când ardeți într-un vas deschis, există 4 zone (Fig. 13):

Fig. 13. Arderea lichidului: 1 - lichid; 2 - vapori de fluid (zone întunecate); 3 - fata cu flacara; 4 - produse de ardere (fum).

Lățimea frontului flăcării în acest caz este mai mare, adică. reacția se desfășoară mai lent.

Arde solide combustibile.Luați în considerare să ardeți o lumânare. În acest caz, există 6 zone (Fig. 14):

Fig. 14. Lumânări aprinse: 1 - ceară tare; 2 - ceara topită (lichidă); 3 - un strat de vapori transparent închis; 4 - fata cu flacara; 5 - produse de ardere (fum); 6 - fitil.

Un fitil arzător servește la stabilizarea combustiei. Lichidul este absorbit în el, se ridică de-a lungul acestuia, se evaporă și arde. Lățimea frontului de flacără crește, ceea ce crește aria de luminozitate, deoarece se folosesc hidrocarburi mai complexe, care, evaporând, se descompun și apoi intră în reacție.

Arzărea solidelor ne consumabile.Considerăm acest tip de combustie folosind exemplul chibriturilor și țigărilor de ardere (Fig. 15 și 16).

Există, de asemenea, 5 site-uri aici:

Fig. 15. Chibrituri arzătoare: 1 - lemn proaspăt; 2 - lemn carbonizat; 3 - gaze (substanțe volatile gazificate sau evaporate) - aceasta este o zonă transparentă întunecată; 4 - fata cu flacara; 5 - produse de ardere (fum).

Se poate observa că secțiunea de chibrituri arse este mult mai subțire și are o culoare neagră. Aceasta înseamnă că o parte a meciului a fost carbonizată, adică. partea nevolatilă a rămas, iar partea volatilă s-a evaporat și a ars. Rata de ardere a cărbunelui este mult mai lentă decât cea a gazelor, deci nu are timp să se ardă complet.

Fig.16. Arderea țigaretelor: 1 - amestec original de tutun; 2 - zona de ardere fără față; 3 - fum, adică produs de particule arse; 4 - fum aflat în plămâni, care este în principal produse gazificate; 5 - rășină condensată pe filtru.

Descompunerea termo-oxidativă fără flacără a unei substanțe se numește descompunere. Apare cu o difuzie insuficientă a oxigenului în zona de ardere și poate apărea chiar și cu o cantitate foarte mică (1-2%). Fumul este albăstrui, nu negru. Deci, conține mai multe substanțe gazificate, mai degrabă decât arse.

Suprafața de cenușă este aproape albă. Aceasta înseamnă că, cu o cantitate suficientă de oxigen, se produce o combustie completă. Dar în interiorul și pe marginea stratului arzător cu substanța proaspătă - neagră. Aceasta indică o combustie incompletă a particulelor carbonizate. Apropo, vaporii de substanțe rășinoase volatile se condensează pe filtru.

Un tip similar de combustie este observat în timpul arderii cocsului, adică. cărbune, din care sunt îndepărtate substanțe volatile (gaze, rășini) sau grafit.

Astfel, arderea gazelor, lichidelor și a majorității substanțelor solide se desfășoară într-o formă gazoasă și este însoțită de o flacără. Unele solide, inclusiv cele predispuse la arderea spontană, ard sub formă de descompunere la suprafață și în interiorul materialului.

Combustie praf.Arderea unui strat de praf are loc în același mod ca într-o stare compactă, numai rata de ardere crește din cauza creșterii suprafeței de contact cu aerul.

Arderea substanțelor prăfuite sub forma unei aerosuspențiuni (nor de praf) se poate produce sub formă de scântei, adică. arderea particulelor individuale, în cazul unui conținut scăzut de substanțe volatile, care nu sunt capabile de evaporare pentru a forma o cantitate suficientă de gaz pentru un singur front de flacără.

Dacă se formează o cantitate suficientă de substanțe volatile gazificate, se produce o combustie aprinsă.

Combustie explozivă.Acest tip include arderea explozibililor și a prafului de pușcă, așa-numitele substanțe condensate, în care combustibilul și oxidantul sunt deja legate chimic sau mecanic. De exemplu: în trinitrotoluen (trotil) C7H5O6N3 × C7H 5 × 3NO2, O2 și NO2 sunt agenți de oxidare; în compoziția prafului de pușcă - sulf, nitrat, cărbune; ca parte a unui explozor auto-fabricat, pulbere de aluminiu și azotat de amoniu, un liant - ulei solar.

4.2. Ardere omogenă și eterogenă.

Pe baza exemplelor considerate, în funcție de starea de agregare a amestecului de combustibil și oxidant, adică pentru numărul de faze din amestec, distingeți:

2. Ardere eterogenă substanțe combustibile solide într-un mediu oxidant gazos. În acest caz, reacția continuă pe interfață, în timp ce o reacție omogenă are loc pe întregul volum.

De exemplu, o reacție eterogenă de ardere spontană a cărbunelui trece într-o fază omogenă de ardere a substanțelor volatile. Reziduul de cocs arde eterogen.

4.3. Difuzie și combustie cinetică.

În funcție de gradul de preparare a amestecului combustibil, se disting difuzia și combustia cinetică.

Tipurile de combustie considerate (cu excepția explozivilor) se referă la arderea prin difuzie. Flacăra, adică zona de ardere a amestecului de combustibil cu aer, pentru a asigura stabilitatea, trebuie alimentată constant cu combustibil și oxigen. Fluxul de gaze combustibile depinde numai de viteza furnizării sale către zona de combustie. Viteza de curgere a unui lichid combustibil depinde de intensitatea evaporării sale, adică. de la presiunea vaporilor de deasupra suprafeței lichidului și, în consecință, de la temperatura lichidului. Punct de aprindere numită cea mai mică temperatură a lichidului la care flacăra de deasupra suprafeței sale nu se stinge.

Arderea solidelor diferă de arderea gazelor prin prezența unei etape de descompunere și gazeificare, urmată de aprinderea produselor volatile de piroliză.

Piroliza- Aceasta este încălzirea substanțelor organice la temperaturi ridicate, fără aer. În acest caz, se produce descompunerea sau împărțirea compușilor complecși în cei mai simpli (cocsarea cărbunelui, fisurarea uleiului, distilarea uscată a lemnului). Prin urmare, arderea unei substanțe combustibile solide în produsul de ardere nu este concentrată numai în zona de flacără, ci are un caracter cu mai multe etape.

Încălzirea fazei solide determină descompunerea și evoluția gazelor, care se aprind și ard. Căldura de la torță încălzește faza solidă, provocând gazificarea acesteia și procesul se repetă, susținând astfel arderea.

Modelul de combustie solidă presupune prezența următoarelor faze (Fig. 17):

Fig. 17. Modelul de ardere

materie solidă.

Încălzire în fază solidă. Substanțele de topire din această zonă se supun topirii. Grosimea zonei depinde de temperatura conductivității substanței;

Piroliza, sau zona de reacție în faza solidă, în care se formează substanțe combustibile gazoase;

Pre-flacără în faza gazoasă, în care se formează un amestec cu un agent oxidant;

O flacără sau o zonă de reacție în faza gazoasă, în care conversia produselor pirolizei în produse gazoase de ardere;

Produse de ardere.

Rata de furnizare a oxigenului în zona de ardere depinde de difuzarea sa prin produsul de ardere.

În general, întrucât viteza unei reacții chimice din zona de ardere din tipurile considerate de ardere depinde de viteza de sosire a componentelor care reacționează și a suprafeței flăcării prin difuzie moleculară sau cinetică, acest tip de combustie se numește difuziune.

Structura flăcării de ardere prin difuzie este formată din trei zone (Fig. 18):

În zona 1 există gaze sau vapori. În această zonă nu se produce arderea. Temperatura nu depășește 500 0 С. Au loc descompunerea, piroliza volatilelor și încălzirea la temperatura autoignării.

Fig. 18. Structura flăcării.

În zona 2, se formează un amestec de vapori (gaze) cu oxigen atmosferic și se produce o combustie incompletă la CO cu reducerea parțială la carbon (oxigen scăzut):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

În 3 zone exterioare, produsele din a doua zonă sunt complet arse și se observă temperatura maximă a flăcării:

2CO + O2 \u003d 2CO2;

Înălțimea flăcării este proporțională cu coeficientul de difuzie și debitul de gaz și invers proporțională cu densitatea gazului.

Toate tipurile de ardere prin difuzie sunt inerente incendiilor.

Cineticăarderea este arderea gazului combustibil preamestecat, a aburului sau a prafului cu un agent oxidant. În acest caz, viteza de ardere depinde numai de proprietățile fizico-chimice ale amestecului combustibil (conductivitatea termică, capacitatea de căldură, turbulența, concentrarea substanțelor, presiunea etc.). Prin urmare, rata de ardere crește brusc. Acest tip de combustie este inerentă exploziilor.

În acest caz, atunci când un amestec combustibil este aprins la un moment dat, fața flăcării se deplasează de la produsele de ardere la amestecul proaspăt. Astfel, flacăra în timpul combustiei cinetice este cel mai adesea instabilă (Fig. 19).

Fig. 19. Schema de distribuție a flăcării în amestecul combustibil: - sursa de aprindere; - direcții de mișcare a frontului flacără.

Deși, dacă amestecați preliminar gazul combustibil cu aerul și îl alimentați în arzător, în timpul aprinderii se formează o flacără staționară, cu condiția ca viteza de alimentare a amestecului să fie egală cu viteza de propagare a flăcării.

Dacă debitul de gaz este crescut, flacăra se desprinde de arzător și poate ieși. Și dacă viteza este redusă, flacăra va fi atrasă în interiorul arzătorului cu o posibilă explozie.

După gradul de ardere, adică completitatea cursului reacției de ardere la produsele finale; se produce arderea completă și incompletă.

Deci în zona 2 (Fig. 18), combustia este incompletă, deoarece oxigenul nu este suficient furnizat, care este parțial consumat în zona 3 și se formează produse intermediare. Acestea din urmă ard în zona 3, unde există mai mult oxigen, pentru a completa combustia. Prezența funinginii în fum indică o combustie incompletă.

Un alt exemplu: cu o lipsă de oxigen, carbonul arde în monoxidul de carbon:

Dacă adăugați O, atunci reacția se încheie:

2CO + O2 \u003d 2CO2.

Viteza de ardere depinde de natura mișcării gazelor. Prin urmare, se disting distrugeri laminare și turbulente.

Deci, un exemplu de combustie laminară este flacăra unei lumânări în aer staționar. La arderea laminară straturile de gaze curg în paralel, dar fără a se învârti.

Combustiune turbulentă - mișcarea vortexului de gaze, în care gazele arzătoare sunt amestecate intens, iar fața flăcării este estompată. Limita dintre aceste tipuri este criteriul Reynolds, care caracterizează relația dintre forțele de inerție și forțele de frecare din flux:

unde: u - debitul de gaze;

n - vâscozitate cinetică;

l- dimensiunea liniară caracteristică.

Numărul lui Reynolds la care tranziția stratului liminar la cel turbulent se numește Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulența crește rata de ardere datorită transferului de căldură mai intens de la produsele de ardere la amestecul proaspăt.

4.4. Ardere normală.

În funcție de viteza de propagare a flăcării în timpul combustiei cinetice, se poate realiza fie o combustie normală (la mai mulți m / s), fie deflagrarea explozivă (zeci de m / s), fie detonarea (mii de m / s). Aceste tipuri de ardere se pot transforma unul în altul.

Ardere normală - aceasta este arderea, în care propagarea flăcării are loc în absența tulburărilor externe (turbulențe sau modificări ale presiunii gazului). Depinde doar de natura substanței combustibile, adică. efectul termic, conductibilitatea termică și coeficienții de difuzie. Prin urmare, este constanta fizică a unui amestec dintr-o anumită compoziție. În acest caz, de obicei, viteza de ardere este de 0,3-3,0 m / s. Arderea este numită normală, deoarece vectorul vitezei de propagare a acestuia este perpendicular pe fața flăcării.

4.5. Combustie de deflagrare (explozivă).

Arderea normală este instabilă și tinde să se accelereze în sine în spațiile limitate. Motivul pentru aceasta este curbura din fața flăcării datorită frecării gazului pe pereții vasului și modificărilor de presiune din amestec.

Luați în considerare procesul de propagare a flăcării într-o conductă (Fig. 20).

Fig. 20. Modelul de ardere explozivă.

În primul rând, la capătul deschis al conductei, flacăra se propagă cu viteză normală, deoarece produsele de ardere se extind liber și ies în aer liber. Presiunea amestecului nu se schimbă. Durata propagării uniformă a flăcării depinde de diametrul conductei, de tipul de combustibil și de concentrația acesteia.

Pe măsură ce fața flăcării se deplasează în interiorul conductei, produsele de reacție, având un volum mai mare comparativ cu amestecul inițial, nu au timp să iasă afară și presiunea lor crește. Această presiune începe să se împingă în toate direcțiile și, prin urmare, în fața frontului flăcării, amestecul inițial începe să se miște în direcția propagării flăcării. Straturile adiacente pereților sunt inhibate. Flacăra are cea mai mare viteză în centrul conductei, mai lentă la pereți (datorită eliminării căldurii din ele). Prin urmare, frontul flăcării se extinde spre propagarea flăcării, iar suprafața acesteia crește. În raport cu aceasta, cantitatea de amestec combustibil crește pe unitate de timp, ceea ce implică o creștere a presiunii și, la rândul său, crește viteza gazului etc. Astfel, apare o creștere asemănătoare flăcării vitezei de propagare a flăcării la sute de metri pe secundă.

Procesul de propagare a flăcării printr-un amestec de gaze combustibile, în care o reacție de ardere auto-accelerată se propagă datorită încălzirii prin conducere de căldură dintr-un strat adiacent de produse de reacție, este denumită deflagraţie. În mod obișnuit, viteza de ardere a deflagrației este subsonică, adică. mai puțin de 333 m / s.

4.6. Combustie de detonare.

Dacă avem în vedere arderea unui amestec combustibil în straturi, atunci ca urmare a expansiunii termice a volumului produselor de ardere de fiecare dată în fața frontului de flacără, apare o undă de compresie. Fiecare val ulterior, care se deplasează într-un mediu mai dens, se prinde de cel anterior și îl suprapune. Treptat, aceste unde sunt combinate într-o singură undă de șoc (Fig. 21).

Fig. 21. Schema de formare a unei unde de detonație: P aproximativ< Р 1 < Р 2 < Р 3 < Р 4 < Р 5 < Р 6 < Р 7 ; 1-7 – нарастание давления в слоях с 1-го по 7-ой.

Ca urmare a compresiei adiabatice, densitatea gazelor crește instantaneu în unda de șoc, iar temperatura crește până la T 0 de autoaprindere. Ca urmare, se produce aprinderea amestecului combustibil de către unda de șoc și detonaţie - răspândirea combustiei prin aprindere de către o undă de șoc. Valul de detonație nu se stinge, deoarece Este alimentat de valuri de șoc provenite de la o flacără care se deplasează după ea.

Particularitatea detonării este că apare la o viteză supersonică de 1000-9000 m / s, care este specifică pentru fiecare compoziție a amestecului; prin urmare, este constanta fizică a amestecului. Depinde doar de valoarea calorică a amestecului combustibil și de capacitatea termică a produselor de ardere.

Coliziunea unei unde de șoc cu un obstacol duce la formarea unei unde de șoc reflectate și o presiune chiar mai mare.

Detonarea este cel mai periculos tip de propagare a flăcării, deoarece Are o putere maximă de explozie (N \u003d A / t) și o viteză uriașă. Practic, „neutralizarea” detonării este posibilă numai în secțiunea de pre-detonare, adică. la o distanță de la punctul de aprindere până la locul apariției combustiei de detonare. Pentru gaze, lungimea acestei secțiuni este de la 1 la 10 m.

Pe baza exemplelor considerate, în funcție de starea de agregare a amestecului de combustibil și oxidant, adică pentru numărul de faze din amestec, distingeți:

2. Ardere eterogenă substanțe combustibile solide într-un mediu oxidant gazos. În acest caz, reacția continuă pe interfață, în timp ce o reacție omogenă are loc pe întregul volum.

De exemplu, o reacție eterogenă de ardere spontană a cărbunelui trece într-o fază omogenă de ardere a substanțelor volatile. Reziduul de cocs arde eterogen.

4.3. Difuzie și combustie cinetică.

În funcție de gradul de preparare a amestecului combustibil, se disting difuzia și combustia cinetică.

Arderea solidelor diferă de arderea gazelor prin prezența unei etape de descompunere și gazeificare, urmată de aprinderea produselor volatile de piroliză.

Piroliza- Aceasta este încălzirea substanțelor organice la temperaturi ridicate, fără aer. În acest caz, se produce descompunerea sau divizarea compușilor complecși în cei mai simpli (cocsarea cărbunelui, fisurarea uleiului, distilarea uscată a copacului). Prin urmare, arderea unei substanțe combustibile solide în produsul de ardere nu este concentrată numai în zona de flacără, ci are un caracter cu mai multe etape.

Modelul de combustie solidă presupune prezența următoarelor faze (Fig. 17):

Fig. 17. Modelul de ardere

materie solidă.

încălzirea fazei solide. Substanțele de topire din această zonă se supun topirii. Grosimea zonei depinde de temperatura conductivității substanței;

piroliza sau zona de reacție în faza solidă, în care se formează substanțe combustibile gazoase;

pre-flacără în faza gazoasă, în care se formează un amestec cu un agent oxidant;

o flacără sau o zonă de reacție în faza gazoasă, în care conversia produselor pirolizei în produse gazoase de ardere;

produse de ardere.

Rata de furnizare a oxigenului în zona de ardere depinde de difuzarea sa prin produsul de ardere.

Structura flăcării de ardere prin difuzie este formată din trei zone (Fig. 18):

În zona 1 există gaze sau vapori. În această zonă nu se produce arderea. Temperatura nu depășește 500 0 С. Au loc descompunerea, piroliza volatilelor și încălzirea la o temperatură de autoaprindere.

Fig. 18. Structura flăcării.

În zona 2, se formează un amestec de vapori (gaze) cu oxigen atmosferic și se produce o combustie incompletă la CO cu reducerea parțială la carbon (oxigen scăzut):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

În 3 zone exterioare, produsele din a doua zonă sunt complet arse și se observă temperatura maximă a flăcării:

2CO + O2 \u003d 2CO2;

Înălțimea flăcării este proporțională cu coeficientul de difuzie și debitul de gaz și invers proporțională cu densitatea gazului.

Toate tipurile de ardere prin difuzie sunt inerente incendiilor.

ÎN În acest caz, atunci când un amestec combustibil este aprins la un moment dat, fața flăcării se deplasează de la produsele de ardere la amestecul proaspăt. Astfel, flacăra în timpul combustiei cinetice este cel mai adesea instabilă (Fig. 19).

Fig. 19. Schema de distribuție a flăcării în amestecul combustibil: - sursa de aprindere; - direcții de mișcare a frontului flăcării.

Dacă debitul de gaz este crescut, flacăra se desprinde de arzător și poate ieși. Și dacă viteza este redusă, flacăra va fi atrasă în interiorul arzătorului cu o posibilă explozie.

După gradul de ardere, adică completitatea cursului reacției de ardere la produsele finale; se produce arderea completă și incompletă.

Un alt exemplu: cu o lipsă de oxigen, carbonul arde în monoxidul de carbon:

Dacă adăugați O, atunci reacția se încheie:

2CO + O2 \u003d 2CO2.

Viteza de ardere depinde de natura mișcării gazelor. Prin urmare, se remarcă combustia laminară și cea turbulentă.

Deci, un exemplu de combustie laminară este flacăra unei lumânări în aer staționar. La arderea laminară straturile de gaze curg în paralel, dar fără a se învârti.

, (4.1)

unde:  - debitul de gaze;

 - vâscozitate cinetică;

l- dimensiunea liniară caracteristică.

Numărul lui Reynolds la care tranziția stratului liminar la cel turbulent se numește Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulența crește rata de ardere datorită transferului de căldură mai intens de la produsele de ardere la amestecul proaspăt.

Ce proces se numește combustie eterogenă. Arderea eterogenă

Bazele teoretice ale arderii și exploziei

Ce vom face cu materialul primit:

Toate subiectele din această secțiune:

Vedeți ce este „arderea eterogenă” în alte dicționare:

Cărți

4.3. Difuzie și combustie cinetică.

Ultimul

Trebuie să știți