Концентрационные пределы распространения пламени

Состав горючей смеси оказывает непосредственное влияние на процессы воспламенения и распространения пламени. Экспериментально установлено, что при одних количественных соотношениях между горючим и окислителем воспламенение и распространение пламени происходит, а при других не происходит. Выявлено, что для каждого горючего вещества при определённых термических условиях существуют свои значения нижнего и верхнего пределов воспламенения, вне которых горение невозможно.

Нижний предел – это минимальное, верхний предел – максимальное содержание горючего в смеси с окислителем, при котором возможно распространение пламени по смеси на любое расстояние от источника зажигания. Понятие предела воспламенения и предела распространения пламени характеризуют одно и тоже явление, обнаруживаемое в разных условиях.

В таблице 2 приведены концентрационные пределы воспламенения для газо- и паровоздушных смесей при нормальных термических условиях.

№	Горючее	Формула	Нижний предел, % об.	Верхний предел, % об.
	Водород	Н2		74,2
	Аммиак	NH3	15,5
	Окись углерода	СО	12,5	74,2
	Ацетилен	С2Н2	2,5
	Этиловый эфир	С4Н10	1,85	36,5
	Ацетон	С3Н6О	2,55	12,8

Смесь, при содержании горючего меньше концентрационного предела, не воспламеняется, так как избыточные молекулы окислителя обрывают цепь реакции, способствуя "гибели" активных частиц. При избытке горючего "гибель" активных частиц и обрыв цепи реакций вызывают избыточные молекулы горючего.

С ростом начальной температуры смеси пределы воспламенения расширяются. При небольшом снижении давления относительно атмосферного область воспламенения сужается, а при значении ниже некоторой величины распространение пламени становится невозможным. Пламени в смеси, соответствующей верхнему или нижнему пределам, распространяется с одинаково малой скоростью. На графике покажем зависимость нормальной скорости распространения

пламени от состава газовоздушной смеси для различных газов

Рис. 8. Нормальная скорость в зависимости от состава смеси

Негорючие компоненты, введённые в смесь, изменяют значения пределов воспламенения: ингибиторы и инертные компоненты сужают, а катализаторы расширяют область воспламенения.

Нижний концентрационный предел распространения пламени при 25°С для простых газов и паров жидкостей, молекулы которых включают в себя атомы углерода, водорода, кислорода, азота, хлора можно приближённо определить по формуле

,

или

где h_f – коэффициент, характеризующий влияние теплоты образования вещества на нижний предел, моль/кДж; DН^°_f – стандартная теплота образования вещества в газообразном состоянии при 25°С, кДж/моль; h_j – коэффициент, характеризующий вклад j-х атомов (С,Н,О,N,Cl), влияющих на нижний предел; m_j - число атомов j-ого элемента в молекуле вещества; l – число химических элементов в молекуле вещества; h_r – коэффициент, характеризующий вклад структурных групп типа r, влияющих на нижний предел; m_r – число структурных групп типа r в молекуле вещества; р – число типов структурных групп в молекуле вещества; h_S – коэффициент, характеризующий вклад структурных групп типа s, влияющих на нижний предел; m_S – число структурных групп типа s в молекуле вещества; q – число типов структурных групп в молекуле вещества;

Значения коэффициентов h_f, h_j, h_r, h_S приведены в таблицах.

hj	hr	hf
hС	hH	hО	hN	hCl	hcº c	h о D ^С С
9,134	2,612	-0,522	-0,494	-3,57	7,88	6,50	0,0246

Вид структурной группы	hS	Вид структурной группы	hS
С–С	3,75	С–Сl	0,71
С=С	11,10	O–H	0,52
С–Н	4,47	N–H	1,90
С–О	0,90	N–N	13,84
С=О	3,12	CºC	31,05
С–N (трёхвалентный)	2,27	бензольное кольцо	44,13

Верхний предел

при b<8

h_j,g_S – коэффициенты, учитывающие структуру вещества; m_j – число связей; b – удельный стехиометрический коэффициент реакции горения.

Значения коэффициентов h_j,g_S приведены в таблицах

Вид структурной группы	hj	Вид структурной группы	hj
С–С	-0,84	С=О	1,31
С–С	0,89	С–N	-1,17
С=С	0,24	СºN	2,07
CºC	1,93	С–Сl	0,71
С–Н	1,39	N–H	0,69
С–О	-1,40,	O–H	1,25

Вид структурной группы	gS
Н   –С   О	-1,47
цикл неароматический	9/mc
––––С––––С––––     О	1,11

m_c – число атомов углерода

Дата добавления: 2014-01-07