Большинство горючих веществ при нагревании переходит в газообразное или парообразное состояние и образует с воздухом горючие смеси. Для возможности горения необходимо определенное количественное соотношение горючего вещества и воздуха, причем в воздухе должно быть определенное содержание кислорода (нормально около 21%). Горючие смеси могут образоваться и в результате распыления в воздухе жидких или твердых горючих веществ — бензина, керосина, угольной пыли и др. Горючая смесь (называемая также системой) может быть химически неоднородной или однородной. В химически неоднородных системах горючее вещество и воздух не перемешаны и имеют поверхность раздела (например, твердые горючие вещества и жидкости, находящиеся в воздухе или струи горячих газов и паров, поступающие из резервуаров в воздух). При горении таких систем кислород воздуха непрерывно диффундирует сквозь продукты сгорания к горючему веществу и затем вступает с ним в химическую реакцию. Такое горение называется диффузионным. Скорость диффузионного горения невелика, так как она замедляется процессом диффузии.
Горение газов в газовой горелке. Тут наблюдаются 3 зоны пламени (рис. 3)[3]:
Рис. 3. Схема горения газа: 1 – прозрачный конус – это исходный нагревается газ (до температуры самовоспламенения); 2 – светящаяся зона фронта пламени; 3 – продукты сгорания (бывают почти невидимы при полном сгорании газов и, особенно при горении водорода, когда не образуется сажа).
Ширина фронта пламени в газовых смесях составляет десятки доли миллиметра.
Горение жидкостей в открытом сосуде. При горении в открытом со-суде имеются 4 зоны (рис. 4)[3]:
Рис. 4. Горение жидкости: 1 – жидкость; 2 – пары жидкости (темные участки); 3 – фронт пламени; 4 – про-дукты горения (дым).
|
|
Ширина фронта пламени в этом случае больше, т.е. реакция протекает медленнее.
Горение плавящихся твердых веществ. Рассмотрим горение свечи. В данном случае наблюдается 6 зон (рис. 5)[4]:
Рис. 5. Горение свечи: 1 – твердый воск; 2 – расплавленный (жидкий) воск; 3 – темный прозрачный слой паров; 4 – фронт пламени; 5 – продукты горения (дым); 6 – фитиль.
Горящий фитиль служит для стабилизации горения. В него впитывается жидкость, поднимается по нему, испаряется и горит. Ширина фронта пламени увеличивается, что увеличивает площадь светимости, так как используются более сложные углеводороды, которые, испаряясь, распадаются, а потом уже вступают в реакцию.
Горение неплавящихся твердых веществ. Этот вид горения рассмотрим на примере горения спички и сигареты (рис. 6 и 7)[3].
Здесь также имеется 5 участков:
Рис. 6. Горение спички: 1 – свежая древесина; 2 – обугленная древесина; 3 – газы (газифицированные или испарившиеся летучие вещества) - это темноватая прозрачная зона; 4 – фронт пламени; 5 – продукты сгорания (дым).
Видно, что обгоревший участок спички намного тоньше и имеет чер-ный цвет. Это значит, что часть спички обуглилась, т.е. осталась нелетучая часть, а летучая часть испарилась и сгорела. Скорость горения угля значи-тельно медленнее, чем газов, поэтому он не успевает полностью выгореть[3].
Рис.7. Горение сигареты: 1 – исходная табачная смесь; 2 – тлеющий участок без фронта пламени; 3 – дым, т.е. продукт сгоревших частиц; 4 – втягиваемый в легкие дым, который представляет собой в основном газифицированные продукты; 5 – смола, сконденсировавшаяся на фильтре.
|
|
Беспламенное термоокислительное разложение вещества называется тлением. Оно возникает при недостаточной диффузии кислорода в зону го-рения и может протекать даже при очень малом его количестве (1-2%). Дым имеет сизый, а не черный цвет. Значит в нем больше газифицированных, а не сгоревших веществ[4].
Поверхность пепла почти белая. Значит, при достаточном поступлении кислорода происходит полное сгорание. Но внутри и на границе горящего слоя со свежими – черное вещество. Это свидетельствует о неполном сгорании обугленных частиц. Кстати, на фильтре конденсируются пары улетучившихся смолистых веществ.
Подобный вид горения наблюдается при горении кокса, т.е. угля, из которого удалены летучие вещества (газы, смолы), или графита.
Таким образом, процесс горения газов, жидкостей и большинства твердых веществ протекает в газообразном виде и сопровождается пламенем. Некоторые твердые вещества, в том числе имеющие склонность к самовозгоранию, горят в виде тления на поверхности и внутри материала.
Горение пылевидных веществ. Горение слоя пыли происходит так же, как и в компактном состоянии, только скорость горения возрастает из-за увеличения поверхности контакта с воздухом.
Горение пылевидных веществ в виде аэровзвеси (пылевого облака) может протекать в виде искр, т.е. горения отдельных частиц, в случае малого содержания летучих веществ, не способных при испарении образовать достаточное количество газов для единого фронта пламени.
Если образуется достаточное количество газифицированных летучих веществ, то возникает пламенное горение.
Горение взрывчатых веществ. К данному виду относится горение взрывчатки и пороха, так называемых конденсированных веществ, в которых уже находится химически или механически связанные горючее и окислитель. Например: у тринитротолуола (тротила) C7H5O6N3×C7H5×3NO2 окислителями служат O2 и NO2; в составе пороха – сера, селитра, уголь; в составе самодельной взрывчатки алюминиевая пудра и аммиачная селитра, связующее – соляровое масло[3].
Вопрос №21.