5.4. Действительная температура горения

Действительная
температура горения топлива t_д
определяется при
реальных
условиях осуществления процесса
сжигания топлива в конкретном
теплотехнологическом устройстве, т.е.
при наличии тепловых
потерь, и поэтому всегда ниже, чем
калориметрическая или теоретическая
температура.

Действительная
температура горения определяется из
выражения [8]

где
Q_пот
-тепло, отдаваемое продуктами сгорания.

Величина
Q_пот
зависит от условий теплообмена продуктов
сгорания с окружающей средой. Так как
учесть все многообразие этих условий
расчетным
путем очень сложно, то действительную
температуру обычно
оценивают с помощью выражения

,

где
η_пир
—
пирометрический
коэффициент, определяемый опытным

путем;
η_пир=0,65+0,8
в зависимости от конструкции печи и ее
теплового
режима (приложение 10).

Действительная
температура, найденная с помощью
пирометрического
коэффициента, представляет собой первое
(самое грубое)
приближение и дает оценочную характеристику
условий теплообмена
ори сжигании топлива в рабочем режиме
печи.

6. Расчет горения газомазутной смеси

Природный
газ и мазут сжигаются в газомазутной
горелке, доли которых
по тепловыделению q_пр.г=n.

Все
характеристики топливной смеси
определяются на основании расчетных
данных для природного газа и для мазута.

Теплоту
сгорания топливной смеси определяют
по формуле:

,

где
Q^{p(пр.газ)}_н,
Q^{p(мазута)}_н
— теплота сгорания природного газа и
мазута соответственно, кДж/м³
и кДж/кг.

Теоретическое
количество воздуха, необходимое для
горения единичного количества смеси,
находим по формуле:

,

где
V^{0(пр. газ)},
V^{0(мазут)}
— теоретические объемы воздуха,
необходимые для сгорания 1 м³
природного газа и 1 кг мазута, рассчитанные
в пп. 3 и 4.

Действительное
количество воздуха рассчитывается с
учетом выбранного коэффициента избытка
воздуха

Аналогично
рассчитывается объем продуктов сгорания,
полученных при сжигании единичного
количества смеси:

,

где
V^пр.газ_α,
V^мазут_α
— объем продуктов сгорания, полученных
при

сжигании
1 м³
природного газа и 1 кг мазута в соответствии
с исходным составом топлив ( п п. 3 и 4).

Для
определения теоретической температуры
горения газомазутной смеси
необходимо рассчитать общее теплосодержание
продуктов горения смеси с учетом
подогрева воздуха t_e
и мазута
t_мазута
по
уравнению:

,

где
i_возд
— энтальпия воздуха, нагретого до
температуры t_в;

C_м
— теплоемкость
мазута, кДж/кг*К.

По
i
– t диаграмме находим теоретическую
температуру горения

Приложения

Приложение
I

Варианты
заданий РГЗ

Вариант
1

При
обжиге керамических изделий в туннельной
печи расходуется теплота,
эквивалентная Q
кг условного
топлива на 1 т изделий.

Температура
обжига – t_обж.

Природный
газ и мазут сжигаются в газомазутной
горелке, доли которых
по тепловыделению:

q_пр.г=n
и q_мазута=m

Воздух,
идущий на горение, подогревается до
t_в,
мазут
— до t_м.

Определить
коэффициент избытка воздуха в соответствии
с условиями
сжигания топлива.

Провести
расчет полного горения топлива.

Определить
расход топлива при совместном сжигании
и при использовании
природного газа.

№	Q,кг у.м		n	m			Мазут, марка	Пр.газ, месторождение
1	600 кг/т	1410	0,1	0,9	300	90	Малосернистый-М20	Ставропольское (Хадумский горизонт)
2	700 кг/т	1430	0,2	0,8	320	95	>>-М40	Ставропольское(Горизонт Зеленая Свита)
3	800кг/т	1440	0,3	0,7	350	90	>>-М60	Волгоградское
4	900кг/т	1450	0,4	0,6	380	85	>>-М80	Елшанское
5	1000кг/т	1400	0,5	0,5	400	80	>>-М100	Степновское
6	8кг/	1420	0,6	0,4	410	85	Сернистый-М10	Бугурусланское
7	9 кг/	1400	0,7	0,3	400	80	>>-М20	Дашавское
8	10 кг/	1320	0,8	0,2	420	90	>>-М40	Шебелинское
9	11 кг/	1330	0,9	0,1	400	95	Малосернистый-М60	Березанское
10		1320	0,1	0,9	410	85	>>-М60	Краснооктябрьское
11		1330	0,2	0,8	420	90	>>-М80	Вой-Войтское
12		1340	0,3	0,7	430	95	>>-М100	Джебольское
13		1350	0,4	0,6	450	80	Сернистый-М10	Деминское
14		1360	0,5	0,5	460	85	>>-М20	Усть-Вилюйское
15		1370	0,6	0,4	470	90	>>-М40	Степновское
16		1380	0,7	0,3	480	80	Малосернистый-М60	Усть-Вилюйское
17		1390	0,8	0,2	490	85	Малосернистый-М60	Сабо-Хаинское
18		1290	0,9	0,1	500	90	>>-М80	Карадагское
19		1280	0,1	0,9	510	95	>>-М100	Кызыл-Тумшунское
20		1300	0,2	0,8	520	80	Малосернистый-М60	Кызыл-Кумское
21		1320	0,3	0,7	530	85	>>-М60	Дашавское
22		1310	0,4	0,6	540	90	>>-М80	Ленинградское
23		1320	0,5	0,5	55	95	>>-М100	Волгоградское

Таблица
1

Вариант
2

При
обжиге портландцементного клинкера во
вращающейся печи расходуется
теплота, эквивалентная Q
кг
условного топлива на 1 т клинкера.

Температура
обжига – t_обж.

Осуществляется
совместное сжигание природного газа и
мазута, доли
которых по тепловыделению:

q_пр.г=n
и q_мазута=m

Воздух,
идущий на горение, подогревается до t_в,
мазут-до t_м.

Определить
коэффициент избытка воздуха в соответствии
с условиями
сжигания топлива.

Произвести
расчет полного горения топлива.

Определить
расход топлива при совместном сжигании
и при использовании
природного газа.

№	Q,кДж/кг		n	m			Мазут, марка	Пр. газ, месторождение
1	4200	1400	0,1	0,9	300	90	Малосернистый-М20	Краснооктябрьское
2	4100	1410	0,2	0,8	320	95	>>-М40	Вой-Войтское
3	4020	1405	0,3	0,7	330	80	>>-М60	Джебольское
4	3930	1420	0,35	0,65	350	85	>>-М80	Березовское
5	3840	1440	0,4	0,6	360	90	>>-М100	Деминское
6	3780	1450	0,45	0,55	380	95	Сернистый-М10	Усть-Вилюйское
7	3700	1460	0,5	0,5	390	90	>>-М20	Сабо-Хаинское
8	3610	1455	0,6	0,4	400	90	>>-М40	Карадагское
9	3520	1400	0,7	0,3	380	80	Малосернистый-М60	Кызыл-Тумшунское
10	3430	1410	0,8	0,2	400	95	>>-М80	Кызыл-Кумское

Таблица
2

Вариант
3

При
варке стекла в стекловаренной печи
расходуется теплота, эквивалентная
Q
кг теплоты на 1 кг стекла.

Температура
газовой среды в печи поддерживается –
t_г.

Осуществляется
совместное сжигание природного газа и
мазута, доли
которых по тепловыделению:

q_пр.г=n
и q_мазута=m

Воздух,
идущий на горение, подогревается до t_в,
мазут
— до t_м.

Определить
коэффициент избытка воздуха в соответствии
с условиями
сжигания топлива.

Произвести
расчет полного горения топлива.
Определить расход: топлива при совместном
сжигании и при использовании
природного газа.

Таблица
3

№	Q,кДж/кг		n	m			Мазут, марка	Пр. газ, месторождение
1	12500	1475	0,9	0,1	400	80	Малосернистый-М20	Волгоградское
2	13500	1475	0,8	0,2	500	85	>>-М40	Елшанское
3	14000	1480	0,75	0,25	550	90	>>-М60	Степновское
4	15000	1485	0,7	0,3	600	90	>>-М80	Дашавское
5	16000	1490	0,65	0,35	650	80	>>-М100	Шебелинское
6	18000	1470	0,6	0,4	700	90	Сернистый-М10	Бугурусланское
7	19000	1490	0,55	0,45	750	80	>>-М20	Березанское
8	21000	1470	0,4	0,6	800	85	>>-М40	Ленинградское
9	23000	1430	0,45	0,55	850	80	Малосернистый-М60	Осиновское
10	25000	1450	0,5	0,5	900	85	>>-М80	Джебольское

Приложение
2

Температура горения, вспышки и кипения бензина АИ-92 1, поставка нефтепродуктов по России от компании ООО «Поставком»

Просмотров: 10 705

14. 10.2021 14:20

Бензин не является однокомпонентным продуктом, поэтому единой формулы, как и фиксированных значений характеристик для него не существует. Кроме непосредственно производных нефтепродуктов в бензине присутствует большое количество присадок, которые сильно влияют на свойства итогового продукта. Поэтому для простоты исследования вопроса далее мы будем говорить о бензине самой распространенной марки – АИ-92.

Для начала давайте разберемся, что означают цифры и буквы в марке бензина. Число указывает на степень устойчивости топлива к возгоранию. И чем оно больше, тем устойчивее продукт к самовоспламенению, т. е. к способности загореться без наличия открытого огня. Чем опасна детонация, поговорим ниже, а сейчас вернемся к марке. Буквы «А» и «И» говорят о том, что бензин автомобильный, а значение октанового числа получено путем исследования.

Чем опасно самовоспламенение?

Наличие детонации – очень неприятный, а иногда и фатальный момент для двигателя. И возникновение посторонних шумов из-за столкновения волн высокого давления в цилиндрах – это только вершина айсберга. Самовоспламенение бензина АИ-92 часто приводит к куда более разрушительным последствиям. Ударная волна от детонации буквально сдирает масляную пленку, защищающую поршневые кольца и цилиндры от износа, а двигатель от перегрева. Также она приводит к тому, что в камере сгорания образуется нагар, который также нарушает работу и приводит к поломке элементов мотора.

Последствия детонации топлива в двигателе

От чего зависит и как определяется октановое число?

Октановое число бензина, полученного из сырой нефти, колеблется в пределах 40–60 единиц. Из-за чрезвычайно низкой устойчивости к детонации в него добавляют определенный набор присадок. Кроме этого, есть методы переработки нефти, которые позволяют увеличить октановое число сырого бензина путем повышения доли разветвленных и циклических углеводородов в его составе.

На сегодня существует 2 способа определения октанового числа, которые дают разные данные для одной и той же пробы: исследовательский (ГОСТ 8226) и моторный (ГОСТ 511/82). В первом случает в лабораторных условиях сравниваются 2 образца – опытный и эталонный. При проведении моторного исследования используется одноцилиндровый двигатель, который позволяет измерить степень сжатия в режиме реального времени.

Важный факт. В каждой стране принята своя система определения октанового числа. Для России эталонным считается исследовательский метод определения. А, например, США используют среднее арифметическое значений двух методов.

Температура кипения бензина

Так как АИ-92, как и другие бензины, состоит из различных фракций, то не существует единого значения для точки кипения. Так, легкие фракции начинают кипеть уже при 33°.

Производители различают несколько стадий кипения бензина в зависимости от перегоняемого объема. Первая стадия – это начало закипания, далее отслеживают, когда сгорают 10, 50 и 90 % и точку полного испарения топлива. Эти значения напрямую влияют на работу двигателя.

За температуру, при которой начинают кипеть и сгорают первые 10 % бензина, отвечают легкие фракции. Она влияет на пусковые характеристики двигателя. Чем ниже этот порог, тем проще запустить мотор при низких температурах. Поэтому зимние сорта содержат большее количество легких фракций.

Интересный факт. Еще пару десятков лет назад закипевшее при жаре топливо было достаточно распространенным явлением. Образовывающиеся при этом паровые пробки стопорили работу мотора, и приходилось ждать, пока техника остынет.

Около 50 % объема топлива называют рабочей фракцией. Она влияет на время прогрева и переход двигателя в разные режимы работы.

За температуру кипения 50–90 % бензина отвечают тяжелые фракции. Чем ниже эта температура, тем более равномерно и полнее прогорает топливо в цилиндрах. Если порог слишком высок, то часть бензина может оседать на стенках камеры в виде конденсата, впоследствии образуя нагар и смывая масляную пленку. Это снижает срок эксплуатации элементов двигателя. Кроме того, расход такого топлива сильно возрастает, что бьет по экономической составляющей. Согласно ГОСТу, оптимальной температурой кипения для тяжелых фракций считается 180 °С.

В чем отличия температуры горения и вспышки АИ-92?

Вспышка происходит от открытого огня, когда концентрация паров бензина достигает интервала 0,8–8 % по объему. Важно помнить, что горит именно паровоздушная смесь. Поэтому если концентрация бензина в воздухе меньше, то возгорания не произойдет по причине недостатка горючего вещества. Если же концентрация выше порогового значения, то для возгорания уже не будет достаточно кислорода.

Не стоит путать вспышку с самовоспламенением, при котором для детонации не нужен огонь.

Обычно температуру вспышки определяют лабораторным методом, при котором в емкость, расположенную над тиглем, наливают бензин. И начинают его нагревать. При каждом повышении температуры на 1 градус над емкостью зажигается источник пламени. Температуру вспышки фиксируют в момент, когда появляется огонь.

Вопреки расхожему мнению, температура горения бензина – это температура, которую создает топливо при сгорании. Она сильно зависит от того, в каких условиях горит бензин. Так, в двигателе температура достигает 900–1100 °С. В то время как при горении топлива на открытом воздухе она не превышает 900 °С.

Скорость горения

Октановое число влияет не только на способность бензина к самовоспламенению. Что более важно, от него зависит скорость горения топлива. Ведь чем меньше скорость сгорания, тем дольше он толкает поршень. А значит, и КПД в этом случае выше.

Меры предосторожности при хранении бензина

Что происходит при длительном хранении?

Несмотря на то что бензин – это легкогорючее вещество, при его хранении с большей вероятностью он потеряет в качестве, чем воспламенится. Дело в том, что с учетом всей опасности, бензин не так просто детонирует. Конечно, если вы не забавляетесь со спичками рядом с разлитым топливом.

Что более важно, при длительном хранении из бензина испаряются вещества, которыми доводилось октановое число. Конечно, это не приведет к тому, что он потеряет свои основные свойства. Но вот на качестве сгорания и на работе двигателя это может сказаться.

При взаимодействии с воздухом бензин склонен к окислению. В результате после сгорания на стенках камеры и в топливных каналах образуется смолянистый осадок. Что также не приносит пользу двигателю.

Во время длительного хранения часть фракций может выпадать в осадок, что приводит к засорению фильтров топливной системы.

В чем хранить?

Лучше всего хранить бензин в металлических (алюминиевых, стальных) канистрах. Пластик менее предпочтителен из-за низкой прочности и герметичности таких тар. Кроме того, он не отводит статическое электричество, что может привести к появлению искры и возгоранию. Вообще герметичность – один из наиболее важных моментов при хранении. Во-первых, неплотно закрытые тары способствуют испарению компонентов. Конечно, через микрощели не может испариться сколь-нибудь большое количество самого топлива, но вот летучие фракции вполне могут. Кроме того, бензин обладает высокой текучестью и буквально просачивается даже в малейшие щели. Думаю, нет нужды говорить, чем может быть опасно разлитие бензина.

Из-за склонности к окислению необходимо следить, чтобы воздуха в таре было как можно меньше. Поэтому рекомендуется заполнять канистру на 95 %. Это также препятствует образованию конденсата на стенках. Его появление провоцирует коррозию и в итоге разрушает емкость.

Условия хранения

Высокие температуры – это то, что противопоказано бензину. Во-первых, они являются причиной усиления испарения топлива. Во-вторых, окисление бензина при высоких температурах происходит более интенсивно. Поэтому тары лучше хранить в прохладных помещениях с температурой не выше 15 °С.

Освещенность, вопреки расхожему мнению, не оказывает непосредственного влияния на хранение бензина. Запрет на нахождения емкостей под прямыми солнечными лучами связан исключительно с тем, что это приводит к перегреву и испарению топлива.

Пожарная опасность

Так как самовоспламенение бензина при нормальном давлении происходит при температурах свыше 255 °С, то при хранении топлива следует опасаться контакта с открытым огнем, а не внезапной детонации. Чтобы предотвратить возгорание, не следует использовать для хранения тары, способствующие накоплению статического электричества. Также следует внимательно относиться к герметичности емкостей. Конечно, в нормальных условиях сложно добиться нужной для вспышки концентрации паров, но это не значит, что не может загореться сам бензин.

Список литературы:

1. Григорьева Л. В., Кацуба Ю. Н., Производство бензинов [Электронный ресурс] – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/proizvodstvo-benzinov/viewer
2. Ланин С. Н., Палюлин В. А., Баскин И. И., Расчет адиабатических температур горения алканов с2-с11 — компонентов нефтепродуктов методом искусственных нейронных сетей [Электронный ресурс] – URL: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-adiabaticheskih-temperatur-goreniya-alkanov-s2-s11-komponentov-nefteproduktov-metodom-iskusstvennyh-neyronnyh-setey/viewer
3. Шишков В. А., Определение угла опережения зажигания при переключении с бензина на газ в зависимости от скорости горения топливной смеси [Электронный ресурс] – URL: https://cyberleninka. ru/article/n/opredelenie-ugla-operezheniya-zazhiganiya-pri-pereklyuchenii-s-benzina-na-gaz-v-zavisimosti-ot-skorosti-goreniya-toplivnoy-smesi/viewer

Сжигание древесины

Сжигание древесины

Снижение воспламеняемости и горючести изделий из древесины основано на химико-физических средствах, воздействующих на разные стадии воспламенения и горения, например:

• тепловые изменения внутренней структуры древесины на молекулярном уровне;
• физико-химические процессы соединений, образующихся при этих изменениях, как внутри древесины, так и в образующихся над ней газах;
• теплопередача в древесном изделии;
• перенос кислорода в реакционные зоны.

В этом разделе рассматриваются следующие темы:

• 1. Зажигание и сжигание древесины
• 2. Огнестойкость древесины
  • 2.1 Воспламеняемость
  • 2.2 Тепловыделение и распространение огня
  • 2. 3 Обугливание
  • 2.4 Дымообразование и токсичность

Многие материалы в нашей среде, в том числе изделия из дерева, горят опосредованно в том смысле, что материалы на самом деле не горят, а горение происходит как реакция между кислородом и выделяющимися из материала газами (исключением из этого правила является тлеющее горение обугленная древесина, где кислород непосредственно реагирует с углеродом). Под воздействием тепла древесина легко выделяет вещества, бурно реагирующие с кислородом, что приводит к высокой склонности древесины к воспламенению и горению.

Возгорание и горение древесины в основном основано на пиролизе (т.е. термическом разложении) целлюлозы и реакциях продуктов пиролиза друг с другом и с газами в воздухе, главным образом кислородом. При повышении температуры целлюлоза начинает пиролиз. Продукты разложения либо остаются внутри материала, либо выделяются в виде газов. Газообразные вещества реагируют друг с другом и кислородом, выделяя большое количество тепла, что в дальнейшем вызывает реакции пиролиза и горения. Процессы пиролиза и горения показаны на рисунке 1.

Рис. 1. Схематическое изображение процессов пиролиза и горения древесины:
а) Внешний нагрев повышает температуру древесины.
б) Начинается пиролиз и разрушается химическая структура древесины. Легкие продукты пиролиза улетучиваются с поверхности.
в) начинается горение. Продукты пиролиза реагируют с кислородом и выделяют больше тепла, вызывая сильно нарастающую цепную реакцию.

В зависимости от условий окружающей среды (таких как температура, концентрация кислорода, влажность, антипирены, рН и т. д.) пиролиз древесины может протекать в основном по двум путям, представленным на рисунке 2а. Путь смолообразования, протекающий при температуре около 300 °C, связан с нормальным горением древесины. В этом случае при пиролизе образуется много смолы, включающей левоглюкозан, который под действием тепла легко разлагается на горючие газы (см. рис. 2б). Термическое разложение может происходить также путем обугливания. В этом процессе целлюлоза сначала превращается в нестабильную, активную целлюлозу, которая далее разлагается, так что продуктами реакции являются в основном углекислый газ и вода, а остов целлюлозы содержит много углерода (см. рис. 2с).

Рис. 2. а) Два основных пути реакции термического разложения древесины.
б) Расщепление молекул целлюлозы в реакции смолообразования (нормальное горение).
в) Расщепление молекул целлюлозы в реакции коксования.

Пиролиз древесины зависит от внешних факторов, таких как способ нагрева, скорость прогрева материала и др. Поэтому изделия из дерева не имеют явной температуры воспламенения, а воспламенение происходит в определенном интервале температур, при котором вероятность воспламенения становится достаточно большой. Температура пилотного воспламенения древесины обычно составляет около 350 °C, тогда как для самовоспламенения требуется температура около 600 °C.

Свойства реакции на огонь, такие как воспламеняемость, тепловыделение и распространение пламени, наиболее важны для огнестойких изделий из древесины. На обугливание как характеристическое свойство огнестойкости также могут влиять, в частности, поверхностные защитные слои.

2.1 Воспламеняемость

Для того чтобы древесина могла воспламениться, ее температура должна подняться настолько высоко, чтобы пиролиз прошел достаточно сильно и начались химические реакции горения. Следовательно, воспламенение деревянного изделия зависит от способа нагревания, то есть от термических свойств материала и способа теплового воздействия на материал.

Факторы, влияющие на воспламенение древесины, в целом хорошо известны: влажная древесина воспламеняется с трудом, тонкие куски древесины воспламеняются легче, чем толстые бревна, легкие породы древесины воспламеняются быстрее, чем тяжелые. Внешними факторами, влияющими на воспламенение, являются интенсивность теплового воздействия и форма его воздействия (например, расстояние пламени от поверхности).

Влажность древесины влияет на воспламенение главным образом как поглотитель тепла. Нагрев воды и особенно ее испарение потребляют тепловую энергию. Кроме того, влага увеличивает тепловую инерцию материала.

Воспламенение деревянных изделий различной толщины зависит от их термической толщины. Термически тонкий слой воспламеняется быстрее, чем термически толстый материал. Когда термически тонкое изделие подвергается нагреву с одной стороны, его противоположная сторона к моменту воспламенения нагревается очень близко к температуре облучаемой стороны. В случае термически толстого изделия противоположная сторона не нагревается, а остается при температуре окружающей среды при воспламенении образца. Тепловая толщина практических продуктов находится между термически тонкими и толстыми. Как правило, деревянное изделие является термически тонким, если его толщина не превышает нескольких миллиметров, и термически толстым, если его толщина составляет порядка 10 мм и более.

Зависимость времени до воспламенения tig от внутренних свойств материала при радиационном тепловом воздействии можно описать следующим образом [18,19]:

где ρ , с и к — плотность, удельная теплоемкость и теплопроводность материала соответственно, L ₀ — толщина образца, Т _ig ; — температура воспламенения, Т ₀ — температура окружающей среды и чистый тепловой поток к поверхности образца.

Когда термическая толщина продукта находится между термически тонким и толстым, показатель степени, описывающий влияние чистого теплового потока q » _{чистого} и разности температур T _ig T ₀ , находится в пределах 1 и 2.

2.2 Тепловыделение и распространение огня

Тепло, выделяющееся при сгорании, является движущей силой пожара: чем больше тепла, выделяемого горящим предметом, тем быстрее распространяется огонь и тем горячее становятся газы и ограничивающие поверхности пожарного ограждения. Таким образом, одной из наиболее существенных величин, характеризующих горение материалов, является скорость тепловыделения, обозначаемая и выражаемая в кВт или МВт.

Помимо внутренней структуры и свойств материала скорость тепловыделения сильно зависит от внешних факторов. Поэтому точные значения для разных материалов дать невозможно. Наиболее важными внешними факторами, оказывающими влияние, являются суммарный тепловой поток к поверхности и концентрация кислорода в окружающей среде, описываемые коэффициентом 9. 0040 ф (О2). Внутренние свойства материала влияют на теплоту сгорания ∆H _c , теплоту газификации L _v и удельную теплоемкость C . Следующее уравнение показывает скорость выделения тепла на единицу площади горящего материала:

где T _ig — температура воспламенения, а T ₀ — температура окружающей среды. Отмечено, что, помимо поступающего на поверхность теплового потока, также зависят от тепловых потерь с поверхности.

Скорость тепловыделения на единицу площади можно измерить, например, с помощью конусного калориметра [20], описывающего горение в хорошо проветриваемом помещении (ранняя стадия пожара). Полученные результаты описывают свойства тепловыделения материалов, хотя они в некоторой степени зависят от уровня теплового воздействия, используемого в тесте, свойств поверхности, подвергаемой воздействию (в случае древесины, например, волокон, сучков и склонности к растрескиванию). и толщину образца.

При горении дерева пламя распространяется по его поверхности. Распространение пламени можно рассматривать как последовательность воспламенений. Следовательно, распространение пламени определяется теми же факторами, что и возгорание. Тепло, выделяемое зоной горения, влияет на скорость распространения пламени непосредственно от пламени и за счет прогрева пожарного помещения. Таким образом, факторы, определяющие скорость тепловыделения, существенны и для распространения пламени.

2.3 Обугливание

При горении изделия из древесины с постоянной скоростью тепловыделения на единицу площади граница между пиролизируемым материалом и неповрежденной древесиной, т. е. фронт пиролиза, проходит вглубь древесины. Поскольку всю пиролизную древесину можно считать обугленной, скорость обугливания β соответствует скорости распространения фронта пиролиза. Скорость обугливания является существенной величиной для огнестойкости деревянных конструкций, так как древесина под слоем обугливания сохраняет свои первоначальные свойства.

Важными факторами для скорости обугливания древесины являются плотность ρ , внешний тепловой поток и влажность w [21]. Скорость обугливания уменьшается с увеличением плотности в соответствии со степенным законом, где υ находится между 0,5 и 1 ( υ = 0,5 получается при изучении только теплопередачи, а υ = 1 соответствует модели, учитывающей только сохранение массы). Скорость обугливания линейно возрастает с внешним тепловым потоком, . Приблизительная зависимость между скоростью обугливания и содержанием влаги такова.

Типичное значение скорости обугливания древесины составляет примерно 0,5 — 1 мм/мин. В таблице 3 показаны расчетные значения скорости обугливания для различных изделий из древесины, представленные в европейских стандартах проектирования EN 1995-1-2 [22,23].

Огнезащитные составы обычно не сильно влияют на скорость обугливания [24]. Тем не менее, выход угля обычно значительно увеличивается, что может способствовать защите древесного ядра. Защитные покрытия обычно могут эффективно предотвращать воспламенение и обугливание древесины.

Таблица 3. Расчетные нормы обугливания изделий из древесины [22]. Обозначения: ρ _k = характеристическая плотность, d = толщина, β ₀ = расчетная скорость обугливания для одномерного обугливания при стандартном воздействии огня, β _n = расчетная расчетная скорость обугливания при стандартном пожаре экспозиция.

2.4 Дымообразование и токсичность

Дым, образующийся при пожаре, состоит из мелких, в основном углеродосодержащих частиц, снижающих видимость. Высокое задымление на ранних стадиях пожара очень вредно с точки зрения пожарной безопасности зданий, поскольку оно создает опасность для аварийного выхода из-за снижения видимости и раздражающего и выводящего из строя воздействия дымовых газов. Производство дыма зависит от горящего материала, но также важны внешние факторы, такие как тип пожара (пламя / тление) и подача кислорода.

По сравнению с пластиком дымообразование изделий из дерева незначительно. В условиях хорошей вентиляции дымообразование древесины обычно составляет около 25 100 м 90 165 2 90 166 /кг, в то время как изделия из пластмассы выделяют сотни или тысячи м 90 165 2 90 166 /кг дыма.

Распространено мнение, что антипирены увеличивают дымовыделение древесины. Это может иметь место, поскольку антипирены могут вызывать неполное сгорание, но также могут уменьшить дымообразование. Справедлива поговорка «Нет дыма без огня»: если огнезащитная обработка препятствует горению достаточно хорошо, дымообразование также снижается.

Основными продуктами горения являются углекислый газ и вода, но могут выделяться и другие химические соединения. Если эти соединения токсичны, они препятствуют выходу жильцов из горящего здания. Основной причиной интоксикации при пожарах является угарный газ (СО). Это доминирующий токсичный продукт горения древесины. Образование CO сильно зависит от вентиляции: при сжигании с хорошей вентиляцией образуется значительно меньше CO (менее 10 г/кг горящего материала), чем при сжигании с контролируемым кислородом, при котором образование CO составляет порядка 100 г/кг горящего материала. Также существенным фактором является температура, так как она оказывает сильное влияние на протекание химических реакций при горении.

Производство токсичных газов изделиями из дерева с улучшенными огнезащитными характеристиками зависит от веществ, используемых в качестве антипиренов. Поэтому необходимо следить за возможными токсичными продуктами горения и удерживать их выделение в допустимых пределах.

---

---

17.14: Теплота сгорания — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

53882

В целях снижения потребления газа из нефти в обычный бензин часто добавляют этанол. Он имеет более высокое октановое число и горит медленнее, чем обычный бензин. Этот «газохол» широко используется во многих странах. Он производит несколько меньшие выбросы окиси углерода и двуокиси углерода, но увеличивает загрязнение воздуха другими материалами.

Молярная теплота сгорания

Многие химические реакции являются реакциями горения. Часто важно знать энергию, выделяемую в такой реакции, чтобы мы могли определить, какое топливо может быть наиболее эффективным для данной цели. Молярная теплота сгорания \(\left( He \right)\) — это теплота, выделяющаяся при полном сгорании одного моля вещества.

Типичные реакции горения включают реакцию углеродсодержащего материала с кислородом с образованием диоксида углерода и воды в качестве продуктов. Если метанол сжечь на воздухе, получим:

\[\ce{CH_3OH} + \ce{O_2} \rightarrow \ce{CO_2} + 2 \ce{H_2O} \: \: \: \: \: He = 890 \: \text{кДж/моль }\nonumber \]

В этом случае один моль кислорода реагирует с одним молем метанола с образованием одного моля углекислого газа и двух молей воды.

Следует отметить, что неорганические вещества также могут вступать в реакцию горения:

\[2 \ce{Mg} + \ce{O_2} \rightarrow 2 \ce{MgO}\nonumber \]

В этом случае вода не образуется и углекислый газ не образуется. Для целей настоящей главы эти реакции обычно не рассматриваются при обсуждении реакций горения. 9\text{o} \text{C} = 46024 \: \text{J} = 46,024 \: \text{kJ}\nonumber \]

Молярная теплота сгорания: \[\frac{46,024 \: \text{ кДж}}{0,0336 \: \text{моль}} = 1370 \: \text{кДж/моль}\номер \]

Шаг 3: Подумайте о своем результате.

При сжигании этанола выделяется значительное количество тепла.

Резюме

• Молярная теплота сгорания \(\left( He \right)\) – это теплота, выделяющаяся при полном сгорании одного моля вещества.
• Описаны расчеты с использованием молярной теплоты сгорания.

---

Эта страница под названием 17.14: Heat of Combustion распространяется под лицензией CK-12 и была создана, изменена и/или курирована Фондом CK-12 с использованием исходного контента, который был отредактирован в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.