Сущность процесса горения. Горение. Окисление

 

Министерство  образования и науки Республики Казахстан

Семипалатинский государственный университет имени Шакарима

Аграрный  факультет

Специальность «Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей

среды»

 

 

СРСП

 

          

               На тему: Сущность процесса горения. Горение. Окисление.

 

 

 

                                                            

 

                                                                Выполнил: Мактай А.Ж.

                                                                Проверила:  Скрипникова Л.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

                                       

 

 

 

 

                                        Семей 2013 г.

 

Содержание

1) Сущность теории горения

2) Теория горения

3) Описание процессов горения

4) Объёмное горение

5) Диффузионное горение

6) Горение предварительно смешанной среды

7) Особенности горения в различных средах

8) Беспламенное горение

9) Твердофазное горение

10) Тление

11) Автогенное горение

12) Окисление

13) Восстановление

14) Окислительно-восстановительная пара

15) Виды окислительно-восстановительных реакций

16) Примеры

17) Окислительно-восстановительная реакция между водородом и фтором

18) Окисление, восстановление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сущность процесса горения весьма сложна. 

Сущность процесса горения заключается в том, что быстрое окисление топлива кислородом воздуха сопровождается выделением большого количества тепла. Для того чтобы горение началось и протекало самостоятельно, необходимо предварительно нагреть топливо до температуры воспламенения и обеспечить непрерывное поступление воздуха к очагу горения. Температура воспламенения зависит от вида топлива. 

Сущность процесса горения сложна, над ней работали и продолжают работать ученые. Работами школ советских академиков Н. Н. Семенова и Я. Б. Зельдовича раскрыты основные процессы возникновения и протекания горения. 

Сущность процесса горения топлива изложена в § III. Однако процесс горения природного газа имеет свои особенности. 

Сущность процесса горения топлива изложена в § III.1. Однако процесс горения природного газа имеет свои особенности. 

В чем заключается сущность процесса горения. 

В чем состоит сущность процесса горения твердого топлива и как этот процесс протекает в шахных печах. 

Эти опыты достаточно выясняли сущность процессов горения. 

Однако, правильно объяснив сущность процессов горения и дыхания - процессов с участием кислорода, Лавуазье здесь же, в этой самой статье, сохранил искусственные объяснения и противоречия теории флогистона. При всяком горении, - говорит он в докладе О горении вообще, - происходит выделение огненной материи или света, при всяком обжигании металла выделяется огненная материя. 

Для того чтобы проникнуть в сущность процесса горения, целесообразно рассмотреть небольшое количество относительно простых и ясных, в смысле условий протекания, случаев. Наиболее изученным из них является горение газообразной химически однородной смеси топлива с кислородом или воздухом при ламинарном течении. Здесь также скорость горения определяется смешением, в частности, смешением газообразных продуктов сгорания со свежей горючей смесью. В этом случае смешение обусловлено диффузией некоторых продуктов сгорания из фронта пламени в направлении, обратном течению горючей смеси; проникнув на некоторое расстояние в горючую смесь, они затем вновь выносятся газовым потоком вместе с основной массой продуктов сгорания. Этот процесс сопровождается передачей тепла теплопроводностью. В результате протекания обоих этих процессов в одномерном потоке может возникнуть стационарное пламя. Крупномасштабная турбулентность не вносит, по-видимому, заметных возмущений в процесс, протекающий в непосредственной близости от фронта пламени; рассмотрение влияния, которое она оказывает на пламена предварительно перемешанных газов, выходит за рамки данного обзора. 

Таким образом, М. В. Ломоносов  был на пороге открытия сущности процесса горения, так как убедительно показал участие воздуха в этом процессе. Но в то время воздух считался, как и вода, простым веществом, состав его не был известен. 

Однако позже выяснилось, что вещества могут быть окислены не только кислородом, а кислоты  могут быть и бескислородными. Сущность процесса горения долго оставалась неразгаданной. 

Сущность процесса горения твердого топлива в слое, фазы горения. [

Приведенные количественные характеристики процессов сжигания газов дают только приближенные и  далеко не полные значения, которые  могут быть использованы в практике до получения более точных данных. Дальнейшие исследования должны будут  не только более глубоко объяснить сущность процессов горения и улучшить контроль за ними, но и изыскать способы качественного и количественного воздействия на процессы горения и изменения их хода, в зависимости от требований практики. 

Горе́ние — сложный физико-химический процесс превращения компонентов горючей смеси в продукты сгорания с выделением теплового излучения, света и лучистой энергии. Описать природу горения можно как бурно идущее окисление.

Дозвуковое горение (дефлаграция) в отличие от взрыва и детонации протекает с низкими скоростями и не связано с образованием ударной волны. К дозвуковому горению относят нормальное ламинарное и турбулентное распространения пламени, к сверхзвуковому — детонацию.

Горение подразделяется на тепловое и цепное. В основе теплового горения лежит химическая реакция, способная протекать с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла. Цепное горение встречается в случаях некоторых газофазных реакций при низких давлениях.

Условия термического самоускорения могут быть обеспечены для всех реакций с достаточно большими тепловыми эффектами и энергиями активации. 
Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения либо быть инициированным зажиганием. При фиксированных внешних условиях непрерывное горение может протекать в стационарном режиме, когда основные характеристики процесса — скорость реакции, мощность тепловыделения, температура и состав продуктов — не изменяются во времени, либо в периодическом режиме, когда эти характеристики колеблются около своих средних значений. Вследствие сильной нелинейной зависимости скорости реакции от температуры, горение отличается высокой чувствительностью к внешним условиям. Это же свойство горения обусловливает существование нескольких стационарных режимов при одних и тех же условиях (гистерезисный эффект).

Процесс возникновения горения  подразделяется на несколько видов: вспышка, возгорание, воспламенение, самовозгорание, самовоспламенение, взрыв и детонация. Кроме того, существуют и особые виды горения: тление и холоднопламенное горение. Вспышка — процесс мгновенного сгорания

паров легковоспламеняющихся и горючих жидкостей, вызванный непосредственным воздействием источника воспламенения. Возгорание — явление возникновения горения под действием источника зажигания. Воспламенение — возгорание, сопровождающееся появлением пламени. При этом вся остальная масса горючего вещества остается относительно холодной. Самовозгорание — явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций в веществе, приводящее к возникновению горения при отсутствии источника зажигания. Самовоспламенение — это самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. В производственных условиях могут самовозгораться древесные опилки, промасленная ветошь. Самовоспламеняться может бензин, керосин. Взрыв — быстрое химическое превращение вещества (взрывное горение), сопровождающееся выделением энергии и образованием сжатых газов, способных производить механическую работу.

При адиабатическом сжигании горючей смеси могут быть рассчитаны количество выделившегося при горении тепла, температура Т_Г, которая была бы достигнута при полном сгорании (адиабатическая температура горения) и состав продуктов, если известны состав исходной смеси и термодинамические функции исходной смеси и продуктов. Если состав продуктов заранее известен, Т_Г может быть рассчитана из условия равенства внутренней энергии системы при постоянном объёме или её энтальпии при постоянном давлении в исходном и конечном состояниях с помощью соотношения: Т_Г = Т0 + Q_r/C, где Т₀ — начальная температура смеси, С — средняя в интервале температур от Т₀ до Т_Г удельная теплоёмкость исходной смеси (с учетом её изменения при возможных фазовых переходах), Q_r — удельная теплота сгорания смеси при температуре Т_Г. При относительном содержании а₀ в смеси компонентов, полностью расходуемых в реакции, Q_Г = Q*а₀ где Q — тепловой эффект реакции горения. Значение Т_Г при постоянном объёме больше, чем при постоянном давлении, поскольку в последнем случае часть внутренней энергии системы расходуется на работу расширения. На практике условия адиабатичекого горения обеспечиваются в тех случаях, когда реакция успевает завершиться прежде, чем станет существенным теплообмен между реакционным объёмом и окружающей средой, например в камерах сгорания крупных реактивных двигателей, в больших реакторах, при быстро распространяющихся волнах горения. 
Термодинамический расчёт даёт лишь частичную информацию о процессе — равновесный состав и температуру продуктов. Полное описание горения, включающее также определение скорости процесса и критических условий при наличии тепло- и массообмена с окружающей средой, можно провести только в рамках макрокинетического подхода, рассматривающего химическую реакцию во взаимосвязи с процессами переноса энергии и вещества. 
В случае заранее перемешанной смеси горючего и окислителя реакция горения может происходить во всём пространстве, занятом горючей смесью (объёмное горение), или в сравнительно узком слое, разделяющем исходную смесь и продукты и распространяющемся по горючей смеси в виде так называемой волны горения. В неперемешанных системах возможно диффузионное горение, при котором реакция локализуется в относительно тонкой зоне, отделяющей горючее от окислителя, и определяется скоростью диффузии реагентов в эту зону.

Описание процессов  горения

Важность процесса горения  в технических устройствах способствовала созданию различных моделей, позволяющих  с необходимой точностью его  описывать. Так называемое нулевое  приближение включает описание химических реакций, изменение температуры, давления и состава реагентов во времени  без изменения их массы. Оно соответствует  процессам происходящим в закрытом объёме, в который была помещена горючая смесь и нагрета выше температуры воспламенения. Одно-, двух- и трёхмерные модели уже включает в себя перемещение реагентов в пространстве. Количество измерений соответствует количеству пространственных координат в модели. Режим горения бывает как и газодинамическое течение: ламинарным или турбулентным. Одномерное описанное ламинарного горения позволяет получить аналитически важные выводы о фронте горения, которые затем используются в более сложных турбулентных моделях.

Объёмное горение

Объемное горение происходит, например, в теплоизолированном реакторе идеального перемешивания, в который поступает при температуре Т₀ исходная смесь с относительным содержанием горючего а₀; при другой температуре горения реактор покидает смесь с иным относительным содержанием горючего а. При полном расходе G через реактор условия баланса энтальпии смеси и содержания горючего при стационарном режиме горения могут быть записаны уравнениями:

1. G(Qa₀ + CT₀) = G(Qa + CT)
2. Ga₀ — Ga = w(a, T)V

где w(а, Т) — скорость реакции горения, V — объём реактора. Используя выражение для термодинамической температуры Т_Г, можно из (1) получить:

а = а₀(Т_Г — Т)/(Т_Г — Т₀)

и записать (2) в виде:

q_-T = q₊T

где q_-T = GC(T — Т₀) — скорость отвода тепла из реактора с продуктами сгорания, q₊T = Qw(a, Т)V — скорость выделения тепла при реакции. Для реакции n-ного порядка с энергией активации:

Диффузионное  горение

Характеризуется раздельным подачей в зону горения горючего и окислителя. Перемешивание компонентов происходит в зоне горения. Пример: горение водорода и кислорода в ракетном двигателе, горение газа в бытовой газовой плите.

Горение предварительно смешанной среды

Как следует из названия, горение происходит в смеси, в  которой одновременно присутствуют горючее и окислитель. Пример: горение  в цилиндре двигателя внутреннего сгорания бензиново-воздушной смеси после инициализации процесса свечой зажигания.

Беспламенное  горение

В отличие от обычного горения, когда наблюдаются зоны окислительного пламени и восстановительного пламени, возможно создание условий для беспламенного горения. Примером может служить каталитическое окисление органических веществ на поверхности подходящего катализатора, например, окисление этанола на платиновой черни.

Твердофазное  горение

Это автоволновые экзотермические процессы в смесях неорганических и органических порошков, не сопровождающиеся заметным газовыделением, и приводящие к получению исключительно конденсированных продуктов. В качестве промежуточных веществ, обеспечивающих массо-перенос, образуются газовые и жидкие фазы, не покидающие, однако, горящую систему. Известны примеры реагирующих порошков, в которых образование таких фаз не доказано (тантал-углерод).