На главную Написать сообщение Поиск по сайту Новости публикаций Плакаты и знаки по охране труда и БЖД Видео по охране труда и технике безопасности Зарубежные средства индивидуальной защиты Юридическая консультация онлайн
В начало разделаОхрана труда в химической промышленности → Вопросы охраны труда и промышленной экологии в химической промышленности

Физико-химические основы процессов горения и взрывов. Механизм процесса горения - цепной взрыв

Развитие теории теплового взрыва после работ Н.Н. Семенова свелось к получению различных критических выражений, в которые входят величины, доступные прямому измерению. Например, О.М. Тодес предложил в качестве такого критерия безразмерное соотношение некоторых параметров, характеризующих скорости тепловыделения и теплоотвода..


Скорость тепловыделения он характеризовал временем полного реагирования вещества, а скорость охлаждения - временем тепловой релаксации (т. е. снижением в е раз разности температур смеси и стенок). Согласно этому критерию тепловой взрыв возникает тем легче, чем выше скорость тепловыделения и больше температура сгорания.


Анализ экспериментальных данных свидетельствует о том, что в одних случаях самовоспламенение носит тепловой характер, а в других - цепной.


Цепной взрыв

Цепной взрыв представляет собой разновидность автокаталитических реакций. Характерной особенностью цепного самовоспламенения является его автокатализ не конечными продуктами реакции (СО2 и Н2О), а образующимися в результате промежуточных химических превращений свободными радикалами..


К самовоспламенению и взрыву даже в изотермических условиях могут приводить разветвленные цепные реакции: Этот тип реакций открыт Н.Н. Семеновым и подробно исследован российской кинетической школой.


Отличие разветвленных цепных реакций от других типов автокаталитических процессов заключается в периодическом возникновении реакций, в которых вместо одного активного атома или радикала возникают два или несколько новых..


Примером такой реакции является взаимодействие водорода с кислородом. Разветвленная цепная реакция может быть представлена следующей схемой:


Как видно из приведенной схемы, разветвленные цепи дают две параллельные цепи реакций:


За один цикл превращений каждый вступающий в реакцию атом H приводит к образованию трех молекул воды и трех новых активных центров. Образование взамен одного прореагировавшего двух или нескольких активных центров равнозначно соответствующему снижению вероятности обрыва цепи.


С учетом разветвления эффективная вероятность обрыва цепей определится по формуле


вэф = в - g, (9.14)

где р, б - скорости разветвления и обрыва цепей.


Соответственно общая длина цепи составит


v' = 1/вэф = 1/(d - g), (9.15)

Скорость разветвленной цепной реакции W определяется длиной цепи v' и скоростью образования начальных центров:


W = h0v' = n0/(в - g), (9.16)

Из формулы (9.16) следует, что при р = б скорость химического превращения становится бесконечно большой (несмотря на то что величина h0 может оставаться сколь угодно малой), т. е. разветвленные цепные реакции могут приводить к самовоспламенению при условии равенства вероятностей разветвления и обрыва цепей. Условие цепного самовоспламенения выражается соотношением


вэф = в - g = 0, (9.17)

или, учитывая, что в = 1/v',


gv' = 1, (9.18)

Если на каждые два звена прямой цепи имеется хотя бы одно разветвление, то переход от медленной реакции к самовоспламенению может происходить при отводе всего выделяющегося при реакции тепла.