Теория горения и взрыва

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Кузбасский государственный технический университет имени

Т.Ф. Горбачева»

Контрольная работа №1

Теория горения и взрыва

Кафедра аэрологии, охраны труда и природы

Выполнил:

Студент гр. ГБз 10

Соснина Е.С.

Шифр: 109-141

Проверил:

Портола В.А.

Кемерово 2013

Содержание

1. Цепная теория горения

2. Химические взрывы.

Список литературы

1. Цепная теория горения

По теории Аррениуса скорость химической реакций определяется числом молекул, обладающей энергией активации. Однако саморазогрев горючей смеси при экзотермической реакции из-за недостаточного теплоотвода (по тепловой теорий самовоспламенения) - не единственно возможный механизм ускорения реакций.

Тепловая теория не в состоянии объяснить ряд особенностей горения, как, например, катализ и ингибирование при введении в реагирующую смесь малых добавок некоторых веществ (воды, галоидоводородов и т.п.), светохимические реакции (Н2+Cl2) и т.д. Эти явления объясняются цепной теорией самовоспламенения, в соответствии с которой химическая реакция самоускоряется не путем непосредственного взаимодействия исходных молекул с выделением тепла, а с помощью активных «осколков» (радикалов, атомарных частиц и др.), образующихся при распаде этих молекул. При этом скорость реакций может прогрессивно возрастать и в изотермических условиях.

Таким образом, причиной самоускорения реакций может быть накопление в системе, как тепла реакции, так и химически активных продуктов реакции.

По тепловому механизму после химического взаимодействия продукты реакции обладают большим запасом кинетической энергии. Эта энергия может рассеиваться в окружающем пространстве при соударениях молекул или излучением, а также расходоваться на разогрев реагирующей смеси.

Цепной механизм реакции объясняется перераспределением избыточной энергии, которая реализуется в реакции следующим образом: запас химической энергии, сосредоточенный в молекуле продукта первичной реакции, передается одной из реагирующих молекул, которая переходит в химически активное состояние. Подобные условия более благоприятны для протекания реакции, чем условия, при которых химическая энергия взаимодействия переходит в энергию теплового хаотического движения.

При таком механизме передачи энергии реакция приводит к образованию одной или нескольких новых активных частиц - возбужденных молекул, свободных радикалов или атомов. Таковы, например, атомарный водород, кислород, хлор, радикалы и гидроксил, и т.д. Все эти вещества, являясь химически ненасыщенными, отличаются высокой реакционной способностью и могут реагировать с компонентами смеси, образуя в свою очередь, свободные радикалы и атомы. Так образуется цепочка последовательных реакций.

Цепная реакция протекает различно, в зависимости от того, сколько активных вторичных центров образуется на каждый израсходованный активный центр - один или больше одного. В первом случае общее число активных центров остается неизменным, и реакция протекает с постоянной (при данных температуре и концентрации) скоростью, т.е. стационарно. Во втором случае число активных центров непрерывно возрастает, цепь разветвляется и реакция самоускоряется.

Это неограниченное, до полного израсходования реагирующих компонентов, самоускорение воспринимается как самовоспламенение. Внешне реакция протекает так же, как и при тепловом самовоспламенении. Различие состоит в том, что при тепловом механизме в реагирующей смеси накапливается тепло, а при цепном механизме - активные центры. Оба фактора ведут к ускорению реакции. Цепное воспламенение принципиально может осуществляться при постоянной температуре без заметного разогрева смеси.

Типичным примером цепной разветвленной реакции является процесс окисления водорода (взрыв гремучего газа).

Реакция протекает по схеме:

Разветвление цепи проходит при следующих реакциях:

когда за один цикл превращений каждый вступающий в реакцию атом водорода вызывает образование двух молекул воды и трех новых атомов водорода.

Обрыв цепей проходит либо на стенке:

,

либо в объеме: с образованием малоактивного радикала НО2.

Причинами обрыва цепи в объеме смеси является:

1) побочная реакция активного центра с примесями, содержащимися в смеси;

2) рассеивание активной частицей избыточной химической энергии при столкновениях с неактивными молекулами.

Обрыв цепи на стенках реакционного сосуда объясняется адсорбцией активных центров на его поверхности.

Условием ускорения реакции является в данном случае превышение числа разветвления цепей над числом их обрывов. Цепные реакции могут протекать и при полном отводе тепла, т.е. в изотермических условиях, тогда как при тепловом механизме реакция должна была бы затухнуть. По цепной теории появление тепла - только следствие процесса, а не причина возникновения горения.

2. Химические взрывы

Взрыв -- физический или химический быстропротекающий процесс с выделением значительной энергии в небольшом объёме, (по сравнению с количеством выделяющейся энергии), приводящий к ударным, вибрационным и тепловым воздействиям на окружающую среду и высокоскоростному расширению газов. При химическом взрыве, кроме газов, могут образовываться и твёрдые высокодисперсные частицы, взвесь которых называют продуктами взрыва. Взрывы классифицируют по происхождению выделившейся энергии на:

- химические;

- физические;

- взрывы ёмкостей под давлением (баллоны, паровые котлы);

- взрыв расширяющихся паров вскипающей жидкости;

- взрывы при сбросе давления в перегретых жидкостях;

- взрывы при смешении двух жидкостей, температура одной из которых намного превышает температуру кипения другой;

- кинетические (падение метеоритов);

- ядерные;

- электрические (например при грозе).

Единого мнения о том, какие именно химические процессы следует считать взрывом, не существует. Это связано с тем, что высокоскоростные процессы могут протекать в виде детонации или дефлаграции. Детонация отличается от горения тем, что химические реакции и процесс выделения энергии идут с образованием ударной волны в реагирующем веществе, и вовлечение новых порций взрывчатого вещества в химическую реакцию происходит на фронте ударной волны, а не путём теплопроводности и диффузии, как при горении. Как правило, скорость детонации выше скорости горения, однако это не является абсолютным правилом. Различие механизмов передачи энергии и вещества влияют на скорость протекания процессов и на результаты их действия на окружающую среду, однако на практике наблюдаются самые различные сочетания этих процессов и переходы детонации в горение и обратно. В связи с этим обычно к химическим взрывам относят различные быстропротекающие процессы без уточнения их характера.

Существует более жёсткий подход к определению химического взрыва как исключительно детонационному. Из этого условия с необходимостью следует, что при химическом взрыве, сопровождаемом окислительно-восстановительной реакцией, сгорающее вещество и окислитель должны быть перемешаны, иначе скорость реакции будет ограничена скоростью процесса доставки окислителя, а этот процесс, как правило, имеет диффузионный характер. Например, природный газ медленно горит в горелках домашних кухонных плит, поскольку кислород медленно попадает в область горения путём диффузии. Однако, если перемешать газ с воздухом, он взорвётся от небольшой искры -- объёмный взрыв.

Индивидуальные взрывчатые вещества, как правило, содержат кислород в составе своих собственных молекул, притом, их молекулы, по сути, метастабильные образования. При сообщении такой молекуле достаточной энергии она самопроизвольно диссоциирует на составляющие атомы, из которых образуются продукты взрыва, с выделением энергии, превышающей энергию активации. Подобными свойствами обладают молекулы нитроглицерина, тринитротолуола и др. Нитраты целлюлозы, чёрный порох, который состоит из механической смеси горючего вещества и окислителя, в обычных условиях не склонны к детонации, но их по традиции относят к взрывчатым веществам.

химический реакция горение детонация

Список литературы

1. Мешкова Ю.В., Юров С.М. «Безопасность жизнедеятельности»; г. Москва 1997г.

2. С.В. Белов, В.А. Девисилов, А.Ф. Козьяков, Л.Л. Морозова, В.С. Спиридонов, В.П.Сивков, Д.М. Якубович. «Безопасность жизнедеятельности»; г. Москва, 2000г.

3. Интернет:

http://ru.wikipedia.org/wiki/Взрыв

Размещено на Allbest.ru