Расчёт температуры самовоспламенения

Горение может возникнуть в объёме газо- или паро-воздушной смеси в результате её воспламенения при нагревании в химическом реакторе, технологическом аппарате и т. п. В этом случае процесс горения возникает как бы самопроизвольно, поэтому его называют самовоспламенением.

Самовоспламенение – это явление резкого увеличения скорости экзотермических реакций окисления, приводящее к возникновению горения и/или взрыва.

В некоторых случаях горение может возникнуть за счёт самонагревания, которое обусловлено происходящими в веществах физическими, химическими и биологическими процессами при низких (до 70°С) температурах (окисление, разложение, адсорбция, конденсация, жизнедеятельность микроорганизмов и т. д.). Этот процесс называется самовозгоранием.

Причинами теплового самовозгорания веществ и материалов являются процессы адсорбции и окисления. Жизнедеятельность термофильных микроорганизмов служит причиной микробиологического самовозгорания. В основе химического самовозгорания лежит химическая реакция, протекающая с выделением большого количества тепла. К веществам, склонным к тепловому самовозгоранию, относятся также масла, жиры и олифы.

Условия самовозгорания зависят от химической природы материала, его формы и массы, начальных и граничных условий теплообмена с окружающей средой. При разработке мероприятий по предотвращению пожаров от самовозгорания необходимы знания параметров пожарной опасности веществ и материалов. К этим параметрам относятся температура самонагревания, температура тления и условия теплового самовозгорания.

Температура самонагревания – это температура, начиная с которой в веществе или материале, находящемся в атмосфере воздуха, возникают практически различимые процессы окисления, разложения и т. п.

Температура самонагревания является самой низкой температурой вещества, нагревание при которой может потенциально привести к самовозгоранию. Безопасной температурой длительного нагрева вещества считается температура не выше 90 % от температуры самонагревания.

Различная способность растительных масел и животных жиров к самовозгоранию объясняется тем, что они содержат глицериды различного состава и строения и не в одинаковом количестве. Чем больше кислорода (йода) присоединяется к молекуле глицерида, тем больше тепла выделяется при окислении и, следовательно, тем больше способность глицеридов к самовозгоранию. О количестве глицеридов непредельных кислот в масле или жире судят по йодному числу масла, т. е. по количеству йода, поглощённому 100 г масла.

Температура самовоспламенения – наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний происходит резкое увеличение скорости экзотермических реакций, заканчивающихся пламенным горением.

Температура самовоспламенения Т _свп, при стандартных условиях различных веществ приведена в справочнике Баратова А. Н. «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения». Установлено, что в пределах гомологического ряда величина Т _свп является функцией длины углеродной цепи в молекуле. Чем длиннее цепь, тем ниже температура самовоспламенения. Метод расчета Т _свп основан на эмпирической зависимости Т _свп от длины углеродной цепи.

Метод пригоден для расчета Т _свп алифатических углеводородов, алифатических спиртов и ароматических углеводородов.

Задача состоит в том, чтобы по структурной формуле химического соединения найти для него среднюю длину углеродных цепей.

Углеродная цепь - это цепочка атомов углерода от одного конца молекулы до дрyгoгo.

Длина цепи - это число атомов углерода в такой цепи.

Например, в нормальном гептане

1 2 3 4 5 6 7

СН₃ – СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₂ - СН₃

одна углеродная цепь и ее длина равна 7.

1 2 3

В изобутане СН₃ – СН – СН₃

|

СН₃

три цепи с одинаковой длиной (цепь 1-2-3, 1-2-4 и 3-2-4), длина каждой цепи равна 3. Средняя длина углеродных цепей в этом соединении тоже равна 3.

Определив среднюю длину цепи, далее по приложениям 13-15 находят Т _свп. Например, для н -гептана Т _свп = 496 К, а для изобутана Т _свп = 743 К (приложение 13 для предельных углеводородов).

В молекуле химического соединения со сложной структурой иногда бывает трудно сразу найти все углеродные цепи. Поэтому для определения числа цепей используют формулу

, (39)

где М _р - число концевых функциональных групп, таких как: -СН₃,-ОН и бензольных колец.

Например, в н -гептане 2 группы СН₃, т. е. М _р= 2, из формулы (39) следует, что число цепей равно 1. В изобутане М _р=3, подставляя это значение в формулу (39), получим m = 3.