เคมีของกระบวนการเผาไหม้ พลังงานระเบิด

พลังงานระเบิด

ข้อได้เปรียบหลักของการระเบิดเหนือแหล่งพลังงานอื่นคือความกะทัดรัดการขนส่งและความจริงที่ว่าการปล่อยพลังงานสามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาอันสั้นทำให้สามารถพัฒนาพลังงานมหาศาลได้ ดังนั้นด้วยการระเบิดของประจุทรงกลมที่มีมวล 1 กก. และความหนาแน่น 1.65 กรัม / ซม. 3 ซึ่งทำจากวัตถุระเบิดที่ทรงพลัง - เฮกเจน, ตื่นเต้น (เริ่มต้น) ในศูนย์ความเร็วการแพร่กระจายของการระเบิดผ่านวัตถุ (ระเบิด) วิธีการ r   (รัศมีประจุ) ซึ่งจะผ่านการระเบิดนั้นพิจารณาจากความเสมอภาค

ที่ไหน Gup -   ความหนาแน่นของมวลและประจุตามลำดับ

เวลาดำเนินการตามกระบวนการคือτ = r / D (D   - ความเร็วการระเบิด)

อำนาจ ยังไม่มีข้อความ   (kJ / e) ที่พัฒนาขึ้นระหว่างการระเบิดสามารถประมาณได้โดยทราบปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมา q   เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงของ RDX 1 กิโลกรัม:

สำหรับ RDX q   = 5420 kJ / kg พลังงานที่คำนวณได้จะถูกประเมินค่ามากเกินไปเนื่องจากช่วงเวลาที่ก๊าซที่กำลังขยายตัวทำงานไม่ได้ถูกนำมาพิจารณา ควรสังเกตว่าเกินความสามารถของโรงไฟฟ้าที่ใหญ่ที่สุดในโลก วัตถุระเบิดที่มีความสามารถในการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วถูกเรียกว่า การระเบิด

วัตถุระเบิดที่ปล่อยระเบิดวัตถุระเบิดซึ่งไม่มีประโยชน์อย่างแท้จริงและใช้สำหรับการเตรียมวัตถุระเบิดเท่านั้น หมายถึงการระเบิด (หมวกระเบิดตลับหมึกระเบิดฟิวส์สายไฟระเบิด ฯลฯ ) รวมกันเป็นกลุ่มย่อยพิเศษ การระเบิดของวัตถุระเบิดดินปืนและวัตถุระเบิดเป็นกลุ่มของวัตถุระเบิด ทั้งในระหว่างการจุดระเบิดและการเผาไหม้ในระหว่างการยิงมีการกำหนดเงื่อนไขเพิ่มเติมในการเปลี่ยนระเบิดเป็นก๊าซ: สำหรับปืนใหญ่ - การเผาไหม้ของรัฐคงที่ที่ความดันต่าง ๆ สำหรับระเบิดระเบิด - อัตราการแพร่กระจายของการเปลี่ยนแปลงโดยสารที่สูงมาก

อย่างไรก็ตามวัตถุระเบิดนั้นมีความสามารถไม่เพียงแค่การเปลี่ยนรูปอย่างรวดเร็ว หากคุณติดไฟวัตถุระเบิดจำนวนเล็กน้อยด้วยวิธีการทั่วไปและอนุญาตให้ทำการเผาไหม้ภายใต้สภาพบรรยากาศโดยไม่ขัดขวางการปล่อยก๊าซการเผาไหม้จะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ และสงบ วิธีการทำลายล้างของวัตถุระเบิดที่ไม่สามารถทำลายได้โดยการเผาจะขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ด้วยการปฏิบัติที่มีคุณสมบัติเหมาะสมมันค่อนข้างปลอดภัยและสะดวกสบาย ในกรณีของการเผาไหม้ที่ไม่เหมาะสมสถานการณ์อาจเกิดขึ้นภายใต้การเผาไหม้ที่จะกลายเป็นระเบิดโดยธรรมชาติด้วยการแปลงระเบิดเป็นก๊าซได้เร็วขึ้น

การระเบิดคืออะไร? การระเบิดหมายถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพหรือทางเคมีของสารซึ่งพลังงานจะผ่านไปสู่พลังงานของการบีบอัดและการเคลื่อนที่ของสารอย่างรวดเร็วหรือผลิตภัณฑ์ของการเปลี่ยนแปลงและสิ่งแวดล้อม   พลังงานของการระเบิดอาจแตกต่างกัน การเปิดตัวของสารเคมี, ไฟฟ้า, นิวเคลียร์, ความร้อน, พลังงานความร้อน, พลังงานจลน์, พลังงานการบีบอัดยืดหยุ่นสามารถมาพร้อมกับกระบวนการระเบิด ยกตัวอย่างเช่นในวิธีการจุดประกายไฟฟ้าของการทำลายของวัสดุที่ใช้ microexplosions แหล่งพลังงานที่เป็นกระแสไฟฟ้าและผู้ให้บริการของพลังงานเป็นผลิตภัณฑ์ของการระเหยและการสลายตัวหรือเพียงแค่ความร้อนสื่อที่ปล่อยออกมา การระเบิดที่เกิดจากการทำลายของถังก๊าซอัด, หม้อไอน้ำ, ถังแรงดันสูงสามารถดำเนินการด้วยความเร็วสูงและสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อพื้นที่โดยรอบ

อย่างไรก็ตามความสำคัญหลักคือการใช้พลังงานเคมีที่มีศักยภาพซึ่งในสารหลายชนิดภายใต้เงื่อนไขบางประการ (อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางเคมี) สามารถผ่านเข้าไปในพลังงานของก๊าซอัดได้อย่างรวดเร็ว สารที่มีความสามารถในการเปลี่ยนรูปแบบนี้เรียกว่าระเบิดและสารระเบิด ในอนาคตภายใต้การระเบิดโดยไม่มีการจองเป็นพิเศษเราจะเข้าใจเฉพาะการระเบิดของสารเคมีและกระบวนการทั้งหมดที่อยู่ในการพิจารณานั้นมาจากกระบวนการที่เกิดขึ้นระหว่างการระเบิดของสารเคมี

การระเบิดสามารถจำแนกได้ตามปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมา เนื่องจากบางครั้งกระบวนการนี้ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์ของอุปกรณ์ (ตัวอย่างเช่นสำหรับหม้อน้ำนิวเมติก - โดยปริมาตรของห้องและความดันของอากาศอัด) จึงต้องสามารถกำหนดพลังงานได้ สำหรับหม้อน้ำนิวเมติกก็เท่ากับ PV /(k   - 1) ที่ไหน P   - ความดันของก๊าซอัด V -   ปริมาณห้อง เค -   ปัจจัยการแก้ไข (สำหรับอากาศ k   = 1.4) สำหรับหม้อน้ำจำหน่ายไฟฟ้า - UC2/2,   ที่ไหน C   - ความจุ คุณ - แรงดันไฟฟ้า พลังงานของวัตถุระเบิดทางเคมีมักถูกกำหนดโดยความร้อนของการระเบิดเป็นกิโลจูลต่อกิโลกรัม โดยธรรมชาติแล้วการเปรียบเทียบแหล่งที่มาเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนพลังงานจากหน่วยหนึ่งไปยังอีกหน่วยหนึ่ง (แคลอรี่ไปยังจูล ฯลฯ )

ในการเชื่อมต่อกับการพิจารณาการระเบิดให้เราสัมผัสกับกระบวนการในระดับที่ตรงข้ามกับมันแรงผลักดันซึ่งเป็นจุดเริ่มต้นที่จะนำไปใช้ในเทคโนโลยี ด้วยการระเบิดของประจุระเบิดระดับพลังงานช่วยให้ก๊าซเนื่องจากการขยายตัวเพื่อทำงานในสภาพแวดล้อมภายนอก แรงกระตุ้นสารของสภาพแวดล้อมโดยรอบแหล่งที่มามีความดันสูงกว่าที่แหล่งที่มาของตัวเองและเมื่อขจัดอุปสรรคในการแยกมันเป็นไปได้ที่จะรีบวิ่งภายในแหล่งที่มา กระบวนการดังกล่าวอาจทำให้เกิดคลื่นรบกวน ตัวอย่างที่ง่ายที่สุดของแรงกระตุ้นคือหลอดไฟของหลอดไฟฟ้า (ซึ่งถูกอพยพออกไป) แตกในอากาศ ยิ่งความดันของตัวกลางสูงเท่าไรพลังงานก็จะถูกปล่อยออกมามากขึ้นเมื่อโพรงพังทลายลง ในบ่อลึกมันจะกลายเป็นสิ่งสำคัญแม้ในโพรงเล็ก ๆ ปรากฏการณ์ที่คล้ายกันเกิดขึ้นระหว่างการระเบิดใต้น้ำเมื่อผลิตภัณฑ์ที่มีการขยายตัวมากเกินไปยุบตัวภายใต้แรงกระทำของแรงดันน้ำ ในแผ่นดินไหวสิ่งนี้ถูกบันทึกไว้ว่าเป็นผลกระทบที่สองของการระเบิดที่เกิดขึ้นในอ่างเก็บน้ำโดยมีประจุที่ลึกพอสมควร

การระเบิดของสารเคมี   - การเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่แพร่กระจายด้วยตนเองของสารที่ทำด้วยความเร็วสูงการกำเนิดความร้อนและการก่อตัวของก๊าซที่ถูกบีบอัดเป็นแรงดันสูง การระเบิดเป็นกรณีเฉพาะของการระเบิดที่ดำเนินการด้วยความเร็วสูงสุดคงที่สำหรับสารที่กำหนด

ก่อนอื่นจำเป็นต้องประเมินพลังงาน (ปริมาณความร้อน) ที่ปล่อยออกมาระหว่างการระเบิด ปฏิกิริยามีสองประเภท - ด้วยการปล่อยความร้อน (คายความร้อน) และการดูดซึม (ดูดความร้อน) ความร้อนของการก่อตัวของโมเลกุล - สารประกอบจากอะตอม (ความร้อนของการก่อตัวของหลังเป็นศูนย์) - สามารถลบได้ (จำเป็นต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมในการก่อตัวของพวกเขาจากองค์ประกอบ) เช่นเดียวกับในเชิงบวก การปลดปล่อยความร้อนจากวัตถุระเบิดมักเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างส่วนประกอบที่ติดไฟได้และสารออกซิไดส์ (ออกซิเจน) ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของมัน ถ้าระเบิดเป็นสารประกอบทางเคมีแต่ละตัวพวกมันจะเป็นกลุ่มต่าง ๆ ในโมเลกุลถ้าผสมมันเป็นสารต่าง ๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นส่วนผสม อัตราส่วนจะกำหนดความสมดุลของออกซิเจนของสาร เมื่อออกซิเจนไม่เพียงพอที่จะออกซิไดซ์อย่างสมบูรณ์ส่วนประกอบที่ติดไฟได้ของระเบิดความสมดุลจะเป็นค่าลบ ในสารที่มีความสมดุลของออกซิเจนในเชิงบวกส่วนหนึ่งของออกซิเจนในการระเบิดยังคงไม่ได้ใช้และจะหายไปโดยไม่ได้ผล คุณสมบัติของวัตถุระเบิดคอมโพสิตสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยการเลือกสารออกซิไดซ์ที่เหมาะสมและติดไฟได้

ความสมดุลของออกซิเจนหมายถึงการขาดหรือเกิน (หน่วยเป็นกรัม) ของออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการออกซิเดชั่นหรือ 100 กรัมของการระเบิดที่เหลือในระหว่างการเกิดออกซิเดชัน สำหรับ tetranitrometa C (ΝO2) 4 มันเท่ากับ +49, แอมโมเนียมไนเตรตΝH4ΝΟ3 - +20, trotyl C7H5N3O6 - -74, hexogen (СH2N2) 3 - -21.6 ความสมดุลของออกซิเจนเชิงลบสูงสุดตามนิยามคือสำหรับไฮโดรเจน (-794), ค่าบวกสูงสุดสำหรับออกซิเจน (+100)

ตัวอย่างของวัตถุระเบิดที่มีความสมดุลของออกซิเจนเป็นลบคือทริลซึ่งเป็นระเบิดที่พบบ่อย ชื่อทางเคมีของมันคือ trinitrotoluene พบชื่อ tol, TNT ดังที่เห็นได้จากสูตรโครงสร้างส่วนประกอบที่ติดไฟได้ - อะตอมของไฮโดรเจนและคาร์บอนและตัวออกซิไดซ์ - เป็นออกซิเจนซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มไนโตร (NO2) ในโมเลกุลทีเอ็นทียังไม่ได้เชื่อมโยงกัน:

ขึ้นอยู่กับสูตรของสารคุณสามารถระบุทิศทางที่ปฏิกิริยาจะดำเนินการต่อไปในกรณีนี้ผลิตภัณฑ์ใดบ้างที่สามารถเกิดขึ้นได้ในกรณีนี้ สำหรับ TNT ปฏิกิริยาของการสลายตัวแบบระเบิดมีดังนี้:

องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ขึ้นอยู่กับสภาวะการระเบิดและสถานะสุดท้าย (ระดับการขยายตัว) ระบบระเบิดจำนวนมากเป็นคนแรกที่ตระหนักถึงปฏิกิริยาที่โดดเด่นด้วยการปลดปล่อยพลังงานสูงสุด ดังนั้นในสารที่มีสูตรของรูปแบบ CaH4McOd ที่มีการขาดออกซิเจนค่อนข้างน้อย [ d< (2a + b / 2)] ก่อนอื่นไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในฐานะที่เป็นประโยชน์มากที่สุดเนื่องจากมีการปล่อย 255 kJ ต่อหน่วยของออกซิเจนระหว่างการก่อตัวของ H2O และ 187 kJ / ในระหว่างการก่อตัวของ CO2 (ความร้อนของการก่อตัวของ CO2 คือ 379 kJ / mol)

วิธีการคำนวณความร้อนของการเปลี่ยนแปลงของวัตถุระเบิดซึ่งมีการบันทึกผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้การก่อตัวที่ทำให้เกิดความร้อนสูงสุดนั้นเรียกว่าหลักการของการทำงานสูงสุด การคำนวณในระดับหนึ่งทำให้กระบวนการเป็นอุดมคติและให้ความแม่นยำสูงสุดสำหรับระบบที่มีค่าบวกหรือสมดุลออกซิเจนเล็กน้อย ในความเป็นจริงองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิด (PT) มักจะไม่ตรงกับการคำนวณนี้ หลังเกิดจากความจริงที่ว่าปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไปเป็นเวลานานหลังจากการระเบิดและสมดุลถูกจัดตั้งขึ้นระหว่างผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาที่มีผลทั้งความร้อนบวกและลบ ตัวอย่างหลังเป็นปฏิกิริยา

สำหรับการคำนวณโดยประมาณของระบบที่มีความสมดุลของออกซิเจนในเชิงลบคุณสามารถใช้วิธี Le Chatelier ตามหลักการของปริมาตรสูงสุดและหากปริมาตรเท่ากันปฏิกิริยาที่เกิดจากการปล่อยความร้อนขนาดใหญ่จะมีความสำคัญ วิธีนี้ใช้ได้ผลที่สุดในการพิจารณาสถานะสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ระเบิด ปฏิกิริยาเด่นคือออกซิเดชันของคาร์บอนต่อ CO หากออกซิเจนถูกปล่อยออกมาจะมีค่าใช้จ่ายเท่ากันในการออกซิเดชั่นเพิ่มเติมของ CO และ H2 ปฏิกิริยาการสลายตัวของ RDX ในกรณีนี้เขียนเป็น:

การคำนวณองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดที่แม่นยำยิ่งขึ้นนั้นคำนึงถึงจลนศาสตร์และเงื่อนไขของปฏิกิริยา ความถูกต้องของการคำนวณเหล่านี้ไม่เพียงพอเสมอไปเนื่องจากการขาดข้อมูลที่เชื่อถือได้เกี่ยวกับสถานะของสารที่อุณหภูมิและความดันสูง ข้อมูลเกี่ยวกับความร้อนและองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดยังได้รับการทดลองด้วยซึ่งวิธีการพิเศษในการตรวจสอบการระเบิดได้รับการพัฒนาและนำไปใช้อย่างประสบความสำเร็จ

ดังที่ระบุไว้แล้วพลังงานระเบิดเป็นลักษณะของความร้อนจากการเปลี่ยนแปลงการระเบิดของวัตถุระเบิด การรู้ถึงความร้อนของการก่อตัวของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของการระเบิดและการใช้กฎหมาย Hess (ความร้อนของกระบวนการไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางการเปลี่ยนแปลง แต่ในสถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของสาร) เราสามารถคำนวณความร้อนและพารามิเตอร์อื่น ๆ ของการระเบิด การคำนวณดังกล่าวสามารถเกิดขึ้นได้ในการฝึกฝนของวิศวกรธรณีฟิสิกส์เนื่องจากมีการใช้วัตถุระเบิดผสมและดินปืนและจะใช้ในการเพิ่มปริมาณ

ทำการคำนวณส่วนผสมที่ถูกระเบิดของ Idanit จากแอมโมเนียมไนเตรทแบบเม็ดด้วยเชื้อเพลิงเหลว เพื่อความสะดวกในการคำนวณแทนที่จะใช้ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม - น้ำมันแสงอาทิตย์หรือน้ำมันก๊าดซึ่งเป็นส่วนผสมของสาร - ใช้เบนซีน (C6H6) พิจารณากรณีเมื่อมีการระบุส่วนผสมที่ระเบิดได้โดยการระบุส่วนประกอบและความสมดุลของออกซิเจน ปล่อยให้มันเป็นส่วนผสมของเบนซีนและแอมโมเนียมไนเตรทควรมีความสมดุลของออกซิเจนที่ -10 มิฉะนั้นจะขาดออกซิเจน 10 กรัมในการออกซิไดซ์อย่างเต็มที่ 100 กรัมของส่วนผสม เริ่มต้นด้วยเราจะกำหนดองค์ประกอบที่ส่วนผสมควรมีเพื่อตอบสนองงาน

เพื่อให้การแก้ปัญหาง่ายขึ้นขอให้เราจินตนาการว่าวัตถุระเบิดของเราประกอบด้วยสองส่วน - หนึ่งในองค์ประกอบ (ในกรณีนี้เชื้อเพลิงเนื่องจากความสมดุลเป็นลบ) ถ่ายในปริมาณที่ให้สมดุลที่ต้องการและส่วนผสมของสารที่ระบุของศูนย์สมดุลออกซิเจน ทฤษฎี) หากเราเพิ่มส่วนผสมดังกล่าวลงในปริมาณเชื้อเพลิงที่คำนวณได้ทำให้น้ำหนักรวมเป็น 100 กรัมเราจะได้องค์ประกอบที่มีความสมดุลของออกซิเจนตามที่กำหนด

ดำเนินการคำนวณอย่างต่อเนื่อง

เกี่ยวกับการเกิดออกซิเดชันของโมเลกุลเบนซีน (น้ำหนักโมเลกุลของมันคือ 78)

จะต้องใช้ 15 อะตอมของออกซิเจน ดังนั้นปริมาณของเบนซีน x1, การเกิดออกซิเดชันซึ่งต้องใช้ออกซิเจน 10 กรัมเราได้รับจากสัดส่วน "เบนซีน - ออกซิเจนจำเป็น":

เพิ่มไปยังปริมาณนี้ (100 - x1) g ผสมศูนย์สมดุลของออกซิเจนเราได้รับส่วนผสมขององค์ประกอบที่กำหนด

ให้เราหันไปหาการคำนวณเนื้อหาของส่วนประกอบใน 96.75 กรัมของส่วนผสม stoichiometric ตรวจสอบออกซิเจนส่วนเกินในตัวออกซิไดเซอร์ ดินประสิวจะสลายตัวและปล่อยออกซิเจน:

นอกจากนี้ 80 กรัมของสารออกซิไดซ์ (น้ำหนักโมเลกุลของแอมโมเนียมไนเตรท 80) จะปล่อยออกซิเจนออกมา 16 กรัม ปฏิกิริยาระหว่างเบนซีนและแอมโมเนียมไนเตรตในส่วนผสมของความสมดุลของออกซิเจนเป็นศูนย์จะถูกเขียนเป็น

จากนั้นเราจะได้สัดส่วน:

ดังนั้นในส่วนผสม 96.75 กรัมจะมีเบนซิน 5.85 กรัมและแอมโมเนียมไนเตรท 90.85 กรัม ดังนั้นองค์ประกอบสุดท้ายของส่วนผสมที่มีความสมดุลของออกซิเจนที่กำหนดและองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดที่คำนวณตามหลักการของการดำเนินการสูงสุดจะเป็น:

โดยไม่ต้องใช้การคำนวณมันเป็นไปได้ที่จะบันทึกเนื้อหาของฟรีคาร์บอนในผลิตภัณฑ์ระเบิดทันทีเนื่องจากมันมีสถานะที่แม่นยำซึ่งจะกำหนดสมดุลของออกซิเจนในเชิงลบของส่วนผสม เนื่องจากการออกซิเดชั่นเต็มรูปแบบของคาร์บอน 12 กรัมต้องการออกซิเจน 32 กรัมออกซิเจน 10 กรัมสามารถออกซิไดซ์กรัมของคาร์บอนหรือเศษของโมเลกุลของคาร์บอน ข้อควรพิจารณาเหล่านี้เหมาะสำหรับการตรวจสอบความถูกต้องของการคำนวณ

ในการเตรียมส่วนผสมดังกล่าวนั้นง่ายมาก: ปริมาณไนเตรตในปริมาณที่เหมาะสมจะต้องผสมกับน้ำมันเบนซิน มีส่วนประกอบเริ่มต้นและรู้องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดมันเป็นเรื่องง่ายในการคำนวณความร้อนของการระเบิดของระบบ ความร้อนของการก่อตัวของส่วนประกอบเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ของการระเบิดที่พบในไดเรกทอรีที่เกี่ยวข้อง ดังนั้นสำหรับ 1 โมลของเบนซีนก็คือ (ในหน่วย kJ / mol) -39.1, แอมโมเนียมไนเตรต - +410.8, CO2 - +444.2, H2O - +271.7

ผลความร้อนจากการระเบิด Qx ประจุในปัญหานั้นสามารถหาได้จากสมการ

(4.29)

มันจะเป็น 374 kJ / 100 กรัมของส่วนผสมหรือ 3740 kJ / kg

ปริมาณของผลิตภัณฑ์ก๊าซที่เกิดขึ้น (ในลิตร) สามารถคำนวณได้จากสมการปฏิกิริยาโดยการคูณจำนวนโมลของก๊าซโดย 22.4 (ปริมาณของโมเลกุลกรัม) โดยธรรมชาติสิ่งนี้ควรคำนึงถึงสถานะของสาร ดังนั้นคาร์บอน (อุณหภูมิการระเหิดสูงกว่า 3700 ° C ที่ความดันบรรยากาศปกติ) จะไม่ให้เฟสแก๊สน้ำแน่นอนจะเป็นไอน้ำ ปริมาตรของผลิตภัณฑ์ระเบิดที่เรียกว่าสภาวะบรรยากาศปกติเรียกว่า ปริมาณที่กำหนด   ในปัญหาที่กล่าวถึงข้างต้นจะอยู่ที่ประมาณ 800 ลิตร / กิโลกรัม

หากทราบความร้อนและองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดแล้วอุณหภูมิ Tดวงอาทิตย์สามารถตัดสินได้จากความสัมพันธ์ Tยึด = = Q / Cvcr ที่ไหน Cv cp คือความจุความร้อนเฉลี่ยของผลิตภัณฑ์ระเบิด (ที่ปริมาตรคงที่) สำหรับช่วงเวลา Τ 0–Τ ยึด เป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าความจุความร้อนเป็นหน้าที่ของอุณหภูมิ

หลังนำเสนอภาวะแทรกซ้อนบางอย่าง (เทคนิคล้วนๆ) ในการคำนวณเนื่องจากทราบประเภทของการพึ่งพา อย่างไรก็ตามมันง่ายกว่าที่จะใช้ข้อมูลสำเร็จรูปเกี่ยวกับปริมาณความร้อนของก๊าซที่อุณหภูมิต่าง ๆ (ตารางที่ 4.1)

ตารางที่ 4.1

การเปลี่ยนแปลงปริมาณความร้อน (พลังงานภายใน) ของก๊าซบางชนิด (kJ / mol)

เมื่อกำหนดอุณหภูมิและรู้องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ของการระเบิดคุณสามารถค้นหาปริมาณความร้อนและเปรียบเทียบกับความร้อนของการระเบิด การเปรียบเทียบจะกำหนดลักษณะของข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นเมื่อเลือกอุณหภูมิ ทำซ้ำการดำเนินการ แต่ด้วยอุณหภูมิ (แก้ไข) ที่แตกต่างกันคุณสามารถใช้วิธีการประมาณเพื่อค้นหาอุณหภูมิของการระเบิด

ควรสังเกตว่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการระเบิดมีขนาดค่อนข้างเล็ก: วัตถุระเบิดที่ทรงพลังที่สุดมีความร้อนจากการระเบิด 6500-6700 kJ / kg ด้วยการระเบิดทีเอ็นที 1 กิโลกรัมความร้อนประมาณ 4,000 kJ จะถูกปลดปล่อยในอากาศและเมื่อเผาไหม้น้ำมันดีเซล 1 กิโลกรัม - ประมาณ 44,000 kJ แต่ความร้อนของการเผาไหม้ 1 กิโลกรัมของน้ำมันดีเซลผสมกับออกซิเจนจะมีเพียง 10,000 kJ และ 1 กิโลกรัมของส่วนผสมของน้ำมันดีเซลและอากาศ - 2670 kJ มันเน้นย้ำซ้ำ ๆ ว่านอกเหนือจากการปล่อยพลังงานการระเบิดนั้นมีลักษณะโดยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ที่อยู่ในสถานะก๊าซที่อุณหภูมิเหล่านั้นที่มาถึงในระหว่างการระเบิด

แม้ความร้อนจากปฏิกิริยาของปลวก

สูงกว่าความร้อนจากการสลายตัวของ TNT ประมาณ 2.3 เท่าการเผาไหม้จะดำเนินต่อไปอย่างสงบ ผลิตภัณฑ์ที่เป็นผลลัพธ์แม้ที่อุณหภูมิเหล่านั้นซึ่งถูกทำให้ร้อนจะยังคงเป็นของเหลว แต่มีเพียงปลวกที่เปียกเท่านั้นเนื่องจากรูปภาพเปลี่ยนไป: ความร้อนเปลี่ยนน้ำให้กลายเป็นไอน้ำและการเผาไหม้จะมาพร้อมกับกระบวนการระเบิด การระเบิดในปริมาตรที่ถูกครอบครองโดยประจุนั้นการระเบิดเกิดขึ้นทันทีที่ถูกบีบอัดไปยังก๊าซความดันขนาดใหญ่ - ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาเพื่อให้แน่ใจว่ามีการปลดปล่อยพลังงานในรูปแบบของงานที่ทำโดยการขยายตัวของก๊าซ

เมื่อสร้างการระเบิดเรามีความสนใจโดยธรรมชาติในความจริงที่ว่ามีการระเบิดร้อยครั้งพลังงานที่ปล่อยออกมามากขึ้นและก๊าซที่ถูกบีบอัดจะเกิดขึ้นซึ่งสามารถรับรู้พลังงานได้อย่างถูกวิธี บางครั้งข้อกำหนดเหล่านี้ขัดแย้งกัน ดังนั้นพลังงานของการสลายตัวของระเบิดสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการเลือกสิ่งที่ติดไฟได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำโลหะเข้าสู่องค์ประกอบของวัตถุระเบิดเช่นอลูมิเนียม (ความร้อนของการก่อตัวของ A12O3 คือ 1,599 kJ / mol) ผลิตภัณฑ์อลูมิเนียมออกซิเดชันเป็นของแข็ง การเพิ่มอลูมิเนียม (ไม่เกินขีด จำกัด ) ไปยังสารผสมบางชนิดสามารถเพิ่มประสิทธิภาพของชิ้นส่วนหลังได้ มีวัตถุระเบิดที่มีความร้อนเพิ่มขึ้นจากการระเบิดที่มีอยู่ในโลหะองค์ประกอบ ดังที่ระบุไว้แล้วส่วนประกอบของผลิตภัณฑ์ของการระเบิดขึ้นอยู่กับการระเบิด แต่ยังขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการระเบิดด้วย: วิธีการเริ่มต้นขนาดและการออกแบบของประจุและเปลือกหอยสภาพของสิ่งแวดล้อมที่เกิดการระเบิดขึ้น หากผลิตภัณฑ์เริ่มต้นยังคงที่และองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ระเบิดจะเปลี่ยนแปลงไปผลของความร้อนของการระเบิดก็จะเปลี่ยนไปเช่นกันดังนั้นสำหรับวัตถุระเบิดบางค่าที่แตกต่างกันของความร้อนจากการระเบิดจะได้รับขึ้นอยู่กับเงื่อนไขที่ใช้งาน เป็นตัวอย่างในตาราง 4.2 แสดง (อ้างอิงจากอาร์ชมิดท์) องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์จากการระเบิดของทีเอ็นที (ความหนาแน่น 1.52) เมื่อการระเบิดของประจุมีความตื่นเต้นโดยผู้ริเริ่มที่อ่อนแอและแข็งแรง

เพื่อให้การเปลี่ยนแปลงของวัตถุระเบิดเนื่องจากการโจมตีของปฏิกิริยาทางเคมีอย่างรวดเร็วที่จะผ่านค่าใช้จ่ายทั้งหมดกระบวนการจะต้องเผยแพร่ด้วยตนเอง ในการทำเช่นนี้ปฏิกิริยาทางเคมีจะต้องมีคุณสมบัติทางจลนศาสตร์ที่เหมาะสมและการปลดปล่อยพลังงานจะต้องชดเชยความสูญเสียที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาความสามารถในการแพร่กระจายตัวเองคายความร้อนการก่อตัวของก๊าซมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิดและส่งผลกระทบต่อกันและกันและขอบเขตของกระบวนการระเบิด

ตารางที่ 4.2

องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์จากการระเบิดของทีเอ็นที

ในแท็บ 4.3 แสดงคุณสมบัติของวัตถุระเบิดและผงที่ใช้ในอุตสาหกรรม

ตารางที่ 4.3

ลักษณะการระเบิดของวัตถุระเบิด

การระเบิดในการระเบิดจะปล่อยพลังงานออกมาเนื่องจากการระเบิดของของแข็งหรือของเหลวในปริมาณเล็กน้อยจะกลายเป็นก๊าซจำนวนมากที่ถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิหลายพันองศา สำหรับวัตถุระเบิดประเภทต่าง ๆ ปริมาตรของก๊าซที่ปล่อยออกมาต่อ 1 กิโลกรัมของวัตถุระเบิดซึ่งมีปริมาตรเริ่มต้นไม่เกิน 0.8-1 ลิตรเป็นค่าตั้งแต่ 300 ถึง 1,000 ลิตรและอื่น ๆ เกิดขึ้นในระหว่างการระเบิดของผลิตภัณฑ์การสลายตัวของก๊าซร้อนของวัตถุระเบิดเริ่มที่จะขยายการผลิตงานเครื่องจักรกล ดังนั้นวัตถุระเบิดจึงมีพลังงานสารเคมีสำรองที่ปล่อยออกมาระหว่างการระเบิด อย่างไรก็ตามไม่เพียง แต่วัตถุระเบิดเท่านั้นที่มีพลังงานแฝงอยู่ แต่ตัวอย่างเช่นน้ำมันเบนซินถ่านหินฟืนและสารติดไฟอื่น ๆ พลังงานของสารไวไฟนี้สามารถปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้ ทำไมเพื่อจุดประสงค์ในการทำลายล้างและการขว้างปาวัตถุระเบิดและดินปืนถูกนำมาใช้แทนน้ำมันเบนซิน? เป็นที่ทราบกันดีว่าพลังงานน้ำมันเบนซิน 1 กิโลกรัมนั้นมีค่า TNT มากกว่า 1 กิโลกรัมมากกว่า 10 เท่าและ 12% มากกว่าผงไพโรซิลินไร้ควัน 12 เท่า แต่การระเบิดและการระเบิดของดินปืนด้วยความเร็วมหาศาลกลายเป็นก๊าซและน้ำมันเบนซินหรือเชื้อเพลิงใด ๆ ไม่สามารถเผาไหม้ได้หากไม่มีอากาศหรือออกซิเจนเพียงพอ การเผาไหม้น้ำมันเบนซิน 1 กิโลกรัมต้องการออกซิเจนมากเท่าที่บรรจุอยู่ในอากาศ 15.5 กก. ดังนั้นความร้อนของการเผาไหม้ (พลังงาน) ของเชื้อเพลิงจะต้องนับเป็น 1 กิโลกรัมของส่วนผสมกับออกซิเจนที่จำเป็นสำหรับการเผาไหม้ทั้งหมด ด้วยการคำนวณนี้ความแตกต่างในพลังงานของการเผาไหม้ของส่วนผสมของน้ำมันเบนซินกับออกซิเจนและพลังงานของการระเบิดของประจุไฟฟ้าในปริมาณเดียวกันนั้นต่ำกว่าที่ระบุไว้ข้างต้นอย่างไรก็ตามในกรณีนี้ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซินนั้นมากขึ้น: / กก. ซึ่งเป็นส่วนผสมของน้ำมันเบนซินที่มีออกซิเจน - 11,000 kJ / kg ดังนั้นมันไม่ได้เป็นปริมาณของพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุระเบิดและดินปืนซึ่งเป็นเหตุผลหลักในการใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการทำลายและการขว้างปา เหตุผลหลักไม่ได้อยู่ในระดับพลังงาน แต่เป็นการปลดปล่อยอย่างรวดเร็ว หากการเผาไหม้ของน้ำมันเบนซิน 1 กิโลกรัมในเครื่องยนต์รถยนต์เกิดขึ้น (ขึ้นอยู่กับกำลังของเครื่องยนต์และโหลด) ในเวลา 10-60 นาทีผง 1 กิโลกรัมจะไหม้ในห้องชาร์จปืนปืนใหญ่สักสองสามพันวินาทีและการระเบิดทีเอ็นที 1 กิโลกรัมใช้เวลาเพียง 30 -40 ร้อยในวินาที พลังงานระหว่างการระเบิดถูกปล่อยออกมาเร็วกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงหลายสิบล้านครั้ง สิ่งนี้อธิบายถึงพลังมหาศาลของการระเบิด อย่างไรก็ตามมันมีความถูกต้องมากขึ้นในการคำนวณพลังของการระเบิดไม่ใช่โดยการระเบิดของประจุทั้งหมด แต่เมื่อเวลาที่ผลิตภัณฑ์ระเบิดเกินระดับความดันบรรยากาศปกติความสำเร็จของระดับดังกล่าวเป็นผลมาจากการยิงด้วยความเร็วสูงของกระบวนการระเบิดที่เกิดขึ้นภายในไม่กี่มิลลิวินาที ในกรณีนี้พลังของ TNT 1 กิโลกรัมจะแสดงมากกว่า 1 MW แต่ถึงแม้จะอยู่ในสภาพจริงพลังงานนี้ก็ไม่สามารถรับรู้ได้อย่างเต็มที่เนื่องจากช่วงเวลาสั้น ๆ ความเฉื่อยมวลของวัสดุที่ถูกถ่ายโอนหรือถูกทำลายซึ่งมันทำหน้าที่เช่นเดียวกับการสูญเสียอันเนื่องมาจากการให้ความร้อนต่อสิ่งแวดล้อม ผลิตภัณฑ์ระเบิดหลังจากการขยายตัวครั้งสุดท้ายและการสูญเสียทางเคมีที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เป็นผลให้งานเครื่องจักรกลที่มีประโยชน์มักจะไม่เกิน 1-2% และเมื่อระเบิดในสื่อที่เป็นของแข็ง - 8-9% ของพลังงานที่มีอยู่ในการระเบิด อย่างไรก็ตามพลังงานที่มีศักยภาพจำนวนมากที่บรรจุอยู่ในวัตถุระเบิดและดินปืนทำให้ขาดไม่ได้แม้จะใช้งานไม่ได้ในการระเบิด พลังงานสูงเป็นเรื่องปกติสำหรับวัตถุระเบิดและเมื่อใช้ในการขว้างปาด้วยกระสุน พลังของประจุผงของกระสุนปืนใหญ่ขนาดใหญ่คือ 10 MW

ตามลำดับเหตุการณ์แรก (ปลายศตวรรษที่สิบเก้า) คือทฤษฎีความร้อนผู้ก่อตั้งซึ่งเป็นจิตรกรเลอชาเตลิเยร์และนูสเซลท์ พื้นฐานของทฤษฎีนี้คือสมมติฐาน van't Gough เกี่ยวกับการพึ่งพาอุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เงื่อนไขสำหรับการระเบิดด้วยความร้อนเป็นปัจจัยสำคัญของการป้อนความร้อนเนื่องจากพลังงานปฏิกิริยามากกว่าการกำจัดความร้อนออกสู่สิ่งแวดล้อม ในกรณีนี้ระบบจะสะสมความร้อนซึ่งนำไปสู่การทำให้ตัวเองร้อนและดังนั้นจึงเร่งปฏิกิริยาของตนเอง

การเกิดขึ้นในระบบปฏิกิริยาออกซิเดชั่นที่ติดไฟได้มักเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนของระบบโดยแหล่งกำเนิดประกายไฟอย่างใดอย่างหนึ่ง เมื่อระบบเชื้อเพลิงมีความร้อนพลังงานของโมเลกุลเชื้อเพลิงและออกซิเจนจะเพิ่มขึ้นและเมื่อถึงค่าที่แน่นอน ศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่ (อนุมูลและอะตอม) ที่มีวาเลนซ์อิสระเกิดขึ้นซึ่งเป็นผลมาจากโมเลกุลของสารที่ติดไฟได้ง่ายเข้าร่วมกับออกซิเจนจากอากาศ Bach และ C. Engler ในปี ค.ศ. 1898 เสนอทฤษฎีการเกิดออกซิเดชันของการเกิดออกซิเดชันอย่างอิสระตามที่เมื่อระบบที่ติดไฟได้ถูกให้ความร้อนออกซิเจนจะถูกกระตุ้นโดยการทำลายพันธะระหว่างอะตอมและโมเลกุลที่ใช้งานจะเข้าสู่สารประกอบที่ติดไฟได้ สารประกอบเปอร์ออกไซด์ประเภท: R 1 -OOR 2 หรือ ROO-OH

อย่างไรก็ตามทฤษฎีเปอร์ออกไซด์ไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติบางอย่างของกระบวนการออกซิเดชั่นได้ตัวอย่างเช่นผลกระทบที่คมชัดบางครั้งไม่มีร่องรอยของสิ่งสกปรก

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี m / s สามารถแสดงบนพื้นฐานของกฎหมาย Arrhenius โดยสมการต่อไปนี้:

, (1.12)

โดยที่ค่าคงที่ของอัตราการเกิดปฏิกิริยา (อัตราของปฏิกิริยาเคมีที่ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ลดลงเป็นเอกภาพ)

ความเข้มข้นของรีเอเจนต์, โมล / m 3;

ค่าสัมประสิทธิ์ stoichiometric กำหนดโดยอัตราส่วนของความเข้มข้นของสารรีเอเจนต์เริ่มต้นในสมการปฏิกิริยา stoichiometric;

พื้นฐานของลอการิทึมธรรมชาติ

ค่าคงที่ของก๊าซสากล = 8.3 J / (mol ∙ K);

  - อุณหภูมิเค

ทฤษฎีความร้อนของการจุดระเบิดด้วยตนเอง (หรือเรียกอีกอย่างว่าทฤษฎีการระเบิดความร้อน) ตั้งอยู่บนพื้นฐานของการเปรียบเทียบอัตราการสร้างความร้อนในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาคายความร้อนและการกำจัดความร้อนออกจากส่วนผสมที่ทำปฏิกิริยาในผนังของเรือ สภาพของการเผาไหม้ตัวเองถูกกำหนดโดยความเท่าเทียมกันของความเร็วเหล่านี้ อุณหภูมิของผนังของเรือที่ได้รับความเสมอภาคนี้เรียกว่าอุณหภูมิอัตโนมัติ เริ่มจากอุณหภูมินี้ (คุณสมบัติในแต่ละกรณีสำหรับเงื่อนไขเฉพาะที่กำหนด - ขนาดและรูปร่างของภาชนะสมบัติทางความร้อนของก๊าซ) การให้ความร้อนด้วยตนเองเกิดขึ้นซึ่งสามารถนำไปสู่แฟลช (การลุกติดไฟด้วยตนเอง)

โดยคำนึงถึงข้างต้นเพื่อให้ความร้อนในตัวเองในสภาพแวดล้อมที่มีปฏิกิริยาเราสามารถจดบันทึกได้:

โดยที่ความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่คือ J / K

ความหนาแน่นของก๊าซกิโลกรัม / ม. 3;

อุณหภูมิของก๊าซ, K;

เวลา, s;

ผลกระทบความร้อนปฏิกิริยา, W;

อัตราการเกิดปฏิกิริยา, m / s;

พื้นผิวของภาชนะที่ทำปฏิกิริยา m 2;

ปริมาตรของภาชนะที่ทำปฏิกิริยา m 3;

ค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน, W / (m 2 × K);

อุณหภูมิของผนังหลอดเลือดเค

DA Frank-Kamenetsky เสนอเกณฑ์สำหรับการจุดประกายความร้อนโดยพิจารณาจากการละเมิดการกระจายอุณหภูมิคงที่ในเรือเจ็ทที่มีอัตราการปล่อยความร้อนเพียงพอ:

, (1.14)

ที่ไหนมีขนาดลักษณะของเรือ, m;

Preexponential factor;

การนำความร้อนของส่วนผสมก๊าซ W / (m × K);

เกณฑ์ที่ไม่มีมิติของ 3.3; 0.88 และ 2 ตามลำดับสำหรับเรือทรงกลมระนาบขนานและทรงกระบอก

ควรเข้าใจเกณฑ์ของ D.A. Frank-Kamenetsky ดังนี้: หากในระหว่างการทดแทนพารามิเตอร์ทั้งหมดที่กำหนดเราจะได้รับค่าจากนั้นจะไม่มีการจุดระเบิดเมื่อเกิดการจุดระเบิด จากสมการของเกณฑ์พบว่าความร้อนของปฏิกิริยาและรัศมีของเรือที่เกิดปฏิกิริยานั้นเป็นปัจจัยสำคัญในการพิจารณาปัจจัยของการระเบิด การระเบิดด้วยความร้อนนั้นจะแสดงให้เห็นว่ามีความสว่างมากขึ้น

หากความไม่เท่าเทียมกันเหล่านี้ได้รับการตอบสนองอย่างไม่ดีนักการระเบิดด้วยความร้อนจะลดน้อยลงพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิสารเคมีดั้งเดิมที่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วจะทำให้เกิดการเผาไหม้อย่างรวดเร็ว

การเกิดขึ้นของการเผาไหม้มักเกี่ยวข้องกับความร้อนของระบบที่ติดไฟได้ด้วยการจุดระเบิดอย่างใดอย่างหนึ่ง ตามทฤษฎีของนักวิชาการเอ็น. เอ็น. Semenov กระบวนการออกซิเดชั่นจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนและภายใต้เงื่อนไขบางประการสามารถเร่งความเร็วได้ กระบวนการเร่งตัวเองของปฏิกิริยาออกซิเดชันด้วยการเปลี่ยนเป็นการเผาไหม้เรียกว่าการลุกติดไฟด้วยตนเอง

ในกรณีของการจุดติดไฟด้วยตนเองความร้อนมันเกิดขึ้นเนื่องจากอัตราการปล่อยความร้อนสูงกว่าอัตราการระบายความร้อน

พิจารณากระบวนการจุดระเบิดด้วยความร้อนตัวอย่างเช่นก๊าซที่ติดไฟได้หรือไอระเหยของของเหลวที่ติดไฟได้ด้วยอากาศวางในภาชนะที่มีปริมาตร เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้นของเรือและส่วนผสมที่ติดไฟได้อัตราการเกิดปฏิกิริยาและความร้อนจะเพิ่มขึ้น การพึ่งพาอัตราการปล่อยความร้อนที่อุณหภูมิ J / s ถูกกำหนดโดย:

, (1.15)

ความร้อนจากการเผาไหม้ของก๊าซอยู่ที่ไหน J;

ปริมาตรของส่วนผสมที่ติดไฟได้ m 3;

อัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่

ความเข้มข้นของสารตั้งต้น, kg / m 3;

คำสั่งปฏิกิริยา

พลังงานกระตุ้น, j / mol;

ก๊าซสากลคงที่ J / (โมล· K);

อุณหภูมิของส่วนผสมเค

ความร้อนที่ปล่อยออกมาจะถูกถ่ายโอนไปยังส่วนผสมที่ติดไฟได้และจะร้อนขึ้น ทันทีที่อุณหภูมิของส่วนผสมสูงกว่าอุณหภูมิของผนังเรือการระบายความร้อนผ่านผนังเรือจะเริ่มต้นต่อหน่วยของเวลาตามสัดส่วนกับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างส่วนผสมกับผนังของเรือและถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์:

, (1.16)

โดยที่ - อัตราการกำจัดความร้อนผ่านผนังของเรือ, j / s;

สัมประสิทธิ์การถ่ายเทความร้อน, J / (K · m 2 × s);

พื้นผิวของผนังหลอดเลือด, ม. 2;

อุณหภูมิของส่วนผสม K;

อุณหภูมิของผนังหลอดเลือด, K

รูปที่ 1.5 - การพึ่งพาการเกิดความร้อนต่ออุณหภูมิที่ความดันต่างกัน

ในรูปที่ 1.5 เส้นโค้ง 2, 3 และ 4 แสดงการพึ่งพาการเกิดความร้อนต่ออุณหภูมิที่แรงกดดันที่แตกต่างกันและองค์ประกอบการผสมที่เหมือนกัน ที่ภาชนะคงที่และอุณหภูมิปานกลางและองค์ประกอบผสมคงที่ปริมาณความร้อนที่ถูกกำจัดออกจากเขตการเผาไหม้จะมีลักษณะเป็นเส้นตรง 1 เมื่อองค์ประกอบของส่วนผสมเปลี่ยนแปลงอัตราการสูญเสียความร้อนและดังนั้นความชันของเส้นตรงจะเปลี่ยนไป ยิ่งเกิดความกดดันสูงความร้อนก็จะเกิดขึ้นในระหว่างการทำปฏิกิริยา (เส้นโค้ง 4) ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนดโดยเส้นโค้ง 2 การจุดระเบิดด้วยตัวเองไม่สามารถเกิดขึ้นได้เนื่องจากการสูญเสียความร้อน (เส้นตรงที่ 1) สูงกว่าการกำเนิดความร้อนที่ความดันนี้ จุดสัมผัสของเส้นโค้ง 3 ที่มีเส้นตรงจะตรงกับความสมดุลระหว่างความร้อนที่ปล่อยออกมาและลบออกที่ - อุณหภูมิการจุดติดไฟขั้นต่ำอัตโนมัติของระบบติดไฟที่กำหนดภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด ด้วยการจัดหาพลังงานขนาดเล็กจากภายนอกทำให้สามารถลุกติดไฟได้ด้วยตนเอง Curve 4 อธิบายถึงเงื่อนไขภายใต้การหลีกเลี่ยงการจุดระเบิดด้วยตนเองเนื่องจากมีการปล่อยความร้อนมากกว่าที่ปล่อยออก

การวิเคราะห์รูปแบบที่กำหนด, N.N Semyonov สร้างการพึ่งพา:

, (1.17)

ความดันการจุดระเบิดต่ำสุดอยู่ที่ไหน Pa;

อุณหภูมิต่ำสุดของการเผาไหม้ด้วยตนเอง K;

คำสั่งปฏิกิริยา

คงที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบและคุณสมบัติอื่น ๆ ของส่วนผสม

จากสมการนี้ (1.17) ในทางทฤษฎีเราสามารถกำหนดล่วงหน้าได้ว่าจะสามารถติดไฟด้วยตัวเองของส่วนผสมที่ติดไฟได้ภายใต้เงื่อนไขเฉพาะเหล่านี้หรือไม่ ความสัมพันธ์ระหว่างความดันต่ำสุดและอุณหภูมิของการติดไฟอัตโนมัตินั้นได้รับการยืนยันจากการทดลองจำนวนมากและพิสูจน์ได้ว่ามีค่าในการศึกษากระบวนการเผาไหม้

ทฤษฎีลูกโซ่ของการเผาไหม้

เร็วเท่าที่ 1928, N.N.Semenov ทำให้ความคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการมีอยู่ในระบบเคมีของการระเบิดสองประเภท - สายโซ่และความร้อน

ปฏิกิริยาลูกโซ่คือปฏิกิริยาที่ผ่านชุดของขั้นตอน (ผ่านชุดของปฏิกิริยากลาง) ซึ่งสารประกอบกลางที่มีวัฏจักรอิสระเกิดขึ้นที่เรียกว่าศูนย์การเคลื่อนไหว

แนวคิดของปฏิกิริยาลูกโซ่ปรากฏตัวครั้งแรกในปีพ. ศ. 2456 เมื่อนักเคมีกายภาพชาวเยอรมันเอ็มโบเด็นสไตน์พบว่าเมื่อการรวมตัวของไฮโดรเจนกับคลอรีนส่องสว่างโมเลกุลของคลอรีนจะดูดซับควอนตัมของพลังงานแสง

.

อะตอมของคลอรีนจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนในทันทีทำให้เกิดการระเบิดของส่วนผสม การเปิดใช้งานหนึ่งโมเลกุลของคลอรีนจะทำให้เกิดการก่อตัวของสองโมเลกุล:

.

อย่างไรก็ตามการทดลองแสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้ผลิตไฮโดรเจนคลอไรด์ 100,000 โมเลกุล สิ่งนี้สามารถอธิบายได้หากสันนิษฐานว่าการทำงานร่วมกันของคลอรีนกับไฮโดรเจนจะสร้างผลิตภัณฑ์ที่เมื่อมันเข้าสู่ปฏิกิริยาที่สองจะฟื้นขึ้นมาและสามารถทำปฏิกิริยาต่อไปได้ สมมติฐานนี้สอดคล้องกับรูปแบบปฏิกิริยาต่อไปนี้:

ฉันปฏิกิริยาหลัก

IV วงจรเปิด

ตามรูปแบบนี้การเปิดใช้งานของโมเลกุลคลอรีนหนึ่ง (I) ทำให้เกิดการปรากฏตัวของสองคลอรีนอะตอม - สองศูนย์การใช้งานของปฏิกิริยาลูกโซ่ อะตอมของคลอรีนแต่ละชนิดก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของมันเองซึ่งศูนย์แอคทีฟจะได้รับการฟื้นฟูอย่างต่อเนื่อง (II, III) ดังนั้นภายใต้อิทธิพลของปฏิกิริยาเริ่มต้น (I) ปฏิกิริยาต่อเนื่องจะเกิดขึ้นก่อตัวเป็นลูกโซ่ (II, III และอื่น ๆ ) จำนวนปฏิกิริยาดังกล่าวตั้งแต่วินาทีที่เริ่มต้นลูกโซ่จนถึงการแตกหักเรียกว่าความยาวลูกโซ่ โซ่สามารถแตกหักที่การชนกันของอะตอมคลอรีน (IV) หรืออะตอมไฮโดรเจน (V) และการก่อตัวของโมเลกุลจากพวกเขาหรือที่การปะทะกันของศูนย์ที่ใช้งานอยู่กับพื้นผิวของของแข็ง นี่เป็นปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่แตกกิ่งก้านทั่วไป ในนั้นแต่ละศูนย์ที่ใช้งานอยู่ทำให้เกิดลักษณะของศูนย์ที่ใช้งานใหม่เพียงคนเดียวดังนั้นปฏิกิริยาสามารถดำเนินการต่อ แต่ไม่เร่ง

ในปฏิกิริยาลูกโซ่การแตกแขนงแต่ละศูนย์ที่แอ็คทีฟจะเพิ่มศูนย์แอคทีฟที่สองหรือใหม่กว่า

ตามทฤษฎีของปฏิกิริยาลูกโซ่กระบวนการออกซิเดชันเริ่มต้นด้วยการเปิดใช้งานของสารที่ติดไฟได้

การปฏิบัติได้แสดงให้เห็นว่าการจุดติดไฟสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะความร้อนใต้พิภพคือ โดยไม่ต้องเพิ่มอุณหภูมิของตัวกลางในการเกิดปฏิกิริยา (“ การเผาไหม้ที่เย็น” ของส่วนผสม) ในกรณีนี้พวกเขาพูดถึงการระเบิดของโซ่ (ภาพสามมิติ)

ส่วนประกอบเริ่มต้นที่สอง: เชื้อเพลิงและสารออกซิแดนท์อยู่ในสถานะโมเลกุลที่ค่อนข้างเสถียรก่อนที่จะถูกเชื่อมโยงกับผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่มีความเสถียรและใหม่กว่าได้รับการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนทั้งสายกลางซึ่งส่งผลให้เกิดการสร้างผลิตภัณฑ์ที่ไม่เสถียรเช่นอะตอมอนุมูลอนุมูลโมเลกุลตื่นเต้น ระดับของไอออนไนซ์ (ฟอร์มาลดีไฮด์, ไฮโดรคาร์บอนและอนุมูลไฮโดรคลอไรด์, ออกซิเจนอะตอมและไฮโดรเจน)

Kondratyevu V.N. มันเป็นไปได้ที่จะตรวจจับเปลวไฟของไฮโดรคาร์บอนต่างๆที่ความเข้มข้นสูงของอะตอมออกซิเจน (O), กรดไฮดรอกซีอนุมูลอิสระ (OH), อนุมูลไฮโดรคาร์บอน (CH 3), คาร์บอนมอนอกไซด์ (CO), ฟอร์มาลดีไฮด์ (CH 2 O) และอื่น ๆ และมากกว่าความเข้มข้นของความสมดุลในระหว่างการสลายตัวของความร้อนที่อุณหภูมิเปลวไฟของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาสุดท้ายเช่น H 2 O → H + OH

ผลจากการสังเกตเหล่านี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าอะตอมและอนุมูลอิสระที่พิจารณาอยู่ในก๊าซที่ทำปฏิกิริยาไม่ใช่เนื่องจากการสลายตัวสุดท้ายของผลิตภัณฑ์ แต่เป็นผลิตภัณฑ์ขั้นกลางของปฏิกิริยา

ดังนั้นกลไกการจุดระเบิดของโซ่จะขึ้นอยู่กับสายโซ่ทั้งหมดของการเปลี่ยนรูปทางเคมีของสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่งซึ่งเป็นผลจากการก่อตัวในขั้นตอนกลางบางอย่างของผลิตภัณฑ์ที่ไม่เสถียรทางเคมีมากเรียกว่าศูนย์ปฏิบัติการซึ่งปฏิกิริยาอย่างง่ายดายกับโมเลกุลอื่น ๆ ศูนย์แอคทีฟใหม่และผลิตภัณฑ์สุดท้ายเช่นส่วนผสมของมีเธน - อากาศของ H 2 O และ CO 2

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นสูงของอนุมูลและอะตอมอธิบายโดยพลังงานกระตุ้นต่ำของปฏิกิริยาซึ่งใกล้เคียงกับพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาอะตอม:

OH + H 2 = H 2 O + H - 25 kJ / mol

СН 3 + С 3 Н 6 - 12.5 kJ / mol

CH 3 + C 6 H 6 - 23.5 kJ / mol

H 2 O → H + OH

อนุภาคแอคทีฟที่ได้รับ (H หรือ OH) ใด ๆ จะไม่เสถียรอย่างยิ่งดังนั้นจึงมีปฏิกิริยาทางเคมีเกิดการชนกับโมเลกุลของสารดั้งเดิมแยกออกเป็นอนุภาคใหม่

H + O 2 = OH + O

OH + H 2 = H 2 O + H

อนุภาคที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของอนุภาคที่ใช้งานอยู่ H และ HE จะเข้าสู่ปฏิกิริยาอีกครั้งและอนุภาคของ O มีปฏิกิริยากับไฮโดรเจน:

O + H 2 = OH + H.

นั่นคือเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคที่ใช้งานและโมเลกุลของวัสดุเริ่มต้นไม่เพียง แต่ผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเท่านั้น แต่ยังเกิดอนุภาคที่ใช้งานใหม่ด้วย อนุภาคแอคทีฟที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาก่อให้เกิดขั้นตอนใหม่ของการเปลี่ยนแปลงทางเคมีซึ่งจะเกิดขึ้นก่อนการใช้วัสดุเริ่มต้นอย่างสมบูรณ์

ปฏิกิริยาทางเคมีที่เกิดขึ้นซ้ำ ๆ เช่นนี้เรียกว่าปฏิกิริยาลูกโซ่และอนุภาคที่แอคทีฟซึ่งก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงใหม่ของโซ่

กระบวนการลูกโซ่ด้านบนของการเผาไหม้ไฮโดรเจนสามารถแสดงเป็นไดอะแกรม (รูปที่ 1.6)

รูปที่ 1.6 - แผนภาพของการเผาไหม้โซ่ของไฮโดรเจน

จะเห็นได้จากแผนภาพว่ามีเพียงอนุภาคไฮโดรเจน (H) ซึ่งเป็นศูนย์กลางที่ใช้งานอยู่เท่านั้นที่จะก่อให้เกิดโซ่การเปลี่ยนแปลงใหม่ ในเวลาเดียวกันในแต่ละการเชื่อมโยงของกระบวนการลูกโซ่อันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาระหว่างศูนย์ที่ใช้งาน H และโมเลกุลออกซิเจน O 2 นอกเหนือจากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย H 2 O, 3 ศูนย์ปฏิบัติการใหม่ H จะเกิดขึ้นก่อให้เกิดโซ่การเปลี่ยนแปลงใหม่

ปฏิกิริยาลูกโซ่ดังกล่าวที่เกิดขึ้นกับการเพิ่มขึ้นของศูนย์ที่ใช้งานจะถูกเรียกว่ากิ่ง ปฏิกิริยานี้พัฒนาเป็นหิมะถล่มและดำเนินการในอัตราที่สูงมากเกินกว่าความเร็วของปฏิกิริยาโมเลกุลสามัญ

ปฏิกิริยาทั่วไปกับสายโซ่ที่ไม่แตกกิ่งคือปฏิกิริยาของคลอรีนกับไฮโดรเจน จุดศูนย์กลางของปฏิกิริยานี้คือการสลับอะตอมของคลอรีนและไฮโดรเจน เมื่ออะตอมของคลอรีนทำปฏิกิริยาอะตอมไฮโดรเจนหนึ่งอะตอมจะเกิดขึ้นเช่นเดียวกับเมื่อไฮโดรเจนอะตอมทำปฏิกิริยาเกิดคลอรีนหนึ่งอะตอม ดังนั้นปฏิกิริยาอาจดำเนินต่อไป แต่ไม่เร่งความเร็ว

ความจริงที่รู้กันดีว่าปฏิกิริยาทางเคมีของคลอรีนกับไฮโดรเจนยังคงสิ้นสุดลงในการระเบิด (การลุกติดไฟด้วยตนเอง) เนื่องจากข้อเท็จจริงที่ว่าเมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่สูงพอสมควรการปลดปล่อยความร้อนจะสูงกว่าฮีตซิงค์ซึ่งเป็นส่วนผสมที่ร้อนมาก

เมื่อเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่แตกแขนงซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับไฮโดรคาร์บอนความเข้มข้นของศูนย์ที่ใช้งานอาจเพิ่มขึ้นโดยไม่คำนึงถึงเงื่อนไขการเริ่มต้นและถ้าอัตราการก่อตัวของศูนย์ที่ใช้งานอยู่ในระหว่างการแตกแขนงนั้นเกินอัตราการแตกของโซ่

ทฤษฎีของปฏิกิริยาลูกโซ่ช่วยให้เราสามารถอธิบายคุณสมบัติต่าง ๆ ของกระบวนการเผาไหม้ (อิทธิพลที่แข็งแกร่งของสิ่งสกปรก, ข้อ จำกัด ของการจุดระเบิดอัตโนมัติโดยความดัน, การเร่งปฏิกิริยาและการยับยั้งความดัน ฯลฯ ) ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีทางความร้อน กลไกของการเกิดขึ้นและการพัฒนาของไฟจริงและการระเบิดนั้นมีลักษณะเป็นกระบวนการรวมความร้อนแบบลูกโซ่ เริ่มต้นด้วยวิธีลูกโซ่ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นเนื่องจากคายความร้อนยังคงถูกเร่งด้วยเส้นทางความร้อน ดังนั้นในที่สุดเงื่อนไขที่สำคัญ (จำกัด ) สำหรับการเกิดขึ้นและการพัฒนาของการเผาไหม้จะถูกกำหนดโดยการสร้างความร้อนและเงื่อนไขการแลกเปลี่ยนความร้อนของระบบการทำปฏิกิริยากับสภาพแวดล้อม

กระบวนการทางเคมีจำนวนมากขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาลูกโซ่เคมี กระบวนการดังกล่าวรวมถึงกระบวนการพอลิเมอไรเซชันซึ่งเป็นพื้นฐานของการผลิตยางสังเคราะห์พลาสติกเส้นใยโพลีเมอร์และผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมาย พวกเขายังรวมถึงกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่สำคัญเช่นการผลิตกรดไขมันสังเคราะห์แทนที่ไขมันที่บริโภคได้ก่อนหน้านี้ในการผลิตสารหล่อลื่นทำความสะอาดการแคร็ก - กระบวนการรับเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพสูงจากน้ำมัน ฯลฯ

ร้อน   - ปฏิกิริยาทางเคมีที่ไหลอย่างรวดเร็วของสารที่ติดไฟได้ด้วยสารออกซิไดซ์พร้อมด้วยการปล่อยความร้อนจำนวนมากและการเรืองแสงที่สดใส (เปลวไฟ) การเผาไหม้เป็นไปได้เฉพาะในกรณีที่มีปัจจัยสามประการ: สารที่ไหม้ไฟได้, ตัวออกซิไดซ์, แหล่งความร้อน

แหล่งความร้อน   (ไฟ) อาจเป็นเปลวไฟแบบเปิดประกายไฟความร้อนความร้อนอันเป็นผลมาจากแรงเสียดทาน (สายพานในการส่งสายพาน) แรงกระแทกความดัน แหล่งความร้อนยังสามารถเป็นไฟฟ้า (ความร้อนของตัวนำอาร์ค) เคมีและพลังงานจากแสงอาทิตย์

สารออกซิไดซ์   มีคลอรีนฟลูออรีนโบรมีน สารออกซิไดซ์ที่พบมากที่สุดคือออกซิเจนในอากาศกระบวนการเผาไหม้จะขึ้นอยู่กับปริมาณของมันในอากาศ หากออกซิเจนในอากาศมากกว่า 14-16% จะมีการเผาไหม้อย่างต่อเนื่อง เมื่อปริมาณออกซิเจนน้อยกว่า 14% จะมีการตรวจพบการทำให้เกิดการระอุและเมื่อปริมาณของมันน้อยกว่า 8-10% การทำให้เกิดการระอุก็จะหยุดเช่นกัน

สสารที่ติดไฟได้. พวกเขาสามารถเป็นก๊าซ (แอมโมเนีย, อะเซทิลีน, ไฮโดรเจน), ของเหลว (น้ำมัน, อะซิโตน, แอลกอฮอล์), ของแข็ง (ถ่านหิน, ไม้) เพื่อให้ของแข็งหรือของเหลวติดไฟได้จำเป็นต้องให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิด้วยความช่วยเหลือของแหล่งความร้อนเพื่อให้ไอระเหยที่ติดไฟได้เกิดขึ้นจากพื้นผิว เมื่อถึงความเข้มข้นที่แน่นอนไอระเหยเหล่านี้จะสว่างขึ้น ก๊าซในกระบวนการเผาไหม้จะไม่เปลี่ยนสถานะการรวมตัว

การเผาไหม้มีดังนี้: 1) แฟลช; 2) การจุดระเบิด; 3) การจุดระเบิดด้วยตนเอง; 4) การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง; 5) ระอุ; 6) การระเบิด

1. แฟลช   เรียกว่าการเผาไหม้ทันทีของส่วนผสมของออกซิเจนในอากาศกับไอระเหยก๊าซฝุ่นไม่ได้มาพร้อมกับการก่อตัวของก๊าซอัด จุดวาบไฟคืออุณหภูมิต่ำสุดของสารที่ติดไฟได้ซึ่งไอระเหยหรือก๊าซที่เกิดขึ้นเหนือพื้นผิวของมันสามารถกระพริบจากแหล่งกำเนิดประกายไฟ แต่สำหรับการเผาไหม้อย่างต่อเนื่องอัตราการก่อตัวของพวกเขาไม่เพียงพอ

ของเหลวที่ติดไฟได้นั้นแบ่งออกเป็น:

a) ไวไฟ (ของเหลวไวไฟ - น้ำมันเบนซินอะซิโตนแอลกอฮอล์) - tf ≤ + 45 ° C;

b) ของเหลวที่ติดไฟได้ (GZh - น้ำมันเชื้อเพลิงดีเซลน้ำมันเตา) - เสื้อยืด\u003e + 45 ° C

2. การเผาไหม้   เรียกว่าการเผาไหม้สารอย่างต่อเนื่องอย่างยั่งยืนจากแหล่งความร้อน อุณหภูมิต่ำสุดของสารที่ติดไฟได้ซึ่งติดไฟจากแหล่งกำเนิดประกายไฟและยังคงเผาไหม้หลังจากการกำจัดเรียกว่าอุณหภูมิจุดติดไฟ มันสูงกว่าจุดวาบไฟ

ความเข้มข้นของสารไวไฟในอากาศที่เป็นไปได้ของการติดไฟหรือการระเบิดนั้นอยู่ในขอบเขตที่ จำกัด : - CWP ด้านล่างและด้านบน - ERW การอักเสบของสารผสมที่ติดไฟได้เป็นไปไม่ได้ที่ความเข้มข้นต่ำกว่า CEL (โมเลกุลที่ติดไฟได้ไม่เพียงพอในส่วนผสม) และ ERW ที่สูงกว่า (โมเลกุลออกซิเจนในส่วนผสมไม่เพียงพอ) ยิ่งมีความแตกต่างระหว่าง ERW และ CWP มากเท่าไร ค่าของพารามิเตอร์เหล่านี้สามารถลดลงได้เช่นเมื่อเพิ่มความชื้นในส่วนผสมของฝุ่นและอากาศ (PLN) ตัวอย่างเช่นส่วนผสมของอากาศกับน้ำตาลแป้งและฝุ่นถ่านหิน

ให้เรายกตัวอย่างค่าของ NVP และ SVV สำหรับแก๊สและไอระเหยของของเหลวจำนวนหนึ่ง:

อะเซทิลีน 3.5-82%;

ก๊าซธรรมชาติ 3.8-19.2%;

น้ำมันเบนซิน 1-6%;

คาร์บอนมอนอกไซด์ 12.8-75%

3.การจุดระเบิดด้วยตนเอง- กระบวนการจุดระเบิดของสารจากแหล่งภายนอก (เปลวไฟความร้อนหรือความร้อนของร่างกาย) โดยไม่ต้องสัมผัสกับมันโดยตรงที่อุณหภูมิจุดติดไฟ อุณหภูมินี้จะลดลงเมื่อความดันเพิ่มขึ้นและสำหรับก๊าซไวไฟส่วนใหญ่อยู่ในช่วง 400-700 ° C สำหรับไม้ - 340-400 ° C; ถ่านหิน - 400-500 ° C ตัวอย่างของการลุกติดไฟด้วยตนเอง: การให้ความร้อนและการจุดติดไฟของไม้กระดาษซึ่งอยู่ใกล้กับเปลวไฟ (โดยไม่ต้องสัมผัสกับมัน) หรือวัตถุร้อน (ถ่านหิน, เกลียวเปิดของเครื่องทำความร้อน)

4. การเผาไหม้ที่เกิดขึ้นเอง   สารที่เกิดขึ้นเป็นผลมาจากปฏิกิริยาทางกายภาพเคมีและชีวภาพที่เกิดขึ้นในสาร (วัสดุ) ตัวเองที่นำไปสู่การเผาไหม้ในกรณีที่ไม่มีแหล่งกำเนิดประกายไฟ

เมื่อเก็บไว้ในเมล็ดข้าวเปียกฟางฟางและการระบายอากาศไม่เพียงพอภายในวัสดุเหล่านี้กระบวนการทางชีวเคมี (การสลายตัว) เกิดขึ้นเมื่อมีการปล่อยความร้อน อุณหภูมิของวัสดุเหล่านี้เพิ่มขึ้นมวลขนาดใหญ่ของพวกมัน (ricks, stacks) ป้องกันการแพร่กระจายของความร้อนที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมซึ่งทำให้เกิดไฟไหม้ วัสดุดังกล่าวควรแห้งดีก่อนการจัดเก็บ การสัมผัสเนื้อเยื่อ (โดยรวมวัสดุทำความสะอาด) ที่มีคราบน้ำมันและพับเก็บในกองโดยไม่มีการระบายอากาศก็จะติดไฟได้เอง ดังนั้นควรแขวนเสื้อผ้าทำงานในลักษณะเพื่อให้แน่ใจว่าสามารถเข้าถึงอากาศได้ฟรีและควรถอดน้ำมันออกจากพื้นที่ทำงานทันที

ขึ้นอยู่กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา คอรัปชั่น   (ความเร็วไม่กี่เซนติเมตร / วินาที) จริงๆแล้ว ร้อน   (ไม่กี่ m / s) และ การระเบิด   (หลายร้อยและพัน m / s)

5. การระเบิด- การเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันในสถานะทางกายภาพและทางเคมีของสารภายใต้อิทธิพลของอุณหภูมิสูงความดันสารเคมี เมื่อเกิดการระเบิดปริมาณของก๊าซและไอระเหยที่สร้างขึ้นจะเพิ่มขึ้นอย่างมากพลังงานจำนวนมากถูกปล่อยออกมาซึ่งในรูปแบบของคลื่นกระแทกสามารถทำงานเชิงกลได้ (เพื่อทำลายอาคารโครงสร้างทำร้ายคน)

การเผาไหม้ของวัสดุอาจจะสมบูรณ์หรือไม่สมบูรณ์ (ส่วนเกินออกซิเจน) จะเกิดผลิตภัณฑ์ที่ไม่ติดไฟ (CO 2 และ H 2 O) ในกรณีของการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ (ขาด O 2) จะเกิดผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นที่ไม่สมบูรณ์ (CO, แอลกอฮอล์, กรด) พวกมันมีพิษและระเบิดได้ ดังนั้นเมื่อจัดกระบวนการเผาเชื้อเพลิง (ในหม้อไอน้ำ, เตา) จำเป็นต้องให้ปริมาณออกซิเจนในเตาเพียงพอ

1. แนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีการเผาไหม้

1. คุณสมบัติของกระบวนการเผาไหม้

การเผาไหม้เป็นกระบวนการทางเคมีกายภาพที่ซับซ้อนซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางเคมี

schenie พร้อมกับปล่อยพลังงาน (ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของความร้อนและการแผ่รังสี)

และการถ่ายเทความร้อนและมวลกับสิ่งแวดล้อม

พื้นฐานของกระบวนการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาเคมีที่สามารถดำเนินการต่อไป

mouskoreniem สาเหตุของการเร่งความเร็วด้วยตนเองอาจเป็น:

1. การสะสมความร้อนในระบบ - การเร่งความร้อน

2. การสะสมของอนุภาคที่ใช้งาน - เร่งความเร็วด้วยตนเอง

3. การเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติคือการเร่งปฏิกิริยากับผลิตภัณฑ์

ในหลายกรณีกระบวนการเผาไหม้ที่สำคัญในทางปฏิบัติเชื่อฟังทางกายภาพล้วนๆ

เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่อุณหภูมิสูงสามารถดำเนินการด้วยความเร็วสูงและกระบวนการทางเคมีอยู่ภายใต้กฎหมายทางกายภาพล้วนๆเช่นการถ่ายเทความร้อนและการแพร่กระจายและถูกควบคุมโดยพวกเขา ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยาทางเคมีที่สามารถดำเนินการต่อด้วยอัตราที่สูง

มีความเร็ว จำกัด และปฏิบัติตามกฎหมายของหนึ่งหรืออื่น

ปรากฏการณ์ zic

คุณสมบัติหลักของกระบวนการเผาไหม้คือเงื่อนไขของการเร่งตนเอง

ปฏิกิริยาเคมีที่สร้างขึ้นโดยตัวของมันเอง ในไซเบอร์เนติกส์ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าผลตอบรับเชิงบวกนั่นคือมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาพภายนอกมันเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนจากโหมดนิ่งของปฏิกิริยาที่ความเร็วต่ำเป็นโหมดเป็น o

โดยที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นเป็นทวีคูณ ปรากฏการณ์ดังกล่าวของการเปลี่ยนแปลงที่คมชัดในโหมดของปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสภาพภายนอกที่เรียกว่า

เป็น ปรากฏการณ์ที่สำคัญและเงื่อนไขตามที่พวกเขาจะถูกเรียกว่าสังเกต

เงื่อนไขที่สำคัญ

ปรากฏการณ์ที่สำคัญ ได้แก่ :

1. การจุดระเบิดด้วยตนเอง

2. จุดระเบิด

3. ขีดจำกัดความเข้มข้นของการแพร่กระจายของเปลวไฟ

ปรากฏการณ์สำคัญไม่ได้เกิดจากความจริงที่ว่ากฎของธรรมชาติเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก แต่

เป็นผลมาจากความไม่สมดุลระหว่างระบบตอบโต้และสภาพแวดล้อม

สื่อนำไฟฟ้า

เงื่อนไขของการจุดระเบิดด้วยตนเองคือความเป็นไปไม่ได้ที่ความร้อนหรือการแพร่กระจายจะเท่ากัน

สภาพแวดลอมสภาพแวดลอมจุดติดไฟนั้นไมสมดุลภายใตเงื่อนไขเริ่มตน

คุณสมบัติที่สองของกระบวนการเผาไหม้คือความสามารถในการแพร่กระจาย

ในอวกาศ ในโหมดความร้อนของการเผาไหม้การแพร่กระจายเกิดขึ้นผ่านการถ่ายเทความร้อนในกรณีของห่วงโซ่หรือ autocatalytic - ผ่านการแพร่กระจายของอนุภาคที่ใช้งาน

2. ประเภทและโหมดของการเผาไหม้

1. ตามสภาพรวมของผู้เข้าร่วม:

ระบบก๊าซเผาไหม้ - การเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกัน

ข การเผาไหม้ของของแข็งและของเหลวที่ติดไฟได้ (ระบบของแข็งของเหลวและก๊าซแข็ง) - การเผาไหม้ที่ต่างกัน

ค การเผาไหม้ของระบบควบแน่น (ระบบของแข็ง - ของเหลว

ของเหลว - ของเหลว, ของแข็ง - ของเหลว)

2. ตามความเร็วของการแพร่กระจายของกระบวนการ:

การเผาไหม้ Deflagration - การขยายพันธุ์ช้าของกระบวนการ (โดยการนำความร้อนหรือการแพร่กระจาย)

ข การเผาไหม้ด้วยระเบิด - การแพร่กระจายอย่างรวดเร็วของกระบวนการ (ด้วย

พลังของคลื่นกระแทก)

3. ตามสภาพอากาศพลศาสตร์:

การเผาไหม้แบบราบเรียบเป็นเปลวไฟด้านหน้าที่ราบเรียบ

ข การเผาไหม้แบบปั่นป่วนเป็นแบบหน้าโค้งสูง

ตัวอย่างของการเผาไหม้ประเภทต่าง ๆ ในสถานะรวมของผู้เข้าร่วม:

การเผาไหม้ที่เป็นเนื้อเดียวกัน:

การเผาไหม้ของสารอินทรีย์ในออกซิเจน

CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2 (g) + 2H2 O (ไอน้ำ)

การเผาไหม้ในที่ที่มีก๊าซออกซิไดซ์อื่น ๆ

H2 (g) + Cl2 (g) = 2HCl (g)

การสลายตัวของสารที่ไม่เสถียร (โอโซน)

2O3 (g) = 3O2 (g)

การเผาไหม้ที่แตกต่างกัน:

การเผาไหม้ของเหลวไฮดราซีน:

N2 H4 (g) + O2 (g) = N2 (g) + 2H2 O (ไอน้ำ)

การเผาไหม้คาร์บอน:

C (TV) + O2 (g.) = CO2 (g.)

การสลายตัวของสารที่ไม่เสถียร (อะเซทิลีน)

C2 H2 (g) = 2C (s.) + H2 (g)

ระบบเผาไหม้ที่เผาไหม้:

KClO3 (sv.) + Al (sv.) = KCl (sv.) + Al2O3 (sv.) 2NH4 NO3 (sv.) = 2N2 (g) + 4H2 O (ไอน้ำ) + O2 (g)

3. อุณหพลศาสตร์ของกระบวนการเผาไหม้ สมดุลความร้อน

อุณหภูมิการเผาไหม้: เป็นเรื่องปกติที่จะอธิบายลักษณะของกระบวนการเผาไหม้ด้วยอุณหภูมิสี่ระดับ

การเผาไหม้ peruraty

ผสมกับอุณหภูมิเริ่มต้น T 0 273K โดยไม่ต้องคำนึงถึงการแลกเปลี่ยนความร้อนกับ

ronment

3. Adiabatic Tg ad - ถูกกำหนดโดยความร้อนของการเผาไหม้ของส่วนผสมขององค์ประกอบโดยพลการโดยไม่คำนึงถึงการแลกเปลี่ยนความร้อนกับสิ่งแวดล้อม

4. การกระทำ Tg จริงคืออุณหภูมิที่วัดได้จริง

อัตราส่วนระหว่างคำจำกัดความที่แตกต่างกันของอุณหภูมิการเผาไหม้

สมดุลความร้อนของกระบวนการเผาไหม้ขึ้นอยู่กับความมุ่งมั่นของการดูดซับความร้อน

การเผาไหม้ผลิตภัณฑ์ สมการสมดุลความร้อนมีรูปแบบ:

ที่ Q PG คือความร้อนที่ถูกดูดซับโดยผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ Q p คือความร้อนของปฏิกิริยาทางเคมี

Q ex คือความร้อนที่ได้รับจากแหล่งภายนอก Q เหงื่อคือการสูญเสียความร้อน

สันดาป การแยกส่วนของผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ทำให้มีส่วนร่วมอย่างมีนัยสำคัญเฉพาะที่อุณหภูมิสูงกว่า 20,000 C

มีค่าความร้อนสูงและต่ำกว่า ในกรณีแรกน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ที่เผาไหม้ถูกนำมาในรูปของเหลวในกรณีที่สองในรูปแบบไอ เนื่องจากจำนวนของคุณ

ความร้อนที่ถูกแบ่งขึ้นอยู่กับปริมาณของสารที่ถูกเผาอุณหภูมิกรามคือ

แพและความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ กล่าวคือ ปล่อยความร้อนระหว่างการเผาไหม้ 1

โมลหรือกิโลกรัมของวัสดุที่ติดไฟได้

ในการคำนวณความร้อนจำเพาะของการเผาไหม้ (หน่วยเป็น kJ / kg) มักใช้สูตร D.I.

Mendeleev

โดยที่ X คือเนื้อหาขององค์ประกอบในองค์ประกอบของเชื้อเพลิงเป็น% (มวล), W - ความชื้น

วิธีการทั่วไปในการคำนวณความร้อนของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับเทอร์โมไดนามิกส์ทางเคมี

ทำโดยระบบ จากกฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ (กฎการอนุรักษ์พลังงาน)

ในกระบวนการ isobaric p = const, การรวม (1.7) และการแปลงอย่างง่ายให้

จาก (1.8) และ (1.10) ตามมาว่าในกระบวนการไอโซโชริคและไอโซบาร์ความร้อนจะได้มาซึ่งคุณสมบัติของฟังก์ชั่นของรัฐคือ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับเส้นทางของกระบวนการ บทบัญญัตินี้เรียกว่า กฎหมายของ GI เดิม. สถานะเริ่มต้นและขั้นสุดท้ายของสารเคมี

หุ้นเป็นวัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา เอนทาลปีของสารง่าย ๆ

เสถียรภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน (298K และ 0.10113 MPa) ถือว่าเป็นศูนย์ สำหรับสารที่ซับซ้อนการเปลี่ยนแปลงเอนทัลปีจะพิจารณาเมื่อเกิดจากองค์ประกอบ

คายความร้อน (สร้างความร้อน)

4. ความจุความร้อน การพึ่งพาของผลกระทบความร้อนของปฏิกิริยาต่ออุณหภูมิ

ความจุความร้อน - เรียกว่าปริมาณความร้อนที่ต้องการให้ความร้อนหน่วย

มวลของสารคือ 1 เคแยกแยะความจุความร้อนของอิมพอลเฉพาะคือ ปริมาณความร้อนที่ต้องการสำหรับความร้อน 1 กิโลกรัม หรือ 1 โมลของสารต่อ 1 K

ความจุความร้อนโมลที่แท้จริงถูกกำหนดดังนี้

C (1.12) dT

โดยที่ C คือความจุความร้อนของฟันกรามโมลเค

สำหรับความจุความร้อนที่ปริมาตรคงที่และความดัน (isochoric และ isobaric) ด้วย

กำลังพิจารณา (1.8) และ (1.10) เราได้รับ

พิจารณาการพึ่งพาความร้อนของกระบวนการกับอุณหภูมิที่ปริมาตรคงที่หรือความดัน เมื่อพิจารณาจากสมการ (1.13) เราจะได้

เรียกสมการ (1.14) สมการ Kirchhoff

การเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาจะถูกกำหนดโดยการแสดงออก

กล่าวคือ ความแตกต่างระหว่างผลรวมของความจุความร้อนของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาและวัสดุเริ่มต้น

จากสมการ (1.14) จะเป็นไปตามนั้นหากการเปลี่ยนแปลงความจุความร้อนในระหว่างการเกิดปฏิกิริยาคือ

มีความสมเหตุสมผล (เช่นความจุความร้อนของผลิตภัณฑ์น้อยกว่าความจุความร้อนของวัสดุเริ่มต้น) จากนั้นผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาจะกลายเป็นลบมากขึ้นปฏิกิริยาจะมีประสิทธิภาพมากขึ้น

zotermichnoy

เงื่อนไขโผคำนวณโดย (1.11)

ความจุความร้อนของสารจริงในลักษณะที่ซับซ้อนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ

พลังงานโมเลกุลจากการเผาไหม้

กระบวนการเผาไหม้ส่วนใหญ่ติดไฟได้ประกอบด้วยไฮโดรเจนและคาร์บอนโดยมีออกซิเจนจากอากาศ

ก่อนที่จะพิจารณาพื้นฐานทางกายภาพและคณิตศาสตร์ของทฤษฎีการเผาไหม้ให้เราพยายามทำความเข้าใจในระดับโมเลกุลที่พลังงานของการเผาไหม้มาจากการปลดปล่อยซึ่งทุกอย่างขึ้นอยู่กับ: ความร้อนของก๊าซลักษณะของศูนย์เคมีที่ใช้งานอยู่ ฯลฯ

ให้เราดูความร้อนของปฏิกิริยาหลักของการรวมคาร์บอนและไฮโดรเจนกับออกซิเจนในอากาศ

เราเขียนตามตารางข้อมูล 3.1 สมดุลพลังงานของปฏิกิริยาของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นต่อเนื่องของคาร์บอนแข็งเช่นแกรไฟต์:

ดังนั้นในปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์บอนที่เป็นของแข็งทั้งหมด 386 kJ / mol จึงถูกปลดปล่อยออกมา:

ขนาดใกล้เคียงกับพลังงานที่ปล่อยออกมาจากการรวมไฮโดรเจนกับออกซิเจน:

โมเลกุล CO อาจจะทนทานที่สุดคือพลังงานที่จับได้คือ 1,016 kJ / mol (แรงต่อไปคือโมเลกุล N2 ที่มีพลังงานพันธะ 892 kJ / mol มีอิเลคตรอนผูกพัน 3 คู่ในโมเลกุลทั้งสองในภาษาเคมีมีพันธะเวเลนซ์สามพันธะในโมเลกุล CO อิเล็กตรอนตัวแรกผ่านจาก O ไป C และ O- และ C- กลายเป็นคล้ายกับอะตอมของไนโตรเจนซึ่งได้รับการยืนยันโดยการปรากฏตัวของโมเมนต์ไดโพลในโมเลกุล CO) ในโมเลกุล CO2 พันธะของอะตอมออกซิเจนที่สองนั้นอ่อนลงตามตาราง 3.1

พลังงานที่มีผลผูกพันของออกซิเจนในสารเหล่านี้เปรียบได้กับพลังงานที่มีผลผูกพันของโมเลกุลออกซิเจนดั้งเดิม ดังนั้น

จากนั้นเพียง 240 kJ / mol ต่ออะตอมออกซิเจน ในพลังงานที่มีพันธะต่ำของโมเลกุลออกซิเจนเหตุผลของกิจกรรมทางเคมีและเหตุผลในการใช้ออกซิเดชันเป็นแหล่งพลังงาน

พลังงานที่จับกับอะตอมของคาร์บอนในผลึกของกราไฟต์ (เช่นเดียวกับเพชรและคาร์บอนอสัณฐาน) นั้นสูงมาก พลังงานปฏิกิริยาที่ค่อนข้างเล็ก C (s) + 0.5O2 = = CO + 98 kJ / mol คือความแตกต่างของสองปริมาณมาก: หนึ่งควรลบครึ่งหนึ่งของพลังงานช่องว่าง O2 ต่ออะตอมจากพลังงานพันธะ CO (256 kJ / mol) (59 kJ / mol) ) และลบความร้อนของการกลายเป็นไอของอะตอมคาร์บอน ที่จริงแล้วมีการพิจารณาความร้อนของการระเหยเท่ากับ 671 kJ / mol นอกจากนี้ยังมีปริมาณมาก

การแปลงของคาร์บอนแข็งและไฮโดรเจนก๊าซเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนเกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานเล็กน้อย ในทางกลับกันเมื่อมีการนำออกซิเจนเข้าสู่โมเลกุลอินทรีย์ของทีน่าแอลกอฮอล์อัลดีไฮด์และคีโตนกรดอินทรีย์คาร์โบไฮเดรตจะปล่อยพลังงานเกือบเท่าพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการเผาไหม้ที่สมบูรณ์ (กับ CO2 และ H2O) ตามธรรมชาติด้วยปริมาณออกซิเจนที่เท่ากัน ดังนั้นจึงสามารถประมาณได้ว่าเมื่อการเผาไหม้เชื้อเพลิงอินทรีย์ใด ๆ เสร็จสมบูรณ์จะปล่อยออกซิเจนที่ใช้แล้วจำนวน 419-500 kJ / mol ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือสารประกอบที่ดูดพลังงานและความร้อนเช่นอะเซทิลีนและไดเชียนตัวอย่างเช่นความร้อนจากการเผาไหม้ของพวกเขานั้นยิ่งใหญ่กว่า

การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์นั้นมีผลเสียอย่างมากไม่เพียง แต่ในการคำนวณโมเลกุลเชื้อเพลิงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงโมเลกุลออกซิเจนที่ใช้แล้วด้วย ในปฏิกิริยา 2Q (s) + O2 = 2CO มีเพียง 210 kJ / mol เท่านั้นที่ปล่อยออกมาแทนที่จะเป็น 466 เมื่อไฮโดรเจนถูกเผาและ 526 เมื่อ CO ถูกเผา

พันธะที่แข็งแกร่งของอะตอม C ในคาร์บอนแข็งนำไปสู่ความจริงที่ว่าคาร์บอนไม่ระเหย คาร์บอนออกจากสถานะของแข็งเฉพาะกับออกซิเจนในรูปของ CO หรือ CO2

ในกรณีของการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์และอุณหภูมิต่ำปฏิกิริยา2СО = СO2 + С (ทีวี)) + 41 kJ / mol จะเป็นประโยชน์อย่างมากเมื่อเทียบกับคาร์บอนที่เป็นของแข็ง เมื่อทำการคำนวณอะตอมของคาร์บอนอิสระปฏิกิริยาที่สอดคล้องกัน 2CO = СO2 + С - 129 kJ / mol มีกำแพงพลังงานขนาดใหญ่ ดังนั้นเขม่าและเขม่าในระหว่างการเผาไหม้จะเกิดขึ้นจากการสลายตัวของโมเลกุลอินทรีย์ที่มีโครงกระดูกคาร์บอน แต่ไม่ได้มาจาก CO

ตอนนี้เราหันไปทำปฏิกิริยาออกซิเดชันที่เกี่ยวข้องกับไนโตรเจน

โมเลกุลไนโตรเจน N2 มีความแข็งแรงมาก - พลังงานการแยกตัวของมันคือ 226 kJ / mol ดังนั้นปฏิกิริยาของการแปลง N2 และ O2 เป็น 2NO เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนและด้วยเหตุผลทางอุณหพลศาสตร์สามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น

การก่อตัวของออกไซด์ที่สูงขึ้น (NO2, N2O3, N2O4, N2O5) จากไนโตรเจนและออกซิเจนนั้นไม่มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเลย (เมื่อเทียบกับพลังงานที่จับกับ N2 และ O2) ดังนั้นจากมุมมองของพลังงานออกซิเจนที่บรรจุในสารประกอบที่มีไนโตรเจน (CH3-ONO2 - nitro ester, CH3 (CeH2) (NO2) 3 - trinitrotoluene เกือบเทียบเท่ากับก๊าซออกซิเจน ออกซิเจนที่รวมอยู่ในโมเลกุลอินทรีย์ แต่ถูกผูกไว้กับไนโตรเจนทำให้สามารถสร้างสารที่ปล่อยพลังงานจำนวนมากเมื่อโมเลกุลถูกจัดรูปแบบใหม่เพื่อสร้าง N2 และออกซิเจนจะถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุล CO2 และ H2O ด้วยเหตุนี้สารประกอบที่ออกซิเจนถูกผูกไว้กับไนโตรเจน (เช่นเดียวกับคลอรีนในกลุ่มСЮ3และСlO4) ถูกใช้เป็นผงและวัตถุระเบิด

นี่เป็นแนวคิดทั่วไปเกี่ยวกับพลังงานโมเลกุลของการเผาไหม้