4.pdf

(109 KB) Pobierz
Podstawowe pojęcia z zakresu samonagrzewania i samozapalenia
Samonagrzewanie poprzedza samozapalenie i jest to proces charakteryzujący się tym,
że temperatura układu palnego (materiał palny ulegający samonagrzewaniu – powietrze lub
inny utleniacz) podwyższa się w wyniku generacji ciepła wewnątrz samego układu
niezależnie od dopływu strumienia ciepła z zewnątrz.
Jeśli wzrost szybkości wydzielania się ciepła jest bardzo duży, to zjawisko
samonagrzewania przyspiesza się z możliwością przejścia w proces spalania (samozapalenia).
Temperatura układu palnego, przy której zaczyna się już samoprzyspieszenie reakcji i
akumulacja ciepła, nazywa się
temperaturą krytyczną samonagrzewania.
Czas od momentu ogrzewania się substancji (ciepłem będącym wynikiem reakcji
chemicznych, procesów biologicznych, zjawisk fizycznych) do pojawienia się płomienia
nazywa się
okresem indukcji.
Samonagrzewaniu (samozapaleniu) mogą ulegać: gazy, ciecze i ciała stałe.
Samonagrzewanie materialów może zachodzić w różny sposób i może być wynikiem :
• reakcji chemicznych (utlenianie, polimeryzacja),
• zjawisk fizycznych (adsorpcja),
• przemian biologicznych (rozmnażanie, oddychanie komórek roślinnych).
zjawisko fizyczne
samonagrzewanie
chemiczna reakcja
procesy biologiczne
materiału
samozapalenie
tlenie
spalanie
płomieniowe
– – – – – – okres indukcji
Wykres zmian temperatury w funkcji czasu samonagrzewania się materiału palnego
Samonagrzewanie pod wpływem reakcji chemicznych
Wszystkie materiały, które ulegają samonagrzewaniu pod wpływem reakcji
chemicznych
można podzielić na:
•
materiały, które ulegają samonagrzewaniu pod wpływem powietrza
(oleje roślinne, fosfor
biały (żółty), siarczki, węgliki alkalicznych metali, np: N
2
S). Wszystkie te substancje
zdolne są utleniać się na powietrzu z wydzielaniem ciepła, kosztem którego reakcja
przyspiesza się i następuje samonagrzewanie i w konsekwencji może nastąpić
samozapalenie.
Czas indukcji dla tych materiałów jest bardzo różny;
•
materiały, które ulegają samonagrzewaniu pod wpływem wilgoci;
do tej grupy należą: sód,
potas, rubid, cez, lit ( pierwiastki I grupy układu okresowego), jak również tlenki metali
alkalicznych.
Wszystkie te substancje energicznie łączą się z wodą, wydziela się wówczas ciepło,
które powoduje wzrost temperatury związku chemicznego i w konsekwencji
samonagrzewanie, ewentualnie samozapalenie, np. w reakcji
2Na + 2H
2
O → 2NaOH + H
2
• materiały, które ulegają samonagrzewaniu w mieszaninach między sobą.
Mieszaniny samozapalające otrzymuje się w wyniku zmieszania utleniacza z
materiałem palnym.
Najsilniejsze utleniacze to:
•
•
•
•
•
kwas HNO
3
i jego sole, szczególnie azotany I grupy układu okresowego
kwas siarkowy H
2
SO
4
nadtlenki metali I i II grupy układu okresowego, np. N
2
O
2
wszystkie tlenowe kwasy pochodne od chloru, np.KClO
2
obok tlenu silnym utleniaczem jest chlor; acetylen, wodór, w mieszaninie z chlorem
samozapalają się pod wpływem promieni słonecznych; spalanie się organicznych
związków w chlorze charakteryzuje się wydzieleniem wolnego węgla w postaci sadzy:
CH
4
+ 2Cl → 4HCl + C
•
innym silnym utleniaczem jest nadmanganian potasu KmnO
4
, np. glikol etylowy w
mieszaninie z nadmanganianem potasu ulega samozapaleniu już po 1-2 minutach.
Określenie zdolności do samonagrzewania się olejów roślinnych
Oleje dzieli się na: mineralne, roślinne i zwierzęce. Do samonagrzewania zdolne są
tylko oleje roślinne.
Oleje roślinne są to mieszaniny glicerydów wysokocząsteczkowych kwasów
tłuszczowych
np.: kwasu stearynowego, palmitynowego czy też oleinowego. Glicerydy wysoko-cząstecz-
kowych kwasów nasyconych (np: stearynowego) są substancjami stałymi i stanowią pod-
stawowy składnik tłuszczów zwierzęcych. Glicerydy wysokocząsteczkowych kwasów
nienasyconych (np. oleinowego) są cieczami. To one stanowią podstawowy składnik olejów
roślinnych. Cząsteczki tych glicerydów mają podwójne wiązania, które warunkują zdolność
do samonagrzewania
Mechanizm utleniania olejów roślinnych
Związki nienasycone, charakteryzują się dużą swobodną energią i dlatego w
normalnych warunkach tlen cząsteczkowy zdolny jest do reakcji przyłączenia w miejscu
podwójnych wiązań. Dzięki energii podwójnego wiązania jedno wiązanie w cząsteczce tlenu
ulega rozerwaniu, w wyniku czego powstaje aktywna cząsteczka tlenu (― O ― O ―).
Cząsteczka ta przyłącza się do grupy metylenowej (CH
2
), tworząc hydronadtlenek.
R ― CH ≡ CH ― R + O → R ― CH ― CH ― R
│
hydronadtlenek
Nadtlenki i hydronadtlenki są związkami nietrwałymi. Przy ich rozkładzie tworzy się
tlen atomowy, np:
R
1
― CH
2
― CH ≡ C ― CH
2
―R
2
→ R
1
― CH
2
― CH = C ― C ― CH
2
+ O
│
O―O―H
│
O―H
│
O ― O
Powstały tlen atomowy jest bardzo reaktywny, dlatego też natychmiast wchodzi w
reakcję utleniania, w wyniku czego podnosi się temperatura oleju.
Wskaźnikiem oceny zdolności do samonagrzewania się olejów jest tzw. liczba jodowa
( jest to masa [g] jodu, którą może pochłonąć 100g oleju).
Czym większa jest liczba jodowa oleju, tym więcej zawiera on związków
nienasyconych i tym wyraźniejszą ma zdolność do utleniania się i samozapalenia.
W poniższej tabeli podano liczby jodowe dla niektórych olejów:
NAZWA OLEJU
Lniany
Słonecznikowy
Konopiany
Bawełniany
Sojowy
Rycynowy
Masło
Rybi
LICZBA JODOWA
175-192
122-142
150-170
100-120
114-139
82-86
25-47
165-185
Z powszechnie używanych olejów roślinnych olej lniany ma największą liczbę
jodową, a więc największą zdolność do samozapalenia. Jeśli liczba jodowa oleju jest mniejsza
od 89 samozapalenie nie nastąpi.
Samonagrzewanie pod wpływem zjawisk fizycznych
Samonagrzewanie pod wpływem zjawisk fizycznych następuje przede wszystkim w
wyniku adsorpcji gazów przez materiał palny, a następnie reakcji chemicznej (utleniania).
Adsorpcja gazów daje efekty cieplne tylko wtedy, gdy materiałem palnym są zwykle węgle
kamienne, tzn. takie, które mają w swym składzie ok. 60% węgla pierwiastkowego, a resztę
stanowią domieszki typu rudy żelaza (nie utleniające się w normalnych warunkach), siarczki
żelaza, siarczany żelazowe. Najbardziej podatnym składnikiem węgla na adsorpcję i
utlenianie jest piryt, który ma wyjątkową zdolność do utleniania i samonagrzewania w
niskich temperaturach. Szybkość utleniania węgla, a następnie szybkość samozapalenia,
zależy m.in. od:
a) początkowej temperatury,
b) stężenia tlenu w otoczeniu,
c) stopnia rozdrobnienia węgla.
Samonagrzewanie pod wpływem procesów biologicznych
Procesy biologiczne dotyczą produktów roślinnych, np. siana, koniczyny. Rośliny
mogą ulec samonagrzewaniu w określonych warunkach, a mianowicie: gdy zostaną
nagromadzone większe ilości materiału i gdy wegetacja komórek jeszcze się w nich nie
zakończyła i pod wpływem bakterii zaczynają się procesy fermentacyjne i gnilne, dając
początek miejscowemu samonagrzewaniu. Proces samonagrzewania produktów roślinnych
można podzielić na 4 etapy.
• Etap l.
Pod wpływem wilgoci zaczynają się procesy wegetacyjne (oddychanie
i rozmnażanie), w związku z tym wydziela się ciepło, gdyż procesy wegetacyjne są
procesami egzotermicznymi. Temperatura produktu roślinnego podnosi się do 70°C.
• Etap
2. Pod wpływem temperatury (70°C) giną mikroorganizmy, nie są więc dalej
źródłem ciepła, w wyniku którego może nastąpić samonagrzewanie, jednakże niektóre
substancje roślinne (białkowe pektyny) rozpadają się w temperaturze 70°C, tworząc tzw.
żółty węgiel porowaty, charakteryzujący się silnymi własnościami adsorpcyjnymi.
• Etap 3.
W wyniku adsorpcji utleniacza przez węgiel temperatura wzrasta do ok. 130°C.
Zaczynają się rozkładać różne elementy roślin, a w temperaturze 200°C rozkładają się
wszystkie komórki roślinne. Tworzący się węgiel w wyniku rozpadu komórek roślinnych
ze względu na duże „rozwinięcie" powierzchni ulega intensywnemu utlenianiu co
powoduje wzrost temperatury do 280°C - 300°C.
• Etap 4.
Roślina ulega samozapaleniu.
Proces samonagrzewania, podobnie jak proces zapalenia, zależy od wyniku bilansu
cieplnego. Jeśli szybkość utraty ciepła (q
1
) przekroczy szybkość wydzielania ciepła w trakcie
reakcji (q
2
) lub będzie równa, wzrost temperatury w układzie materiał palny-utleniacz
zostanie zahamowany i będzie to wówczas stan ustalony.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin