Productos de la reacción de combustión de sustancias orgánicas. Al escribir ecuaciones para las reacciones de combustión y descomposición de sustancias orgánicas, es mejor usar el valor promedio con

Combustión– un proceso químico de combinación de combustible con un oxidante, acompañado de una intensa liberación de calor y un fuerte aumento de la temperatura de los productos de combustión.

La combustión va acompañada de la formación de mezclas, difusión, ignición, intercambio de calor y otros procesos que ocurren en condiciones de estrecha interconexión.

Hay combustión homogénea y heterogénea. Con la combustión homogénea, se produce transferencia de calor y masa entre sustancias que se encuentran en el mismo estado de agregación (generalmente gaseoso).

La combustión heterogénea es característica de los combustibles líquidos y sólidos.

Velocidad reacción química Depende de la concentración de los reactivos, la temperatura y la presión y está determinada por el producto de las concentraciones de los reactivos.

Dónde k 0 es una constante empírica.

Energía de activación mi- Esta es la energía más baja (para mezclas de gases, 85–170 MJ/kmol) que las moléculas deben tener en el momento de la colisión para ser capaces de interactuar químicamente. La diferencia entre las energías de activación de las reacciones directa e inversa constituye el efecto térmico de la reacción química.

Las reacciones se caracterizan por una fuerte exotermia, lo que provoca un aumento de temperatura. El efecto de la temperatura sobre la velocidad de reacción es mucho más fuerte que el efecto de la concentración de los reactivos. Por lo tanto, a pesar de la disminución en la concentración de reactivos durante la combustión, la velocidad de la reacción de combustión aumenta y alcanza un máximo después de que se han quemado entre el 80 y el 90% de las sustancias combustibles. Las reacciones de combustión del combustible gaseoso ocurren casi instantáneamente, lo que se explica no sólo por la fuerte influencia de la temperatura, sino también por la naturaleza en cadena de su aparición.

La velocidad de reacción también depende de la presión.
(norte– orden de reacción).

El proceso de combustión de combustible tiene dos regiones: cinética, en la que la velocidad de combustión del combustible está determinada por la velocidad de la reacción química, y difusión, en la que la velocidad de combustión está controlada por la velocidad de formación de la mezcla. Un ejemplo de región de combustión cinética es la combustión de una mezcla homogénea de gas y aire. El combustible gaseoso, introducido en la cámara de reacción por separado del oxidante, arde por difusión.

La gama cinética de los efectos químicos sobre las velocidades de combustión se siente con mayor fuerza a bajas concentraciones, temperaturas y presiones en la mezcla. En estas condiciones, la reacción química puede ralentizarse tanto que ella misma comienza a inhibir la combustión. El área de influencia de difusión sobre la tasa de combustión del combustible se manifiesta a altas concentraciones y temperaturas. La reacción química avanza muy rápidamente y un retraso en la combustión puede deberse a una velocidad de formación de la mezcla insuficientemente alta.

El proceso de formación de la mezcla es prácticamente independiente de la temperatura.

La combustión cinética de una mezcla combustible terminada bajo movimiento turbulento es muy inestable. Por tanto, en dispositivos de combustión industriales de alto rendimiento en condiciones turbulentas de flujos gas-aire, la combustión es principalmente por difusión.

El proceso de combustión de una mezcla combustible puede iniciarse mediante autoignición o encendido forzado (chispa eléctrica, soplete, etc.). La temperatura de autoignición está determinada por la relación entre la cantidad de calor liberado durante la combustión y el calor liberado al ambiente externo. La cantidad de calor liberado durante la combustión depende de la temperatura y cambia exponencialmente. 1 (Figura 1.1)

donde α es el coeficiente de transferencia de calor; A- área de superficie; t c es la temperatura de la pared enfriada.

Con poca eliminación de calor (directa 2""" ) cantidad de calor liberado q en > q por lo tanto, la reacción va acompañada de un aumento de la temperatura del sistema, lo que conduce a la autoignición.

Con mayor disipación de calor (directa 2"" ) en el punto B q en = q de. Temperatura t a este punto se le llama temperatura de ignición de la mezcla combustible. Depende de las condiciones de eliminación de calor y no es una constante fisicoquímica que caracterice una determinada mezcla combustible. Al aumentar la disipación de calor (directa 2" ) la autoignición es imposible. El punto A corresponde a la oxidación estabilizada en la región de baja temperatura y el punto B corresponde al equilibrio inestable en la región de alta temperatura.

La temperatura de ignición se puede encontrar en las condiciones.

q en = q desde y dq V/ dT=dq de / dT,

determinado por el punto B (ver Fig. 1.1).

Teniendo en cuenta las ecuaciones (1.8) y (1.9) tenemos
. Resolviendo esta ecuación, obtenemos

punto de inflamabilidad t para algunos gases se da en la tabla. 1.4.

Las concentraciones mínima y máxima del componente inflamable, por debajo y por encima de las cuales no se produce la ignición forzada de la mezcla, se denominan límites de concentración de ignición (Tabla 1.4); Dependen de la cantidad y composición de los componentes no combustibles del combustible gaseoso, que aumentan cuanto más bajos y más bajos son los límites de ignición más altos.

Productos de combustion Son sustancias gaseosas, líquidas y sólidas que se forman como resultado de la combinación de una sustancia inflamable con oxígeno durante la combustión. Su composición depende de la composición de la sustancia en combustión y de sus condiciones de combustión. En condiciones de incendio, la mayoría de las veces arden sustancias orgánicas (madera, tejidos, gasolina, queroseno, caucho, etc.), que se componen principalmente de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. Cuando se queman en una cantidad suficiente de aire y a alta temperatura, se forman productos de combustión completa: CO 2, H 2 O, N 2. Cuando se quema en una cantidad insuficiente de aire o a baja temperatura, además de los productos de combustión completa, se forman productos de combustión incompleta: CO, C (hollín).

Los productos de la combustión se llaman húmedo , si se tiene en cuenta el contenido de vapor de agua al calcular su composición, y seco , si el contenido de vapor de agua no está incluido en las fórmulas de cálculo.

Con menos frecuencia, durante un incendio se queman sustancias inorgánicas, como azufre, fósforo, sodio, potasio, calcio, aluminio, titanio, magnesio, etc. Sus productos de combustión en la mayoría de los casos son sustancias sólidas, por ejemplo P 2 O 5, Na 2 O. 2, CaO, MgO. Se forman en estado disperso, por lo que se elevan al aire en forma de humo denso. Los productos de la combustión del aluminio, titanio y otros metales se encuentran en estado fundido durante el proceso de combustión.

El humo es un sistema disperso formado por pequeñas partículas sólidas suspendidas en una mezcla de productos de combustión con aire. El diámetro de las partículas de humo oscila entre 1 y 0,01 micras. Volumen de humo generado durante la combustión por unidad de masa (kg)

o el volumen (m 3) de sustancia inflamable en el volumen de aire teóricamente necesario (L=1) se indica en la tabla. 1.2.

Tabla 1.2

Volumen de humo al quemar sustancias inflamables.

Nombre sustancia inflamable	Volumen de humo, m 3 /kg	Nombre gas inflamable	Volumen de humo, m3/m3
		Acetileno


Madera (pino) ( W. = 20 %)

		Gas natural

En la composición del humo generado en los incendios durante la combustión. materia orgánica Además de los productos de combustión completa e incompleta, contienen productos de descomposición termooxidativa de sustancias inflamables. Se forman al calentar sustancias inflamables que aún no arden y se encuentran en un ambiente de aire o humo que contiene oxígeno. Esto suele ocurrir delante de la llama o en las partes superiores de las habitaciones donde se encuentran los productos de combustión calentados.

La composición de los productos de descomposición oxidativa térmica depende de la naturaleza de las sustancias combustibles, la temperatura y las condiciones de contacto con el oxidante. Así, los estudios muestran que durante la descomposición termooxidativa de sustancias inflamables, cuyas moléculas contienen grupos hidroxilo, siempre se forma agua. Si las sustancias inflamables contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, los productos de la descomposición oxidativa térmica suelen ser hidrocarburos, alcoholes, aldehídos, cetonas y ácidos orgánicos. Si la composición de sustancias inflamables, además de los elementos enumerados, contiene cloro o nitrógeno, entonces el humo también contiene cloruro de hidrógeno y cianuro, óxidos de nitrógeno y otros compuestos. Por lo tanto, el humo cuando se quema nailon contiene cianuro de hidrógeno, cuando se quema linóleo Relin: sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, cuando se quema vidrio orgánico: óxidos de nitrógeno. Los productos de la combustión incompleta y la descomposición termooxidativa en la mayoría de los casos son sustancias tóxicas, por lo que la extinción de incendios en las instalaciones se realiza únicamente con máscaras de gas aislantes de oxígeno.

Tipo de fórmula para calcular el volumen de productos de combustión completos a nivel teórico. cantidad requerida el aire depende de la composición de la sustancia combustible.

Una sustancia inflamable es un compuesto químico individual. En este caso, el cálculo se realiza a partir de la ecuación de la reacción de combustión. El volumen de productos de combustión húmeda por unidad de masa (kg) de una sustancia combustible en condiciones normales se calcula mediante la fórmula

¿Dónde está el volumen de productos de combustión húmeda, m 3 /kg? , , , es el número de kilomoles de dióxido de carbono, vapor de agua, nitrógeno y sustancias combustibles en la ecuación de la reacción de combustión; METRO– masa de sustancia inflamable, numéricamente igual peso molecular, kg.

Ejemplo 1.2. Determine el volumen de productos de combustión secos de 1 kg de acetona en condiciones normales. Redactamos la ecuación para la reacción de combustión de acetona en aire.

Determinación del volumen de productos secos de combustión de acetona.

El volumen de productos de combustión húmeda de 1 m 3 de sustancia combustible (gas) se puede calcular mediante la fórmula

, (1.10)

¿Dónde está el volumen de productos de combustión húmeda de 1 m 3 de gas combustible, m 3 / m 3; , , , — el número de moles de dióxido de carbono, vapor de agua, nitrógeno y sustancia combustible (gas).

Una sustancia inflamable es una mezcla compleja de compuestos químicos. Si se conoce la composición elemental de una sustancia combustible compleja, entonces la composición y cantidad de productos de combustión de 1 kg de sustancia se pueden determinar a partir de la ecuación de la reacción de combustión de elementos individuales. Para ello, se elaboran ecuaciones para la reacción de combustión de carbono, hidrógeno, azufre y se determina el volumen de productos de combustión por 1 kg de sustancia combustible. La ecuación de la reacción de combustión tiene la forma.

C + O 2 + 3,76N 2 = CO 2 + 3,76N 2.

Cuando se quema 1 kg de carbono se obtienen 22,4/12 = 1,86 m 3 CO 2 y 22,4 × 3,76/12 = 7,0 m 3 N 2.

De la misma forma se determina el volumen (en m3) de productos de combustión de 1 kg de azufre e hidrógeno. Los datos obtenidos se muestran a continuación:


Carbón………..
Hidrógeno………..
Sera………………

Cuando el carbono, el hidrógeno y el azufre se queman, el oxígeno proviene del aire. Sin embargo, la sustancia combustible puede contener oxígeno, que también participa en la combustión. En este caso se consume correspondientemente menos aire para la combustión de la sustancia.

La sustancia combustible puede contener nitrógeno y humedad, que durante el proceso de combustión se convierten en productos de combustión. Para contabilizarlos es necesario conocer el volumen de 1 kg de nitrógeno y vapor de agua en condiciones normales.

El volumen de 1 kg de nitrógeno es 0,8 m3 y el volumen de vapor de agua es 1,24 m3. En aire a 0 0 C y una presión de 101.325 Pa, por 1 kg de oxígeno hay 3,76 × 22,4/32 = 2,63 m 3 de nitrógeno.

Con base en los datos proporcionados, se determina la composición y el volumen de los productos de combustión de 1 kg de sustancia combustible.

Ejemplo 1.3. Determine el volumen y la composición de los productos de combustión húmeda de 1 kg de carbón, que consisten en 75,8% C, 3,8% H, 2,8% O, 1,1%.norte, 2,5 % S, W. = 3,8 %, A=11,0 %.

El volumen de productos de combustión será el siguiente, m 3 (Tabla 1.3).

Volumen de productos de combustión de carbón.

Composición de los productos de combustión.
Carbón	1,86 × 0,758 = 1,4

Hidrógeno		11,2 × 0,038 = 0,425
Azufre
Nitrógeno en sustancia combustible.
Humedad en sustancia inflamable.		1,24 × 0,03 = 0,037
Suma

Continuación de la mesa. 1.3

Composición de los productos de combustión.	norte 2
Carbón	7 × 0,758 = 5,306
Hidrógeno	21 × 0,038 = 0,798
Azufre	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Nitrógeno en sustancia combustible.	0,8 × 0,011 = 0,0088
Humedad en sustancia inflamable.
Suma	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

Del volumen total de nitrógeno se resta 0,028 el volumen de nitrógeno atribuible al oxígeno en la composición del carbón.× 2,63 = 0,0736 m3. Resumen de la tabla 1.3 indica la composición de los productos de la combustión del carbón. El volumen de productos de combustión húmeda de 1 kg de carbón es igual a

=1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 m3/kg.

Una sustancia inflamable es una mezcla de gases. La cantidad y composición de los productos de combustión de una mezcla de gases está determinada por la ecuación de la reacción de combustión de los componentes que componen la mezcla. Por ejemplo, la combustión de metano se produce según la siguiente ecuación:

CH 4 + 2O 2 + 2 × 3,76N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 7,52N 2.

Según esta ecuación, la combustión de 1 m 3 de metano produce 1 m 3 de dióxido de carbono, 2 m 3 de vapor de agua y 7,52 m 3 de nitrógeno. El volumen (en m3) de productos de combustión de 1 m3 de varios gases se determina de la misma manera:


Hidrógeno……………….
Monóxido de carbono……….
Sulfuro de hidrógeno………….
Metano…………………
Acetileno………………
Etileno…………………

A partir de las cifras dadas, se determina la composición y cantidad de productos de combustión de la mezcla de gases.

El análisis de los productos de combustión extraídos de incendios en varias habitaciones muestra que siempre contienen una cantidad significativa de oxígeno. Si se produce un incendio en una habitación con ventanas y puertas cerradas, el incendio en presencia de combustible puede continuar hasta que el contenido de oxígeno en la mezcla de aire con productos de combustión en la habitación disminuya a 14 - 16% (vol.). En consecuencia, durante incendios en espacios cerrados, el contenido de oxígeno en los productos de combustión puede oscilar entre el 21 y el 14% (vol.). La composición de los productos de combustión durante incendios en habitaciones con aberturas abiertas (sótano, ático) muestra que el contenido de oxígeno en ellas puede ser inferior al 14% (vol.):


En los sótanos………
En los áticos…….

Ejemplo 1.4. Determine el coeficiente de exceso de aire durante un incendio en una habitación si el humo tomado para el análisis contenía 19% (vol.) O 2. Encontramos el coeficiente de exceso de aire usando la fórmula (1.8).

Después de estudiar el tema de los productos de combustión, resuelva su propio problema.

Problema 1.3. Determine el volumen de productos de combustión húmeda de 1 m 3 de gas de alto horno, que consiste en 10,5% CO 2, 28% CO, 0,3% CH 4, 2,7% H 2 y 58,5% N 2.

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Respuesta: V n.c.= 1.604m3/m3.

información general sobre la combustión

La esencia del proceso de combustión.

Uno de los primeros fenómenos químicos con los que la humanidad se familiarizó en los albores de su existencia fue la combustión. Al principio se usaba para cocinar y calentar, y solo después de miles de años la gente aprendió a usarlo para convertir la energía de una reacción química en energía mecánica, eléctrica y de otro tipo.

La combustión es una reacción química de oxidación acompañada de la liberación de una gran cantidad de calor y brillo. En hornos, motores de combustión interna y durante incendios siempre se observa un proceso de combustión, en el que participan algunas sustancias inflamables y oxígeno del aire. Entre ellos se produce una reacción compuesta, como resultado de lo cual se libera calor y los productos de la reacción se calientan hasta brillar. Así se queman los productos derivados del petróleo, la madera, la turba y muchas otras sustancias.

Sin embargo, el proceso de combustión puede ir acompañado no solo de la reacción de combinar una sustancia combustible con oxígeno en el aire, sino también de otras reacciones químicas asociadas con una importante liberación de calor. El hidrógeno, el fósforo, el acetileno y otras sustancias arden, por ejemplo, en cloro; cobre - en vapor de azufre, magnesio - en dióxido de carbono. El acetileno comprimido, el cloruro de nitrógeno y muchas otras sustancias pueden explotar. Durante una explosión, las sustancias se descomponen con liberación de calor y formación de llama. Así, el proceso de combustión es el resultado de reacciones de combinación y descomposición de sustancias.

Condiciones propicias para la combustión.

Para que se produzca la combustión es necesario ciertas condiciones: presencia de un medio inflamable (sustancia combustible + oxidante) y una fuente de ignición. El aire y la materia combustible forman un sistema capaz de arder, y condiciones de temperatura determinar la posibilidad de ignición y combustión de este sistema.

Como se sabe, los principales elementos combustibles de la naturaleza son el carbono y el hidrógeno. Forman parte de casi todas las sustancias sólidas, líquidas y gaseosas, por ejemplo, madera, carbón fósil, turba, algodón, telas, papel, etc.

La ignición y combustión de la mayoría de sustancias inflamables se produce en fase gaseosa o vapor. La formación de vapores y gases en sustancias inflamables sólidas y líquidas se produce como resultado de su calentamiento. Las sustancias sólidas inflamables, como el azufre, la estearina, el fósforo y algunos plásticos, se funden y se evaporan al calentarse. La madera, la turba y el carbón se descomponen cuando se calientan formando vapores, gases y un residuo sólido: el carbón.

Veamos este proceso con más detalle usando la madera como ejemplo. Cuando se calienta a 110°C, la madera se seca y la resina se evapora ligeramente. A 130°C comienza una ligera descomposición. La descomposición de la madera más notable (cambio de color) ocurre a 150°C y más. Los productos de descomposición que se forman a 150-200°C son principalmente agua y dióxido de carbono, por lo que no pueden arder.

A temperaturas superiores a 200°C, el componente principal de la madera, la fibra, comienza a descomponerse. Los gases formados a estas temperaturas son inflamables porque contienen cantidades importantes de monóxido de carbono, hidrógeno, hidrocarburos y vapores de otras sustancias orgánicas. Cuando la concentración de estos productos en el aire es suficiente, bajo determinadas condiciones se inflamarán.

Todos los líquidos inflamables son capaces de evaporarse y su combustión se produce en fase gaseosa. Por tanto, cuando se habla de combustión o ignición de un líquido, se refiere a la combustión o ignición de sus vapores.

La combustión de todas las sustancias comienza con su ignición. Para la mayoría de las sustancias inflamables, el momento de ignición se caracteriza por la aparición de una llama, y para aquellas sustancias que no arden con llama, la aparición de un resplandor (ataque).

El elemento inicial de combustión, que se produce bajo la influencia de fuentes que tienen una temperatura más alta que la temperatura de autoignición de una sustancia, se llama ignición.

Algunas sustancias son capaces de liberar calor y autocalentarse sin la influencia de una fuente de calor externa. El proceso de autocalentamiento que termina en combustión se denomina comúnmente combustión espontánea.

La combustión espontánea es la capacidad de una sustancia de encenderse no solo cuando se calienta, sino también cuando temperatura ambiente bajo la influencia de procesos químicos, microbiológicos y fisicoquímicos.

La temperatura a la que se debe calentar una sustancia inflamable para que se encienda sin acercar una fuente de ignición se llama temperatura de autoignición.

El proceso de autoignición de una sustancia ocurre de la siguiente manera. Al calentar una sustancia inflamable, por ejemplo, una mezcla de vapor de gasolina y aire, es posible alcanzar una temperatura a la que comienza a producirse una lenta reacción de oxidación en la mezcla. La reacción de oxidación va acompañada de la liberación de calor y la mezcla comienza a calentarse por encima de la temperatura a la que se calentó.

Sin embargo, junto con la liberación de calor y un aumento en la temperatura de la mezcla, se produce una transferencia de calor desde la mezcla reaccionante hacia ambiente. A una tasa de oxidación baja, la cantidad de calor transferido siempre excede la liberación de calor, por lo que la temperatura de la mezcla, después de un cierto aumento, comienza a disminuir y no se produce la autoignición. Si la mezcla se calienta desde el exterior a una temperatura más alta, junto con un aumento en la velocidad de reacción, aumenta la cantidad de calor liberado por unidad de tiempo.

Cuando se alcanza una cierta temperatura, la liberación de calor comienza a exceder la transferencia de calor y la reacción adquiere condiciones para una intensa aceleración. En este momento se produce la combustión espontánea de la sustancia. La temperatura de autoignición de sustancias inflamables es diferente.

El proceso de autoignición discutido anteriormente es fenómeno característico, inherente a todas las sustancias inflamables, sin importar en qué estado de agregación se encuentren. Sin embargo, en la tecnología y en la vida cotidiana, la combustión de sustancias se produce debido a la exposición a llamas, chispas u objetos incandescentes.

La temperatura de estas fuentes de ignición es siempre superior a la temperatura de autoignición de las sustancias combustibles, por lo que la combustión se produce muy rápidamente. Las sustancias capaces de combustión espontánea se dividen en tres grupos. El primero incluye sustancias que pueden encenderse espontáneamente al entrar en contacto con el aire, el segundo con objetos débilmente calentados. El tercer grupo incluye sustancias que se encienden espontáneamente al entrar en contacto con el agua.

Por ejemplo, los productos vegetales, el carbón vegetal, los sulfatos de hierro, el lignito, las grasas y los aceites pueden ser propensos a la combustión espontánea. sustancias químicas y mezclas.

Entre los productos vegetales, el heno, la paja, el trébol, las hojas, la malta y el lúpulo son propensos a la combustión espontánea. Particularmente susceptibles a la combustión espontánea son los productos vegetales poco secados, en los que continúa la actividad vital de las células vegetales.

Según la teoría bacteriana, la presencia de humedad y el aumento de temperatura debido a la actividad vital de las células vegetales contribuye a la proliferación de microorganismos presentes en los productos vegetales. Debido a la mala conductividad térmica de los productos vegetales, el calor liberado se acumula gradualmente y la temperatura aumenta.

A temperaturas elevadas, los microorganismos mueren y se convierten en carbono poroso, que tiene la propiedad de calentarse debido a una oxidación intensa y, por tanto, es la siguiente fuente de generación de calor, después de los microorganismos. La temperatura de los productos vegetales aumenta hasta los 300°C y se queman espontáneamente.

El carbón vegetal, la hulla, la hulla y la turba también se encienden espontáneamente debido a la intensa oxidación del oxígeno atmosférico.

Las grasas vegetales y animales, si se aplican sobre materiales triturados o fibrosos (trapos, cuerdas, estopas, esteras, lana, aserrín, hollín, etc.), tienen la capacidad de inflamarse espontáneamente.

Cuando los materiales triturados o fibrosos se humedecen con aceite, éste se distribuye por la superficie y al contacto con el aire comienza a oxidarse. Simultáneamente con la oxidación, en el aceite se produce el proceso de polimerización (combinación de varias moléculas en una). Tanto el primer como el segundo proceso van acompañados de una importante liberación de calor. Si el calor generado no se disipa, la temperatura en el material aceitado aumenta y puede alcanzar la temperatura de autoignición.

Algunas sustancias químicas pueden encenderse espontáneamente cuando se exponen al aire. Estos incluyen fósforo (blanco, amarillo), fosfuro de hidrógeno, polvo de zinc, polvo de aluminio, metales: rubidio, cesio, etc. Todas estas sustancias son capaces de oxidarse en el aire con liberación de calor, por lo que la reacción se acelera hacia uno mismo. -encendido.

El potasio, el sodio, el rubidio, el cesio, el carburo de calcio y los carburos de metales alcalinos y alcalinotérreos se combinan vigorosamente con el agua y, al interactuar, liberan gases inflamables que, al calentarse debido al calor de la reacción, se encienden espontáneamente.

Cuando se mezclan agentes oxidantes como oxígeno comprimido, cloro, bromo, flúor, ácido nítrico, peróxido de sodio y bario, permanganato de potasio, nitrato, etc. con sustancias orgánicas, se produce el proceso de combustión espontánea de estas mezclas.

El riesgo de incendio de sustancias y materiales está determinado no sólo por su capacidad de inflamarse, sino también por muchos otros factores: la intensidad del proceso de combustión en sí y los fenómenos que acompañan a la combustión (formación de humo, vapores tóxicos, etc.), la posibilidad de detener este proceso. Un indicador general de riesgo de incendio es la inflamabilidad.

Según este indicador, todas las sustancias y materiales se dividen convencionalmente en tres grupos: no inflamables, de combustión lenta e inflamables.

Las sustancias y materiales que no pueden quemarse en el aire (aproximadamente un 21% de oxígeno) se consideran no inflamables. Estos incluyen acero, ladrillo, granito, etc. Sin embargo, sería un error clasificar los materiales no combustibles como seguros contra incendios. Agentes oxidantes fuertes (nitrógeno y ácido sulfúrico, bromo, peróxido de hidrógeno, permanganatos, etc.); sustancias que al calentarse liberan gases inflamables al reaccionar con el agua, sustancias que reaccionan con el agua liberando una gran cantidad de calor, por ejemplo, la cal viva.

Las sustancias y materiales poco inflamables son capaces de arder en el aire a partir de una fuente de ignición, pero no pueden arder por sí solos después de su eliminación.

Los combustibles son sustancias y materiales capaces de combustión espontánea, encendiéndose desde una fuente de ignición y ardiendo después de su eliminación.

Quemar madera es oxidación. componentes en dióxido de carbono CO 2 y agua H 2 O.

Para realizar este proceso es necesario cantidad suficiente agente oxidante (oxígeno) y calentar la madera a una temperatura determinada.

Cuando se calienta sin acceso a oxígeno, se produce la descomposición térmica de la madera (pirólisis), como resultado de lo cual se forman carbón, gases, agua y sustancias orgánicas volátiles.

De acuerdo con la teoría desarrollada por G. F. Knorre y otros científicos, la combustión de la madera se puede representar de la siguiente manera.

Al comienzo del calentamiento, la humedad de la madera se evapora. Posteriormente se produce la descomposición térmica de sus partes constituyentes. Los componentes de la madera están en gran medida oxidados, por lo que se descomponen a bajas temperaturas. La formación de sustancias volátiles alcanza un máximo (hasta el 85% del peso comienza alrededor de 160° y la madera seca) a 300°.

Los productos de la descomposición primaria de la madera como resultado de complejos procesos de oxidación y reducción pasan a estado gaseoso, en el que pueden mezclarse fácilmente con moléculas de oxígeno, formando una mezcla combustible que se enciende bajo ciertas condiciones (exceso de oxígeno, suficiente calor). Dependiendo de la calidad de la madera, se enciende a 250-350°.

Los productos gasificados arden en el borde exterior de la llama, mientras que dentro de la llama los productos volátiles de la pirólisis de la madera pasan a un estado gaseoso.

El brillo de la llama es causado por partículas de carbón calientes que se queman en CO 2 en su borde exterior con un exceso de oxígeno. Por el contrario, con falta de oxígeno, cuando la temperatura es relativamente baja, la llama adquiere un color rojizo y se libera una cantidad importante de hollín debido a las partículas de carbón no quemadas.

Cuanto mayor sea el suministro de oxígeno, mayor será la temperatura y más grande y brillante será la llama.

El aspecto de la llama depende también de la composición de la madera y principalmente del contenido en hidrocarburos y resinas. La mayor parte de las resinas se encuentran en los pinos y los abedules, que al quemarse producen una llama espesa y brillante. La llama del álamo temblón, cuyas sustancias volátiles contienen más monóxido de carbono y menos hidrocarburos, es pequeña, transparente y tiene un tinte azulado. Al quemar aliso, que contiene poca resina, también se produce una llama más corta y transparente.

La secuencia de descomposición térmica del aserrín durante la formación de humo se puede representar aproximadamente mediante las siguientes etapas.

En la primera etapa, la siguiente partícula "fresca" de aserrín, bajo la influencia de una mezcla caliente de vapores y gases y la radiación térmica de las partículas ardientes vecinas, se calienta hasta 150-160°. Durante este período, la humedad se evapora principalmente; no se observa una disminución notable en el volumen de partículas.

En etapas posteriores, la temperatura de la partícula también aumenta, como resultado de lo cual se produce la descomposición térmica de la masa orgánica de la partícula de madera y la ignición de parte de los productos de pirólisis gasificados con liberación de calor; Algunas de las sustancias volátiles, junto con una cierta cantidad de carbono no quemado (hollín), son transportadas hacia arriba por corrientes de convección, formando humo. Al final del proceso de descomposición de la madera y liberación de compuestos volátiles, el tamaño de las partículas disminuye notablemente.

El carbón (carbono sólido), formado durante la descomposición térmica del aserrín, se calienta por el calor liberado durante la oxidación de algunos compuestos volátiles y comienza a reaccionar con dióxido de carbono y oxígeno:

C + CO 2 → 2CO

2CO + O 2 → 2CO 2

Esto produce una pequeña llama azulada translúcida de combustión de monóxido de carbono.

El volumen de la partícula continúa reduciéndose; en etapa final se forma ceniza. Bajo la influencia del calor generado, la siguiente partícula "fresca" de aserrín comienza a calentarse.

El mecanismo y la química de la combustión de la madera en forma de troncos, astillas o un montón de aserrín es el mismo. Existen diferencias en los aspectos cuantitativos y cualitativos del proceso de combustión en sí, es decir, la oxidación. compuestos orgánicos oxígeno al utilizar leña o aserrín.

Aquí nos enfrentamos a los conceptos de la llamada combustión completa e incompleta. Con una combustión completa, las sustancias volátiles, vaporosas y gaseosas se oxidan (o queman) completamente a dióxido de carbono y vapor de agua.

Un ejemplo de combustión completa es la reacción de oxidación de uno de los componentes del humo del humo: el alcohol metílico CH 3 OH:

CH3OH + O2 → CO2 + 2H2O

De manera similar, pueden ocurrir reacciones y oxidaciones de otros compuestos orgánicos que surgen durante la descomposición térmica de la madera.

Como resultado de la combustión completa, se forma una mezcla de vapor y gas, que consta de dióxido de carbono y vapor de agua, no contiene componentes para fumar y no tiene valor para fumar.

Para obtener humo adecuado para la producción de ahumados, es necesario crear las condiciones para una combustión incompleta de la madera. Para ello, por ejemplo, se coloca encima de la leña una capa de aserrín humedecido, por lo que la zona de combustión y la intensidad se reducen significativamente. Con una combustión incompleta, las sustancias orgánicas volátiles se oxidan solo parcialmente y el humo se satura con componentes humeantes.

La profundidad de oxidación de los productos de pirólisis de la madera depende de la cantidad de oxígeno, así como de la temperatura de combustión y la velocidad de eliminación de sustancias volátiles de la zona de combustión.

En caso de falta de oxígeno, la oxidación de sustancias volátiles, por ejemplo, el alcohol metílico, se produce según la siguiente reacción:

2CH3OH + O2 → 2C + 4H2O

Las partículas de carbón no quemadas, que abandonan la zona de la llama, se enfrían rápidamente y forman humo, junto con otros productos de descomposición de la madera que no se oxidan por completo. Algunos de ellos se depositan en las paredes de las cámaras de ahumado en forma de hollín (hollín). Si el aislamiento de las cámaras de ahumado no es lo suficientemente bueno, también se depositan en sus paredes sustancias volátiles condensadas en forma de vapor (resina, alquitrán).

Con una oxidación más profunda, pero también incompleta, de sustancias combustibles, se forma monóxido de carbono:

CH3OH + O2 → CO + 2H2O

Por tanto, la cantidad de oxígeno es uno de los factores más importantes que influyen composición química humo, en particular mediante cambios en el contenido de alcohol metílico, formaldehído y ácido fórmico. Así, con un acceso limitado de aire a la zona de combustión, se forma aldehído fórmico a partir de alcohol metílico:

CH3OH + O2 → CH2O + 4H2O

Cuando entra más aire y, en consecuencia, oxígeno, el formaldehído resultante se oxida a ácido fórmico:

2CH 2 O + O 2 → 2CHOOH

Con exceso de aire, el ácido fórmico se oxida completamente a dióxido de carbono y agua:

2СНOOH + O 2 → 2CO 2 + 2H 2 O

Al quemar otros productos de pirólisis, dependiendo del grado de oxidación, también se forman sustancias orgánicas que afectan la composición del humo.

La temperatura de combustión también depende de la cantidad de oxígeno que ingresa a la capa de combustión. En condiciones normales, la madera en forma de troncos no puede arder sin llama y, por tanto, sin desprender calor. En este caso, se oxida una cantidad significativamente mayor de sustancias formadas a partir de la masa orgánica de la madera que durante la combustión (ardor lento) del aserrín. Por lo tanto, una parte importante de las sustancias volátiles cuando se quema madera no se utiliza para fumar y el humo del humo tiene una composición inferior al humo obtenido de la combustión lenta de aserrín. Cuando se quema leña con aserrín húmedo, la cantidad de humo aumenta, pero incluso en este caso la leña se consume de forma antieconómica.

El régimen de temperatura de la combustión natural (latente) del aserrín es mucho más suave en comparación con la combustión de leña. Al quemar el carbón que queda después de la liberación de sustancias volátiles, se forma una pequeña llama. El calor resultante se gasta principalmente en calentar las capas adyacentes de aserrín, que se descomponen térmicamente sin acceso al oxígeno, ya que el aire es empujado por los vapores y gases de la capa en llamas.

La combustión es lenta. Una parte importante de los productos de descomposición térmica no se oxida en la llama, por lo que las corrientes de convección eliminan relativamente muchas sustancias volátiles.

Un ejemplo de combustión incompleta de aserrín es quemarlo con un suministro de aire inferior no forzado. En este caso, solo la capa inferior de aserrín se quema por completo. Los gases y vapores calientes desplazan el aire y calientan las capas superiores de aserrín, lo que provoca la destilación seca de la madera, lo que da como resultado la formación de carbón, gases, agua y compuestos orgánicos. Con un suministro uniforme de aserrín fresco desde arriba, solo se quema la capa inferior de carbón, formada como resultado de la destilación seca de la capa suprayacente. Esto produce un humo más saturado con compuestos orgánicos volátiles.

La mejor forma de producir humo rico en componentes para fumar es producirlo en generadores de humo que funcionan con aserrín y calentando el medio de fumar mediante gas, vapor muerto o electricidad, y en generadores de humo por fricción. En este caso, se obtiene un humo con un alto contenido de compuestos orgánicos volátiles, debido a las bajas temperaturas de formación del humo y a la ligera oxidación de los productos primarios de descomposición de la madera.

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Conferencia

La combustión es en la mayoría de los casos un proceso químico complejo. Consiste en reacciones químicas elementales de tipo redox, que conducen a la redistribución de electrones de valencia entre los átomos de las moléculas que interactúan. Los agentes oxidantes pueden ser los más varias sustancias: cloro, bromo, azufre, oxígeno, sustancias que contienen oxígeno, etc. Sin embargo, la mayoría de las veces tenemos que lidiar con la combustión en una atmósfera de aire, siendo el oxígeno el agente oxidante. Se sabe que el aire es una mezcla de gases, cuyos componentes principales son nitrógeno (78%), oxígeno (21%) y argón (0,9%). El argón contenido en el aire es un gas inerte y no participa en el proceso de combustión. El nitrógeno tampoco participa prácticamente en el proceso de combustión de sustancias orgánicas.

Para muchos cálculos (determinar el volumen de aire necesario para la combustión de una unidad de masa o volumen de una sustancia, encontrar el volumen de productos de combustión, temperatura de combustión, etc.), es necesario elaborar ecuaciones para las reacciones de combustión de sustancias. en aire. Al componer estas ecuaciones se procede de la siguiente manera: en el lado izquierdo se escriben la sustancia combustible y el aire involucrado en la combustión, después del signo igual se escriben los productos de reacción resultantes. Por ejemplo, es necesario crear una ecuación para la reacción de combustión del metano en el aire. Primero, escribe el lado izquierdo de la ecuación de reacción: la fórmula química del metano más fórmulas químicas Sustancias que componen el aire. Para simplificar los cálculos, se supone que el aire se compone de 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno, es decir, por un volumen de oxígeno en el aire hay 79/21 = 3,76 volúmenes de nitrógeno, o por cada molécula de oxígeno hay 3,76 moléculas. de nitrógeno. Así, la composición del aire se puede presentar de la siguiente manera: O 2 + 3,76 N 2. Entonces el lado izquierdo de la ecuación se verá como CH 4 + O 2 + 3.76N 2 =

¿Qué productos se obtendrán? Debes centrarte en la composición del combustible.

sustancias. El carbono del combustible siempre se convierte en dióxido de carbono tras la combustión completa.

(CO 2), hidrógeno - en agua (H 2 O). Dado que esta sustancia inflamable no contiene ningún otro

elementos, entonces los productos de combustión contendrán dióxido de carbono y agua. Nitrógeno del aire (3,76 N 2) en

no participa en el proceso de combustión, pasará completamente a los productos de combustión. Entonces

Por tanto, el lado derecho de la ecuación de la reacción de combustión de metano será el siguiente:

CO2 + H2O + 3,76N2

Después de escribir los lados izquierdo y derecho, debes encontrar los coeficientes delante de las fórmulas. Se sabe que la masa total de sustancias que entraron en una reacción debe ser igual a la masa de todas las sustancias resultantes de la reacción. Esto significa que el número de átomos de un mismo elemento en los lados derecho e izquierdo de la ecuación debe ser el mismo, independientemente de la sustancia de la que forme parte este elemento. Primero, se iguala el número de átomos de carbono, luego el de hidrógeno y luego el de oxígeno. El multiplicador delante del coeficiente (3.76) asignado a la molécula de nitrógeno siempre será igual al coeficiente delante del oxígeno. La ecuación de reacción será

CH 4 + 2O 2 + 2-3,76N 2 = CO 2 + 2H 2 O + 2-3,76N 2

Teniendo en cuenta que los cálculos generalmente se realizan por 1 mol o 1 m 3 de sustancia inflamable, no se coloca ningún coeficiente delante de la sustancia combustible en la ecuación de reacción. Por tanto, en algunas ecuaciones de reacciones de combustión, los coeficientes fraccionarios pueden aparecer antes que el oxígeno u otras sustancias; por ejemplo, la ecuación de reacción para la combustión de acetileno en el aire será

C 2 H 2 + 2,5O 2 +2,5-3,76N 2 = 2CO 2 + H 2 O + 2,5-3,76N 2

Si la composición de una sustancia combustible, además de carbono e hidrógeno, incluye nitrógeno, entonces se libera durante la combustión en forma libre de N2, por ejemplo, durante la combustión de piridina.

C 2 H 6 N + 6,25O 2 + 6,25 - 3,76N 2 = 5CO 2 + 2,5H 2 O + 6,25-3,76N 2 + 0,5N 2-

Si una sustancia inflamable contiene cloro, generalmente se libera en forma de cloruro de hidrógeno durante la combustión, por ejemplo, al quemar cloruro de vinilo.

CH a = CH1 + 2,5O 2 + 2,5-3,76N 2 = 2CO 2 + H 2 O + 2,5-3,76N 2 + HC1

El azufre, que forma parte de la sustancia combustible, se libera en forma de SO 2.

El oxígeno contenido en la sustancia combustible se libera en forma de compuestos con otros elementos del combustible, por ejemplo CO 2 o H 2 O, no se libera en forma libre. La combustión de sustancias ricas en oxígeno normalmente requiere menos aire. La combustión de sustancias también puede ocurrir debido al oxígeno contenido en otras sustancias que pueden liberarlo fácilmente. Tales sustancias son ácido nítrico HNO 3, sal de Berthollet KSYu 3, salitre KNO 3, NaNO 3, NH4NO 3, permanganato de potasio KMnO 4, peróxido de bario BaO 2, etc. Las mezclas de los oxidantes anteriores con sustancias inflamables interactúan a alta velocidad, a menudo con explosión. Un ejemplo de tales mezclas es la pólvora negra, compuestos para iluminación de señales, etc.

Para que se produzca la combustión son necesarias determinadas condiciones: la presencia de una sustancia inflamable, un oxidante (oxígeno) y una fuente de ignición. La sustancia combustible y el comburente deben calentarse a una temperatura determinada mediante una fuente de calor (fuente de ignición): una llama, una chispa, un cuerpo caliente o calor generado por alguna reacción química o trabajo mecánico. En un proceso de combustión constante, la fuente constante de ignición es la zona de combustión, es decir, el área donde ocurre la reacción y se libera calor y luz. Para que se produzca y prosiga el proceso de combustión, la sustancia combustible y el oxidante deben estar en una determinada proporción cuantitativa.

La combustión de sustancias puede ser completa o incompleta. Con la combustión completa, se forman productos que no son capaces de seguir quemándose (CO 2, H 2 O, HC1); si están incompletos, los productos resultantes son capaces de seguir quemándose (CO, H 2 S, HCN, NH 3, aldehídos, etc.). En condiciones de incendio, cuando sustancias orgánicas se queman en el aire, la mayoría de las veces no se produce una combustión completa. Un signo de combustión incompleta es la presencia de humo que contiene partículas de carbón sin quemar.

Sin embargo, no importa cómo se produzca el proceso de combustión, se basa en la interacción química entre la sustancia combustible y el oxidante.

La teoría moderna de la oxidación-reducción se basa en los siguientes principios. La esencia de la oxidación es que la sustancia oxidante (agente reductor) dona electrones de valencia al agente oxidante, que, al aceptar electrones, se reduce. La esencia de la reducción es que la sustancia reductora (agente oxidante) une electrones al agente reductor, que, al donar electrones, se oxida. Como resultado de la transferencia de electrones, la estructura del nivel electrónico externo (valencia) del átomo cambia. Luego, cada átomo pasa al estado que es más estable en las condiciones dadas.

En los procesos químicos, los electrones pueden transferirse completamente desde la capa electrónica de átomos de un tipo a la capa de átomos de otro tipo. Así, cuando el sodio metálico se quema en cloro, los átomos de sodio ceden un electrón cada uno a los átomos de cloro. Al mismo tiempo, en el exterior nivel electronico El átomo de sodio tiene ocho electrones (estructura estable) y un átomo que ha perdido un electrón se convierte en un ion cargado positivamente. Un átomo de cloro que gana un electrón llena su nivel exterior con ocho electrones, pero el átomo se convierte en un ion cargado negativamente. Como resultado de la acción de las fuerzas electrostáticas de Coulomb, los iones con carga opuesta se juntan y se forma una molécula de cloruro de sodio ( enlace iónico)

Na + + Cl - à + Na+Cl

En otros procesos, los electrones de las capas externas de dos átomos diferentes parecen compartirse, uniendo así los átomos para formar moléculas ( enlace covalente)

norte + . С1 a Н: С1:

Y finalmente, un átomo puede ceder su par de electrones para uso común.

:o: + :Sa à O:Sa

Pero en todos los casos, los átomos se esfuerzan por adquirir estructuras electrónicas externas estables.

El proceso de combustión es muy proceso activo, que se produce con la liberación de una cantidad importante de energía (en forma de calor y luz). En consecuencia, en este proceso se produce una transformación de sustancias en la que a partir de sustancias menos estables se obtienen otras más estables.