Горение — это сложный физико-химический процесс [1] превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла [2;3]. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света. Светящаяся зона называется фронтом пламени или просто пламенем. Освоение огня сыграло ключевую роль в развитии человеческой цивилизации. Огонь открыл людям возможность приготовления пищи и обогрева жилищ, а впоследствии — развития металлургии, энергетики и создания новых, более совершенных инструментов и технологий. Управление процессами горения лежит в основе создания двигателей для автомобилей, судов и ракет.
Горение — основной источник энергии в мире. Еще в 2010 году около 90% всей энергии, производимой человечеством на Земле, добывалось сжиганием биотоплив или ископаемых топлив [4].
По прогнозам Управления энергетических исследований и разработок США, эта доля не упадет ниже 80% до 2040 года при одновременном росте энергопотребления на 56% в период этих 30 лет [5].
С этим связаны глобальные проблемы современной цивилизации: истощение не возобновляемых энергоресурсов, и глобальное потепление .
За счет выделяющегося в реакции тепла химические реакции горения идут по разветвленно-цепному механизму с самоускорением. Отличительной особенностью горения является большой тепловой эффект реакции и большая энергия , которая приводит к сильной зависимости скорости реакции от температуры. Из-за этого горючая смесь, которая способна храниться при комнатной температуре неограниченно долго, может воспламениться или взорваться при достижении критической температуры воспламенения — самовоспламенения, или при инициировании внешним источником энергии — вынужденное воспламенение, или зажигание.
Взрывом называют явление, при котором продукты, образующиеся при сгорании исходной смеси в небольшом объеме за короткий промежуток времени, совершают значительную механическую работу и приводят к ударным и тепловым воздействиям на окружающие объекты. Процессы горения и взрыва являются основой для создания огнестрельного оружия, взрывчатых веществ, и различных видов обычных вооружений. Особым видом горения считается детонация [6].
Окислительно-восстановительные реакции
... реакций и имеют огромное значение в теории и практике. Окисление-восстановление - один из важнейших процессов природы. С этими реакциями связана жизнь любого живого существа: процессы обмена веществ ... и эффективного обучения каждого ученика. Изучение окислительно-восстановительных реакций вызывает у учащихся определенные трудности. Особенно сложно воспринимаются такие реакции в курсе органической ...
Глава 1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЗНАНИЙ О ГОРЕНИИ
Как говорилось в ведении, в настоящее время горение является основным источником энергии. Более 90% потребляемой энергии в мире имеет своим источником горение, большинство современных технологий основано на использовании горения. Количественное описание этого явления представляет не только чисто научный интерес, но также имеет большое практическое значение. Изучение огня началось в каменном веке как практическая проблема для первобытного человека [6].
По данным , люди начали пользоваться огнем для обогрева и приготовления пищи 600 тысяч лет назад, а научились получать огонь – 30 тысяч лет назад. Порох был изобретен в Китае, а также использовался в Японии более трех тысяч лет назад. Огню отводилось значительное место в ранних мифах и легендах, например, в греческом мифе о Прометее, похитившем огонь у богов и отдавшем его людям [9].
Первые научные представления относительно пламени были сформулированы, по-видимому, греческим философом Гераклитом, считавшим, что огонь является одним из основных веществ. Из первых теорий, пытавшихся объяснить сущность процесса горения, следует отметить теорию флогистона. Эта теория сыграла известную роль в развитии химии и, в частности, в изучении процесса горения. Она появилась в XVII веке в связи с развитием металлургии [9].
По этой химической теории все вещества, способные гореть, содержат особое вещество – флогистон, которое выделяется при горении: флогистон – по-гречески «горючий» – флогистос. Процесс горения по этой теории заключается в разложении вещества на флогистон и остаток – землю. Считалось, что в углероде, сере, содержится больше флогистона, чем в металлах. Однако ряд явлений, сопровождающих процесс горения, эта ошибочная теория объяснить не могла. Выделить чистый флогистон и изучить его, разумеется, также не удалось. Поэтому теория флогистона из фактора прогресса в развитии химии превратилась в его тормоз. Большинство химиков того времени придерживались теории флогистона. Английский ученый Роберт Бойль считал, что при нагревании металлов «огненная материя» соединяется с металлами и превращает их в окалину. Так как вес окалины больше веса металла, из которого она получена, то, по мнению Бойля, флогистон имеет вес [9].
Впервые теорию флогистона опроверг великий русский ученый (1711-1765 гг.).
Он провел большое количество опытов с прокаливанием свинца и олова в открытых и запаянных сосудах. В этих опытах проводилось взвешивание вещества до и после прокаливания. При этом было показано, что металлы при прокаливании соединяются с воздухом и увеличиваются в весе. Прокаливая металл в запаянном сосуде, нашел, что хотя на металле и образуется окалина, но общий вес сосуда с металлом остается неизменным. показал, что флогистон не проникает сквозь стекло запаянного сосуда, а окалина образуется за счет присоединения к металлу воздуха, находящегося в сосуде. Своими опытами выявил не только сущность процесса горения, но и установил основной закон современной химии – закон сохранения массы вещества (1756г.).
Вредные химические вещества, их классификация
... воздухе рaбочей зоны до предельно допустимых концентрaций (ПДКрз) применяют для огрaничения неблaгоприятного воздействия вредных веществ. В связи с тем, что требовaние полного отсутствия промышленных ядов в ... в процессе рaботы или в отдaленные сроки жизни нaстоящего и последующих поколений. Предельные концентрaции для aтмосферного воздухa измеряются в нaселенных пунктaх и относятся к определенному ...
Позднее, в 1773г. Лавуазье повторил опыты и показал, что только часть воздуха соединяется с металлом, причем эта часть содержит ~ 20% от объема воздуха, то есть составляет долю кислорода в воздухе. Среди ученых, живших и работавших до начала XX века, наибольший вклад в развитие науки о горении внесли П. Бертело, Р. Бунзен, Р. Бэкон, А. Лавуазье, , М. Фарадей, С. Чепмен и другие [9].
В ХХ веке наука о горении и основанные на ней технологии стали быстро развиваться. В 1926г. американский инженер Р. Годдард разработал, испытал и получил патент на первую ракету с жидким топливом. Примерно в это же время в СССР создал и испытал ракетные двигатели на жидком топливе. В 1932г. в Королевым была создана группа специалистов по изучению реактивного движения – ГИРД. В августе 1933г. была запущена первая советская жидкостная ракета ГИРД-09, а в ноябре 1933г. – ГИРД-10. Эти работы были продолжены , и другими учеными уже после войны. В результате этих работ СССР стал пионером в освоении космоса. Бурными темпами наука о горении начала развиваться после Второй мировой войны [].
Основополагающий вклад в науку о горении был внесен академиком , который получил Нобелевскую премию по физике за открытие цепных разветвленных реакций, играющих определяющую роль в горении и взрыве. основал Институт химической физики АН СССР, который на протяжении многих лет занимает ведущее положение в области горения. Выдающимся ученым в области горения был академик (трижды Герой Социалистического Труда).
Вклад в науку о горении настолько велик, что мировое сообщество по горению учредило золотую медаль его имени за достижения в науке о горении, которая вручается каждые два года на Международных симпозиумах по горению [].
На стыке химической кинетики и науки о горении плодотворно работали , , -Каменецкий, и многие другие выдающиеся советские ученые. За рубежом наука о горении интенсивно развивается в США, где сложились крупные научные школы исследователей, возглавляемые , Т. Карманом, Б. Льюисом, , М. Саммерфильдом, Г. Эльбе. Из европейских ученых в области физики горения можно отметить М. Баррера, , Луиджи де Лука, и других [9].
Глава 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ГОРЕНИЯ
2.1. Общие положения
Горение – это химический процесс соединения горючего вещества с окислителем, сопровождающийся интенсивным выделением теплоты и излучением света. Условием возникновения горения является превышение скорости выделения теплоты химической реакцией над скоростью отвода теплоты в окружающую среду. Если это условие обеспечивается, то происходит саморазогрев горючей смеси и скорость реакции увеличивается. И наоборот, превышение скорости отвода теплоты над скоростью ее выделения приводит к затуханию процесса горения.
Различают несколько видов горения:
1) Вспышка – быстрое сгорание горючей смеси без образования повышенного давления газов. 2) Возгорание – возникновения горения от источника зажигания. 3) Воспламенение – возгорание, сопровождающееся появлением пламени. 4) Самовозгорание – горение, возникающее при отсутствии внешнего источника зажигания. 5) Самовоспламенение – самовозгорание, сопровождающееся появлением пламени. 6) Взрыв – чрезвычайно быстрое горение, при котором происходит выделение энергии и образование сжатых газов, способных производить механические разрушения.
Обязанности должностных лиц в области охраны труда
... в области охраны труда — приоритет жизни и здоровья работников на протяжении их производственной деятельности, обеспечение гарантий права работни Обязанности нанимателей перед работниками по обеспечению охраны труда отражены ... тяжелым исходом; групповые несчастные случаи, происшедшие одновременно с двумя и более лицами независимо от тяжести те Наиболее важными факторами с точки зрения психофизиоло ...
