shpërthimi i oksigjenit me djegie

Djegia homogjene i referohet djegies së gazrave të parapërzier. Shembuj të shumtë të djegies homogjene janë proceset e djegies së gazeve ose avujve në të cilat agjenti oksidues është oksigjeni në ajër: djegia e përzierjeve të hidrogjenit, përzierjet e monoksidit të karbonit dhe hidrokarbureve me ajrin. Në raste praktikisht të rëndësishme, kushti i përzierjes së plotë paraprake nuk plotësohet gjithmonë. Prandaj, kombinimet e djegies homogjene me llojet e tjera të djegies janë gjithmonë të mundshme.

Djegia homogjene mund të realizohet në dy mënyra: laminare dhe turbulente. Turbulenca përshpejton procesin e djegies duke copëtuar pjesën e përparme të flakës në fragmente të veçanta dhe, në përputhje me rrethanat, duke rritur zonën e kontaktit të substancave reaguese në turbulenca në shkallë të gjerë ose duke përshpejtuar proceset e transferimit të nxehtësisë dhe masës në pjesën e përparme të flakës në turbulenca të shkallës së vogël. Djegia e turbullt karakterizohet nga vetëngjashmëria: vorbullat e turbullta rrisin shpejtësinë e djegies, gjë që çon në një rritje të turbulencës.

Të gjithë parametrat e djegies homogjene shfaqen edhe në proceset në të cilat agjenti oksidues nuk është oksigjen, por gazra të tjerë. Për shembull, fluor, klor ose brom.

Djegia heterogjene ndodh në ndërfaqen e fazës. Në këtë rast, njëra nga substancat reaguese është në gjendje të kondensuar, tjetra (zakonisht oksigjeni atmosferik) hyn për shkak të difuzionit të fazës së gazit. Kushti i kërkuar djegie heterogjeneështë pika shumë e lartë e vlimit (ose zbërthimi) e fazës së kondensuar. Nëse ky kusht nuk plotësohet, djegia paraprihet nga avullimi ose dekompozimi. Një rrjedhë e avullit ose produkteve të dekompozimit të gaztë hyn në zonën e djegies nga sipërfaqja, dhe djegia ndodh në fazën e gazit. Një djegie e tillë mund të klasifikohet si difuzion pothuajse heterogjene, por jo plotësisht heterogjene, pasi procesi i djegies nuk ndodh më në kufirin e fazës. Zhvillimi i një djegieje të tillë kryhet për shkak të rrjedhës së nxehtësisë nga flaka në sipërfaqen e materialit, e cila siguron avullimin ose dekompozimin e mëtejshëm dhe rrjedhjen e karburantit në zonën e djegies. Në situata të tilla, lind një rast i përzier kur reaksionet e djegies ndodhin pjesërisht në mënyrë heterogjene - në sipërfaqen e fazës së kondensuar, dhe pjesërisht homogjene - në vëllimin e përzierjes së gazit.

Një shembull i djegies heterogjene është djegia e qymyrit dhe qymyrit. Kur këto substanca digjen, ndodhin dy lloje reaksionesh. Disa lloje qymyri lëshojnë përbërës të paqëndrueshëm kur nxehen. Djegia e thëngjijve të tillë paraprihet nga zbërthimi i pjesshëm termik i tyre me çlirimin e hidrokarbureve të gazta dhe hidrogjenit, të cilët digjen në fazën e gazit. Përveç kësaj, gjatë djegies së karbonit të pastër, mund të formohet monoksidi i karbonit CO, i cili digjet në vëllim. Me një tepricë të mjaftueshme të ajrit dhe një temperaturë të lartë të sipërfaqes së qymyrit, reaksionet vëllimore ndodhin aq afër sipërfaqes saqë, në një përafrim të caktuar, kjo jep arsye për ta konsideruar një proces të tillë heterogjen.

Një shembull i djegies vërtet heterogjene është djegia e metaleve zjarrduruese jo të paqëndrueshme. Këto procese mund të ndërlikohen nga formimi i oksideve që mbulojnë sipërfaqen e djegur dhe parandalojnë kontaktin me oksigjenin. Me një ndryshim të madh në vetite fizike dhe kimike Midis metalit dhe oksidit të tij gjatë procesit të djegies, filmi i oksidit plasaritet dhe sigurohet aksesi i oksigjenit në zonën e djegies.

Bazuar në shembujt e shqyrtuar, në varësi të gjendjes së grumbullimit të përzierjes së karburantit dhe oksiduesit, d.m.th. Në varësi të numrit të fazave në përzierje, ekzistojnë:

1. Djegie homogjene gazet dhe avujt e substancave të ndezshme në një mjedis oksidues të gaztë. Kështu, reaksioni i djegies ndodh në një sistem të përbërë nga një fazë (gjendje agregate).

2. Djegie heterogjene substanca të ngurta të ndezshme në një mjedis oksidues të gaztë. Në këtë rast, reaksioni ndodh në ndërfaqe, ndërsa një reagim homogjen ndodh në të gjithë vëllimin.

Kjo është djegia e metaleve, grafitit, d.m.th. materiale praktikisht jo të avullueshme. Shumë reaksione të gazit janë të një natyre homogjene-heterogjene, kur mundësia e shfaqjes së një reaksioni homogjen është për shkak të origjinës së një reaksioni heterogjen njëkohësisht.

Djegia e të gjitha substancave të lëngëta dhe të shumë substancave të ngurta, nga të cilat lirohen avujt ose gazrat (substancat e avullueshme), ndodh në fazën e gazit. Fazat e ngurta dhe të lëngëta luajnë rolin e rezervuarëve të produkteve që reagojnë.

Për shembull, reaksioni heterogjen i djegies spontane të qymyrit kalon në fazën homogjene të djegies së substancave të paqëndrueshme. Mbetja e koksit digjet në mënyrë heterogjene.

4.3. Difuzioni dhe djegia kinetike.

Në bazë të shkallës së përgatitjes së përzierjes së djegshme, dallohen difuzioni dhe djegia kinetike.

Llojet e djegies së konsideruar (përveç eksplozivëve) lidhen me djegien me difuzion. Flaka, d.m.th. Zona e djegies së një përzierjeje të karburantit dhe ajrit duhet të ushqehet vazhdimisht me karburant dhe oksigjen për të siguruar stabilitet. Furnizimi i gazit të djegshëm varet vetëm nga shpejtësia e furnizimit të tij në zonën e djegies. Shpejtësia e hyrjes së lëngut të ndezshëm varet nga intensiteti i avullimit të tij, d.m.th. në presionin e avullit mbi sipërfaqen e lëngut dhe, rrjedhimisht, në temperaturën e lëngut. Temperatura e ndezjesështë temperatura më e ulët e një lëngu në të cilën flaka mbi sipërfaqen e tij nuk do të fiket.

Djegia e lëndëve të ngurta ndryshon nga djegia e gazeve nga prania e një faze dekompozimi dhe gazifikimi me ndezjen e mëvonshme të produkteve të pirolizës së paqëndrueshme.

Piroliza- Kjo është ngrohja e substancave organike në temperatura të larta pa hyrje në ajër. Në këtë rast, ndodh dekompozimi, ose ndarja e përbërjeve komplekse në më të thjeshta (koksimi i qymyrit, plasaritja e vajit, distilimi i thatë i drurit). Prandaj, djegia e një lënde të ngurtë të djegshme në një produkt djegieje nuk është e përqendruar vetëm në zonën e flakës, por ka një karakter shumëfazor.

Ngrohja e fazës së ngurtë shkakton dekompozim dhe lirimin e gazrave, të cilët ndizen dhe digjen. Nxehtësia nga pishtari ngroh fazën e ngurtë, duke shkaktuar gazifikimin e saj dhe procesi përsëritet, duke ruajtur kështu djegien.

Modeli i djegies së ngurtë supozon praninë e fazave të mëposhtme (Fig. 17):

Oriz. 17. Modeli i djegies

lëndë e ngurtë.

ngrohja e fazës së ngurtë. Për substancat e shkrirjes, shkrirja ndodh në këtë zonë. Trashësia e zonës varet nga temperatura e përçueshmërisë së substancës;

piroliza, ose zona e reagimit në fazën e ngurtë, në të cilën formohen substanca të ndezshme të gazta;

flaka paraprake në fazën e gazit, në të cilën formohet një përzierje me një oksidues;

flaka, ose zona e reagimit në fazën e gazit, në të cilën transformimi i produkteve të pirolizës në produkte të djegies së gaztë;

produktet e djegies.

Shkalla e furnizimit me oksigjen në zonën e djegies varet nga difuzioni i tij përmes produktit të djegies.

Në përgjithësi, meqenëse shpejtësia e reaksionit kimik në zonën e djegies në llojet e djegies në shqyrtim varet nga shpejtësia e hyrjes së përbërësve reagues dhe sipërfaqja e flakës përmes difuzionit molekular ose kinetik, ky lloj djegie quhet difuzionit.

Struktura e flakës djegia e difuzionit përbëhet nga tre zona (Fig. 18):

Zona 1 përmban gazra ose avuj. Nuk ka djegie në këtë zonë. Temperatura nuk i kalon 500 0 C. Ndodh zbërthimi, piroliza e substancave të paqëndrueshme dhe ngrohja deri në temperaturën e vetëndezjes.

Oriz. 18. Struktura e flakës.

Në zonën 2, formohet një përzierje e avujve (gazrave) me oksigjenin atmosferik dhe ndodh djegia jo e plotë në CO me reduktim të pjesshëm në karbon (pak oksigjen):

C n H m + O 2 → CO + CO 2 + H 2 O;

Në zonën e 3-të të jashtme, ndodh djegia e plotë e produkteve të zonës së dytë dhe vërehet temperatura maksimale e flakës:

2CO+O 2 =2CO 2 ;

Lartësia e flakës është proporcionale me koeficientin e difuzionit dhe shpejtësinë e rrjedhës së gazit dhe në proporcion të zhdrejtë me densitetin e gazit.

Të gjitha llojet e djegies së difuzionit janë të natyrshme në zjarret.

Kinetike Djegia është djegia e gazit të ndezshëm, avullit ose pluhurit të parapërzier me një oksidues. Në këtë rast, shkalla e djegies varet vetëm nga vetitë fiziko-kimike të përzierjes së djegshme (përçueshmëria termike, kapaciteti i nxehtësisë, turbulenca, përqendrimi i substancave, presioni, etj.). Prandaj, shkalla e djegies rritet ndjeshëm. Ky lloj djegieje është i natyrshëm në shpërthime.

NË Në këtë rast, kur përzierja e djegshme ndizet në çdo pikë, pjesa e përparme e flakës lëviz nga produktet e djegies në përzierjen e freskët. Kështu, flaka gjatë djegies kinetike është më shpesh e paqëndrueshme (Fig. 19).

Oriz. 19. Skema e përhapjes së flakës në një përzierje të djegshme: - burimi i ndezjes; - drejtimi i lëvizjes së pjesës së përparme të flakës.

Megjithëse, nëse së pari përzieni gazin e ndezshëm me ajrin dhe e futni atë në djegës, atëherë kur ndizet, do të formohet një flakë e palëvizshme, me kusht që shkalla e rrjedhës së përzierjes të jetë e barabartë me shpejtësinë e përhapjes së flakës.

Nëse rritet shpejtësia e furnizimit me gaz, flaka shkëputet nga djegësi dhe mund të fiket. Dhe nëse shpejtësia zvogëlohet, flaka do të tërhiqet në djegës me një shpërthim të mundshëm.

Sipas shkallës së djegies, d.m.th. plotësia e reagimit të djegies ndaj produkteve përfundimtare, ndodh djegia e plotë dhe e paplotë.

Pra, në zonën 2 (Fig. 18) djegia është e paplotë, sepse Ka furnizim të pamjaftueshëm me oksigjen, i cili konsumohet pjesërisht në zonën 3 dhe formohen produkte të ndërmjetme. Këto të fundit digjen në zonën 3, ku ka më shumë oksigjen, deri në djegien e plotë. Prania e blozës në tym tregon djegie jo të plotë.

Një shembull tjetër: kur ka mungesë oksigjeni, karboni digjet në monoksid karboni:

Nëse shtoni O, atëherë reagimi përfundon:

2СО+O 2 =2СО 2.

Shkalla e djegies varet nga natyra e lëvizjes së gazrave. Prandaj, bëhet një dallim midis djegies laminare dhe turbulente.

Kështu, një shembull i djegies laminare është një flakë qiri në ajër të qetë. Në djegie laminare shtresat e gazrave rrjedhin paralelisht, pa rrotullim.

Djegie turbulente– lëvizje vorbull e gazeve, në të cilën gazrat e djegies përzihen intensivisht dhe pjesa e përparme e flakës është e turbullt. Kufiri midis këtyre llojeve është kriteri Reynolds, i cili karakterizon marrëdhënien midis forcave inerciale dhe forcave të fërkimit në rrjedhë:

, (4.1)

Ku:  - shpejtësia e rrjedhjes së gazit;

 - viskoziteti kinetik;

l– madhësia karakteristike lineare.

Numri Reynolds në të cilin ndodh kalimi i një shtrese kufitare laminare në një shtresë turbulente quhet kritike Re cr, Re cr ~ 2320.

Turbulenca rrit shkallën e djegies për shkak të transferimit më intensiv të nxehtësisë nga produktet e djegies në përzierjen e freskët.

Mjedis i djegshëm

Agjentët oksidues

Agjentët oksidues janë substanca, atomet e të cilave pranojnë elektrone gjatë shndërrimeve kimike. Ndër substanca të thjeshta këto përfshijnë të gjithë halogjenet dhe oksigjenin.

Agjenti oksidues më i zakonshëm në natyrë është oksigjeni atmosferik.

Në zjarret reale, djegia ndodh kryesisht në ajër, por shumë procese teknologjike përdorin ajër të pasuruar me oksigjen, madje edhe me oksigjen të pastër (për shembull, prodhimi metalurgjik, saldimi me gaz, prerja, etj.). Një atmosferë e pasuruar me oksigjen mund të haset në nënujore dhe në anije kozmike, në proceset e furrës së shpërthimit, etj. Sisteme të tilla të ndezshme kanë një rrezik më të lartë zjarri. Kjo duhet të merret parasysh gjatë zhvillimit të sistemeve të shuarjes së zjarrit, masave për parandalimin e zjarrit dhe gjatë ekzaminimit tekniko-zjarr të zjarreve.

Përveç oksigjenit atmosferik dhe halogjeneve, substancat komplekse gjithashtu mund të veprojnë si agjentë oksidues në reaksionet e djegies, për shembull, kripërat e acideve që përmbajnë oksigjen - nitratet, kloratet, etj., të përdorura në prodhimin e barutit, eksplozivëve ushtarakë dhe industrialë dhe të ndryshëm. kompozime piroteknike.

Një përzierje e karburantit dhe oksiduesit në të njëjtën gjendje grumbullimi në përmasa të caktuara dhe të aftë për të djegur (dhe djegia është e mundur vetëm në raporte të caktuara) quhet medium i ndezshëm.

Ekzistojnë dy lloje të mediave të ndezshme: homogjene dhe heterogjene.

Medium homogjen i ndezshëm quhet një përzierje e para-përzier e karburantit dhe oksiduesit, dhe, në përputhje me rrethanat, medium heterogjen i ndezshëm – kur karburanti dhe oksiduesi nuk janë të përziera.

Ndikimi i një numri të madh faktorësh në procesin e djegies përcakton shumëllojshmërinë e llojeve dhe mënyrave të djegies. Kështu, në varësi të gjendjes së grumbullimit të përbërësve të një përzierjeje të djegshme, djegia mund të jetë homogjene dhe heterogjene, në kushtet e përzierjes së përbërësve - djegia e një përzierjeje të përgatitur paraprakisht (kinetike) dhe difuzioni, në kushte dinamike të gazit - laminare dhe turbulente etj.

Llojet kryesore të djegies janë homogjene dhe heterogjene.

Djegie homogjene - Ky është procesi i ndërveprimit midis karburantit dhe
oksidues në të njëjtën gjendje grumbullimi. Shumica
Djegia homogjene e gazeve dhe avujve në ajër është e përhapur.

Djegie heterogjene- kjo është djegia e materialeve të ngurta të djegshme -
als direkt në sipërfaqen e tyre. Tipar karakteristik
djegia heterogjene është mungesa e flakës. Shembuj të saj
janë djegia e antracitit, koksit, qymyrit dhe metaleve të paqëndrueshme.
Nganjëherë quhet djegie pa flakë duke u djegur.

Siç shihet nga përkufizimet, ndryshimi thelbësor midis djegies homogjene dhe djegies heterogjene është se në rastin e parë karburanti dhe oksiduesi janë në të njëjtën gjendje grumbullimi, në të dytin janë në gjendje të ndryshme.

Duhet të theksohet se djegia e lëndëve të ngurta dhe materialeve nuk është gjithmonë heterogjene. Kjo shpjegohet me mekanizmin e djegies së lëndëve të ngurta.

Për shembull, djegia e drurit në ajër. Për ta ndezur, duhet të sillni një lloj burimi nxehtësie, si një flakë nga një shkrepës ose çakmak dhe të prisni pak. Shtrohet pyetja: pse nuk ndizet menjëherë? Kjo shpjegohet me faktin se në periudhën fillestare, burimi i ndezjes duhet të ngrohë drurin në një temperaturë të caktuar në të cilën fillon procesi i pirolizës, ose thënë ndryshe dekompozimi termik. Në të njëjtën kohë, si rezultat i dekompozimit të celulozës dhe përbërësve të tjerë, produktet e dekompozimit të tyre fillojnë të çlirohen - gaze të ndezshme - hidrokarbure. Natyrisht, sa më i madh të jetë ngrohja, aq më i madh është shkalla e dekompozimit dhe, në përputhje me rrethanat, shkalla e lëshimit të gazrave të ndezshëm. Dhe vetëm kur shkalla e çlirimit të GH është e mjaftueshme për të krijuar një përqendrim të caktuar në ajër, d.m.th. formimi i një mjedisi të ndezshëm, mund të ndodhë djegie. Çfarë lidhje ka djegia nuk është dru, por produktet e dekompozimit të tij - gazra të ndezshëm. Kjo është arsyeja pse djegia e drurit, në shumicën e rasteve, është djegie homogjene, jo heterogjene.

Ju mund të kundërshtoni: druri përfundimisht fillon të digjet, dhe shkrirja, siç u përmend më lart, është djegie heterogjene. Kjo eshte e vertetë. Fakti është se produktet përfundimtare të dekompozimit të drurit janë kryesisht gaze të ndezshme dhe mbetje karboni, të ashtuquajturat koks. Të gjithë e keni parë këtë mbetje shumë karbonike dhe madje e keni blerë për të gatuar qebap. Këto thëngjij janë afërsisht 98% karbon i pastër dhe nuk mund të lëshojnë GH. Qymyri digjet në mënyrën heterogjene të djegies, domethënë digjen.

Kështu, druri digjet fillimisht në një mënyrë djegieje homogjene, më pas, në një temperaturë prej afërsisht 800°C, djegia e ndezur kthehet në shkrirje, d.m.th. bëhet heterogjene. E njëjta gjë ndodh me trupat e tjerë të ngurtë.

Si digjen lëngjet në ajër? Mekanizmi i djegies së lëngjeve është se ato avullojnë së pari, dhe janë avujt që formojnë një përzierje të ndezshme me ajrin. Domethënë, në këtë rast ndodh edhe djegia homogjene. Nuk digjet faza e lëngshme, por avulli i lëngut

Mekanizmi i djegies së metalit është i njëjtë me atë të lëngjeve, me përjashtim të faktit se metali fillimisht duhet të shkrihet dhe më pas të nxehet në një temperaturë të lartë në mënyrë që shkalla e avullimit të jetë e mjaftueshme për të formuar një mjedis të ndezshëm. Disa metale digjen në sipërfaqen e tyre.

Në djegien homogjene, dallohen dy mënyra: djegia kinetike dhe difuzioni.

Djegia kinetike– kjo është djegia e një përzierje të djegshme të parapërzier, d.m.th. përzierje homogjene. Shpejtësia e djegies përcaktohet vetëm nga kinetika e reaksionit redoks.

Djegia me difuzion– kjo është djegia e një përzierjeje heterogjene, kur karburanti dhe oksiduesi nuk janë të parapërzier, d.m.th. heterogjene. Në këtë rast, përzierja e karburantit dhe oksiduesit ndodh në pjesën e përparme të flakës për shkak të difuzionit. Djegia e paorganizuar karakterizohet nga një modalitet i djegies së difuzionit, shumica e materialeve të djegshme në zjarr mund të digjen vetëm në këtë mënyrë. Përzierjet homogjene, natyrisht, mund të formohen edhe gjatë një zjarri të vërtetë, por formimi i tyre më tepër i paraprin zjarrit ose siguron fazën fillestare të zhvillimit.

Dallimi themelor midis këtyre llojeve të djegies është se në një përzierje homogjene molekulat e karburantit dhe oksiduesit janë tashmë në afërsi dhe janë gati për të hyrë në ndërveprim kimik, ndërsa me djegien e difuzionit këto molekula duhet së pari t'i afrohen njëra-tjetrës për shkak të difuzionit. dhe vetëm atëherë hyjnë në ndërveprim.

Kjo përcakton ndryshimin në shkallën e procesit të djegies.

Koha totale e djegies t g, përbëhet nga kohëzgjatja e fizike
proceset e skive dhe kimike:

t g = t f + t x.

Mënyra e djegies kinetike karakterizohet nga kohëzgjatja e vetëm proceseve kimike, d.m.th. t g » t x, pasi në këtë rast proceset fizike nuk kërkohet përgatitje (përzierje), d.m.th. t f » 0 .

Mënyra e djegies së difuzionit, përkundrazi, varet kryesisht nga
shpejtësia e përgatitjes së një përzierjeje homogjene të djegshme (përafërsisht, bashkimi i molekulave), Në ​​këtë rast t f >> t x, prandaj kjo e fundit mund të neglizhohet, d.m.th. kohëzgjatja e tij përcaktohet kryesisht nga shpejtësia e proceseve fizike.

Nëse t f » t x, d.m.th. ato janë proporcionale, atëherë djegia vazhdon në mënyrën e mëposhtme
i quajtur rajoni i ndërmjetëm.

Për shembull, imagjinoni dy djegës me gaz (Fig. 1.1): në njërën prej tyre ka vrima në grykë për hyrjen e ajrit (a), në tjetrën nuk ka asnjë (b). Në rastin e parë, ajri do të thithet me injektim në grykë, ku përzihet me gaz të ndezshëm, duke formuar kështu një përzierje homogjene të djegshme, e cila digjet në dalje të grykës në mënyra kinetike . Në rastin e dytë (b), ajri përzihet me gaz të djegshëm gjatë procesit të djegies për shkak të difuzionit, në këtë rast - djegia e difuzionit .

Oriz. 1.1Shembull i djegies kinetike (a) dhe difuzionit (b).

Një shembull tjetër: ka një rrjedhje gazi në dhomë. Gazi gradualisht përzihet me ajrin, duke formuar një përzierje homogjene të djegshme. Dhe nëse pas kësaj shfaqet një burim ndezjeje, ndodh një shpërthim. Kjo është djegie në modalitetin kinetik.

E njëjta gjë vlen edhe për djegien e lëngjeve, siç është benzina. Nëse derdhet në një enë të hapur dhe vihet në zjarr, do të ndodhë djegia e difuzionit. Nëse e vendosni këtë enë në një dhomë të mbyllur dhe prisni për ca kohë, benzina do të avullojë pjesërisht, do të përzihet me ajrin dhe në këtë mënyrë do të formojë një përzierje homogjene të djegshme. Kur futni një burim ndezjeje, siç e dini, do të ndodhë një shpërthim, kjo është djegie kinetike.

Në çfarë mënyre ndodh djegia në zjarre reale? Sigurisht, kryesisht në difuzion. Në disa raste, zjarri mund të fillojë me djegie kinetike, si në shembujt e dhënë, por pasi përzierja homogjene të digjet, gjë që ndodh shumë shpejt, djegia do të vazhdojë në modalitetin e difuzionit.

Me djegien me difuzion, në rast të mungesës së oksigjenit në ajër, për shembull gjatë zjarreve në hapësira të mbyllura, djegia jo e plotë e karburantit është e mundur me formimin e produkteve jo të plota të djegies si CO - monoksidi i karbonit. Të gjitha produktet e djegies jo të plotë janë shumë toksike dhe paraqesin një rrezik të madh në zjarr. Në shumicën e rasteve, ata janë përgjegjës për vdekjen e njerëzve.

Pra, llojet kryesore të djegies janë homogjene dhe heterogjene. Dallimi vizual midis këtyre mënyrave është prania e flakës.

Djegia homogjene mund të ndodhë në dy mënyra: difuzion dhe kinetik. Vizualisht, ndryshimi i tyre qëndron në shkallën e djegies.

Duhet të theksohet se ekziston një lloj tjetër i djegies - djegia e eksplozivëve. Eksplozivët përfshijnë karburantin dhe një oksidues në fazën e ngurtë. Meqenëse karburanti dhe oksiduesi janë në të njëjtën gjendje grumbullimi, një djegie e tillë është homogjene.

Në zjarret reale ndodh kryesisht djegia e flaktë. Flaka, siç dihet, identifikohet si një nga faktorët e rrezikshëm të zjarrit. Çfarë është flaka dhe çfarë procesesh ndodhin në të?

Kur digjet një lëndë djegëse e ngurtë, vetë reaksioni kimik paraprihet nga procesi i furnizimit të një oksiduesi në sipërfaqen reaguese. Rrjedhimisht, procesi i djegies së lëndës djegëse të ngurtë është një proces fiziko-kimik kompleks heterogjen, i përbërë nga dy faza: furnizimi me oksigjen në sipërfaqen e karburantit nga difuzioni turbulent dhe molekular dhe një reaksion kimik mbi të.

Le të shqyrtojmë teorinë e përgjithshme të djegies heterogjene duke përdorur shembullin e djegies së një grimce sferike të karbonit, duke pranuar kushtet e mëposhtme. Përqendrimi i oksigjenit në të gjithë sipërfaqen e grimcës është i njëjtë; shkalla e reagimit të oksigjenit me karbonin është proporcionale me përqendrimin e oksigjenit në sipërfaqe, d.m.th., zhvillohet një reaksion i rendit të parë, i cili ka shumë të ngjarë për proceset heterogjene; reaksioni ndodh në sipërfaqen e grimcës me formimin e produkteve përfundimtare të djegies, dhe nuk ka reaksione dytësore në vëllim, si dhe në sipërfaqen e grimcës.

Në një situatë kaq të thjeshtuar, shkalla e djegies së karbonit mund të përfaqësohet në varësi të shkallës së dy fazave kryesore të tij, përkatësisht, nga shkalla e furnizimit me oksigjen në sipërfaqen ndërfaqe dhe nga shpejtësia e vetë reaksionit kimik që ndodh në sipërfaqe. të grimcës. Si rezultat i ndërveprimit të këtyre proceseve, ndodh një gjendje ekuilibri dinamik midis sasisë së oksigjenit të shpërndarë nga difuzioni dhe konsumuar për reaksionin kimik në një vlerë të caktuar të përqendrimit të tij në sipërfaqen e karbonit.

Shpejtësia e reaksionit kimik /(°2 g oksigjen/(cm2-s), e përcaktuar

Si sasia e oksigjenit e konsumuar nga një njësi e sipërfaqes së reagimit për njësi të kohës mund të shprehet si më poshtë:

Në ekuacionin:

K është konstanta e shpejtësisë së reaksionit kimik;

Oc është përqendrimi i oksigjenit në sipërfaqen e grimcës.

Nga ana tjetër, shkalla e djegies është e barabartë me fluksin specifik

Djersa në sipërfaqen reaguese, e shpërndarë nga difuzioni:

K°" = reklamë (C, - C5). (15-2)

Në ekuacionin:

Ad - koeficienti i shkëmbimit të difuzionit;

Co është përqendrimi i oksigjenit në rrjedhën në të cilën digjet grimca e karbonit.

Duke zëvendësuar vlerën e St, të gjetur nga ekuacioni (15-1), në ekuacionin (15-2), marrim shprehjen e mëposhtme për shpejtësinë e djegies heterogjene në termat e sasisë së oksigjenit të konsumuar për njësi sipërfaqe të një grimce për njësi koha:

". °, ■’ (15-3)

Duke treguar me

Kkazh - - C - , (15-4)

Shprehja (15-3) mund të përfaqësohet si

/<°’ = /СкажС„. (15-5)

Në strukturën e saj, shprehja (15-5) është e ngjashme me ekuacionin kinetik (15-1) të një reaksioni të rendit të parë. Në të, konstanta e shpejtësisë së reagimit "£ zëvendësohet nga koeficienti Kkaz, i cili varet si nga vetitë e reagimit të karburantit ashtu edhe nga modelet e transferimit dhe për këtë arsye quhet konstanta e shkallës së dukshme të djegies së karbonit të ngurtë.

Shpejtësia e reaksioneve të djegies kimike varet nga natyra e lëndës djegëse dhe kushtet fizike: përqendrimi i gazit që reagon në sipërfaqe, temperatura dhe presioni. Varësia nga temperatura e shpejtësisë së reaksionit kimik është më e forta Në rajonin e temperaturave të ulëta, shpejtësia e reaksionit kimik është shumë herë më e vogël se shpejtësia me të cilën mund të shpërndahet procesi i djegies është i kufizuar nga shpejtësia e vetë reaksionit kimik dhe nuk varet nga kushtet e furnizimit me oksigjen, d.m.th. shpejtësia e rrjedhës së ajrit, madhësia e grimcave, etj. Prandaj, ky rajon i djegies heterogjene quhet kinetik.

Në rajonin kinetik të djegies ad>-£, prandaj në formulën (15-3) vlera 1/ad mund të neglizhohet në krahasim me 1/& dhe më pas marrim:

K°32 = kC0. (15-6)

Ekuilibri midis sasisë së oksigjenit të shpërndarë nga difuzioni dhe i konsumuar për reaksionin vendoset në një gradient të vogël të përqendrimit të tij, për shkak të të cilit vlera e përqendrimit të oksigjenit në sipërfaqen e reaksionit ndryshon pak nga vlera e tij në rrjedhë. Në temperatura të larta, djegia kinetike mund të ndodhë me shpejtësi të larta të rrjedhës së ajrit dhe madhësi të vogla të grimcave të karburantit, d.m.th., me një përmirësim të tillë të kushteve për furnizimin me oksigjen, kur ky i fundit mund të shpërndahet në sasi dukshëm më të mëdha në krahasim me kërkesat e kimikatit. reagimi.

Rajone të ndryshme të djegies heterogjene janë paraqitur grafikisht në Fig. 15-1. Rajoni kinetik I karakterizohet nga kurba 1, e cila tregon se me rritjen e temperaturës shpejtësia e djegies rritet ndjeshëm sipas ligjit Arrhenius.

Në një temperaturë të caktuar, shpejtësia e reaksionit kimik bëhet në përpjesëtim me shpejtësinë e shpërndarjes së oksigjenit në sipërfaqen e reaksionit, dhe më pas shkalla e djegies varet jo vetëm nga shpejtësia e reaksionit kimik, por edhe nga shpejtësia e shpërndarjes së oksigjenit. Në këtë rajon, i quajtur i ndërmjetëm (Fig. 15-1, rajoni II, kurba 1-2), ritmet e këtyre dy fazave janë të krahasueshme, asnjëra prej tyre nuk mund të neglizhohet dhe për këtë arsye shpejtësia e procesit të djegies përcaktohet me formulë ( 15-3). Me rritjen e temperaturës, shkalla e djegies rritet, por në një masë më të vogël se në rajonin kinetik, dhe rritja e saj ngadalësohet gradualisht dhe më në fund arrin maksimumin e saj me kalimin në rajonin difuz (Fig. 15-1, rajoni III, kurba 2- 3), duke mbetur i pavarur nga temperatura. Në temperatura më të larta në këtë rajon, shpejtësia e reaksionit kimik rritet aq shumë sa që oksigjeni i furnizuar nga difuzioni hyn menjëherë në një reaksion kimik, si rezultat i të cilit përqendrimi i oksigjenit në sipërfaqe bëhet pothuajse i barabartë me zero. Në formulën (15-3), mund të neglizhojmë vlerën 1/& në krahasim me 1/ad, atëherë gjejmë se shpejtësia e djegies përcaktohet nga shpejtësia e difuzionit të oksigjenit në sipërfaqen e reaksionit, d.m.th.

Dhe për këtë arsye ky rajon i djegies quhet difuzion. Në rajonin e difuzionit, shkalla e djegies është praktikisht e pavarur nga vetitë e karburantit dhe temperatura. Ndikimi i temperaturës ndikon vetëm në ndryshimet në konstante fizike. Në këtë rajon, shpejtësia e djegies ndikohet fuqishëm nga kushtet e shpërndarjes së oksigjenit, përkatësisht faktorët hidrodinamikë: shpejtësia relative e rrjedhës së gazit dhe madhësia e grimcave të karburantit. Me një rritje të shkallës së rrjedhës së gazit dhe një ulje të madhësisë së grimcave, d.m.th., me përshpejtimin e shpërndarjes së oksigjenit, shkalla e djegies së difuzionit rritet.

Gjatë procesit të djegies, vendoset një ekuilibër dinamik midis procesit kimik të konsumit të oksigjenit dhe procesit të difuzionit të shpërndarjes së tij në një përqendrim të caktuar të oksigjenit në sipërfaqen e reaksionit. Përqendrimi i oksigjenit në sipërfaqen e grimcës varet nga raporti i shpejtësisë së këtyre dy proceseve, nëse mbizotëron shpejtësia e difuzionit, ai do t'i afrohet përqendrimit në rrjedhë, ndërsa rritja e shpejtësisë së reaksionit kimik shkakton uljen e tij.

Procesi i djegies që ndodh në rajonin e difuzionit mund të lëvizë në atë të ndërmjetëm (lakorja 1"-2") ose edhe në rajonin kinetik kur difuzioni rritet, për shembull, kur rritet shpejtësia e rrjedhës ose zvogëlohet madhësia e grimcave.

Kështu, me një rritje të shkallës së rrjedhës së gazit dhe kalimin në grimca të vogla, procesi zhvendoset drejt djegies kinetike. Një rritje e temperaturës e zhvendos procesin drejt djegies së difuzionit (Fig. 15-1, kurba 2"-3").

Shfaqja e djegies heterogjene në një zonë të caktuar për çdo rast të veçantë varet nga këto kushte specifike. Detyra kryesore e studimit të procesit të djegies heterogjene është krijimi i zonave të djegies dhe identifikimi i modeleve sasiore për secilën zonë.

Fenomenet fizike të renditura në seksionin e mëparshëm vërehen në një shumëllojshmëri të gjerë procesesh, të ndryshme si në natyrën e reaksioneve kimike ashtu edhe në gjendjen e grumbullimit të substancave të përfshira në djegie.

Ka djegie homogjene, heterogjene dhe difuzive.

Djegia homogjene i referohet djegies së gazrave të parapërzier. Shembuj të shumtë të djegies homogjene janë proceset e djegies së gazeve ose avujve në të cilat agjenti oksidues është oksigjeni në ajër: djegia e përzierjeve të hidrogjenit, përzierjet e monoksidit të karbonit dhe hidrokarbureve me ajrin. Në raste praktikisht të rëndësishme), kushti i përzierjes së plotë paraprake nuk plotësohet gjithmonë. Prandaj, kombinimet e djegies homogjene me llojet e tjera të djegies janë gjithmonë të mundshme.

Djegia homogjene mund të realizohet në dy mënyra: laminare dhe turbulente. Turbulenca përshpejton procesin e djegies për shkak të fragmentimit të pjesës së përparme të flakës në fragmente të veçanta dhe, në përputhje me rrethanat, një rritje në zonën e kontaktit të substancave reaguese gjatë turbulencave në shkallë të gjerë ose përshpejtimit të proceseve të transferimit të nxehtësisë dhe masës në pjesën e përparme të flakës gjatë turbulenca e shkallës. Djegia e turbullt karakterizohet nga vetëngjashmëria: vorbullat e turbullta rrisin shpejtësinë e djegies, gjë që çon në një rritje të turbulencës.

Të gjithë parametrat e djegies homogjene shfaqen edhe në proceset në të cilat agjenti oksidues nuk është oksigjen, por gazra të tjerë. Për shembull, fluor, klor ose brom.

Gjatë zjarreve, proceset më të zakonshme janë djegia e difuzionit. Në to, të gjitha substancat reaguese janë në fazën e gazit, por nuk janë të përziera paraprakisht. Në rastin e djegies së lëngjeve të lëndëve të ngurta, procesi i oksidimit të karburantit në fazën e gazit ndodh njëkohësisht me procesin e avullimit të lëngut (ose dekompozimit të materialit të ngurtë) dhe me procesin e përzierjes.

Shembulli më i thjeshtë i djegies me difuzion është djegia e gazit natyror në djegës me gaz. Në zjarre realizohet regjimi i djegies me difuzion të turbullt, kur shpejtësia e djegies përcaktohet nga shpejtësia e përzierjes së turbullt.

Bëhet një dallim midis makropërzierjes dhe mikropërzierjes. Procesi i përzierjes së turbullt përfshin copëzimin sekuencial të gazit në vëllime gjithnjë e më të vogla dhe përzierjen e tyre me njëri-tjetrin. Në fazën e fundit, përzierja përfundimtare molekulare ndodh me difuzion molekular, shpejtësia e të cilit rritet me zvogëlimin e shkallës së fragmentimit. Pas përfundimit të makropërzierjes, shkalla e djegies përcaktohet nga proceset e mikropërzierjes brenda vëllimeve të vogla të karburantit dhe ajrit.

Djegia heterogjene ndodh në ndërfaqen e fazës. Në këtë rast, njëra nga substancat reaguese është në gjendje të kondensuar, tjetra (zakonisht oksigjeni atmosferik) hyn për shkak të difuzionit të fazës së gazit. Një parakusht për djegien heterogjene është një pikë vlimi (ose dekompozimi) shumë e lartë e fazës së kondensuar. Nëse ky kusht nuk plotësohet, djegia paraprihet nga avullimi ose dekompozimi. Një rrjedhë e avullit ose produkteve të dekompozimit të gaztë hyn në zonën e djegies nga sipërfaqja, dhe djegia ndodh në fazën e gazit. Një djegie e tillë mund të klasifikohet si difuzion pothuajse heterogjene, por jo plotësisht heterogjene, pasi procesi i djegies nuk ndodh më në kufirin e fazës. Zhvillimi i një djegieje të tillë kryhet për shkak të rrjedhës së nxehtësisë nga flaka në sipërfaqen e materialit, e cila siguron avullimin ose dekompozimin e mëtejshëm dhe rrjedhjen e karburantit në zonën e djegies. Në situata të tilla, lind një rast i përzier kur reaksionet e djegies ndodhin pjesërisht në mënyrë heterogjene - në sipërfaqen e fazës së kondensuar, dhe pjesërisht homogjene - në vëllimin e përzierjes së gazit.

Një shembull i djegies heterogjene është djegia e qymyrit dhe qymyrit. Kur këto substanca digjen, ndodhin dy lloje reaksionesh. Disa lloje qymyri lëshojnë përbërës të paqëndrueshëm kur nxehen. Djegia e thëngjijve të tillë paraprihet nga zbërthimi i pjesshëm termik i tyre me çlirimin e hidrokarbureve të gazta dhe hidrogjenit, të cilët digjen në fazën e gazit. Përveç kësaj, gjatë djegies së karbonit të pastër, mund të formohet monoksidi i karbonit CO, i cili digjet në vëllim. Me një tepricë të mjaftueshme të ajrit dhe një temperaturë të lartë të sipërfaqes së qymyrit, reaksionet vëllimore ndodhin aq afër sipërfaqes saqë, në një përafrim të caktuar, kjo jep arsye për ta konsideruar një proces të tillë heterogjen.

Një shembull i djegies vërtet heterogjene është djegia e metaleve zjarrduruese jo të paqëndrueshme. Këto procese mund të ndërlikohen nga formimi i oksideve që mbulojnë sipërfaqen e djegur dhe parandalojnë kontaktin me oksigjenin. Nëse ka një ndryshim të madh në vetitë fizike dhe kimike midis metalit dhe oksidit të tij gjatë procesit të djegies, filmi i oksidit plasaritet dhe sigurohet aksesi i oksigjenit në zonën e djegies.