Существует два метода определения концентрационных пределов воспламенения: аналитический (расчетный) и экспериментальный. Рассмотрим аналитический метод определения концентрационных пределов воспламенения индивидуальных веществ и смесей.

концентрационные пределы воспламенения , % (об.), индивидуальных горючих органических веществ в первом приближении можно вычислить по формуле

,

где b — число молекул кислорода, необходимого для полного сгорания одной молекулы вещества; а и b – постоянные.

Значения а и b приведены ниже:

Величину b определяют по уравнению реакции горения или по формуле

,

где n_c, n_s, n_н, n_o, n_x – количество в молекуле вещества атомов углерода, серы, водорода, кислорода и галогенов, окисляющих водород до галогенводорода, а углерод – до галогенуглерода.

Пример 4.2. Вычислить нижний концентрационный предел воспламенения метана. Находим число молекул кислорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы метана:

b = 1 + 4/4 = 2.

Значения постоянных а и b следующие: а = 8,684, b = 4,679.

Находим нижний концентрационный предел воспламенения метана:

.

Для вычисления нижнего и верхнего концентрационного пределов воспламенения смеси нескольких паров или газов применима формула Ле-Шателье, выражающая правило смешения. В основу формулы положено предположение, что несколько смесей, находящихся на нижнем пределе воспламенения, при смешении образуют смесь, также находящуюся на нижнем пределе воспламенения:

,

где - нижний или верхний предел воспламенения смеси; , ,  — концентрация горючих компонентов в смеси, % (об.); + +…= 100 %; , ,  — ниж-     ний или верхний концентрационный пределы воспламенения каждого компонента в смеси, % (об.).

Формула Ле-Шателье справедлива для подавляющего большинства смесей веществ, не вступающих в химическую реакцию. При наличии в смеси флегматизирующих добавок расчет ведут по формуле

,

где - нижний или верхний концентрационный пределы воспламенения смеси, пересчитанный с учетом примеси негорючих газов, % (об.), - нижний или верхний концентрационный пределы воспламенения смеси, рассчитанные по формуле Ле-Ша-телье, % (об.), - концентрация негорючих газов в смеси.

Пример 4.3. Вычислить область воспламенения генераторного газа состава: 28 % СО, 14 % Н₂, 53 % N₂, 5 % СО₂.

1) Определим концентрацию горючих компонентов в пересчете на 100 %:

; .

2) По справочнику определим область воспламенения каждого горючего компонента: для СО ; ; для Н₂ ; .

3) Определим область воспламенения генераторного газа по формуле Ле-Шателье:

;

.

4) Определим область воспламенения генераторного газа с учетом примеси негорючих газов:

.

Вопросы для самоконтроля

1. Назовите отличительные особенности детонации.

2. Какую концентрацию называют нижним концентрационным пределом воспламенения (НКПВ)?

3. Какую концентрацию горючих газов, паров и пылей в смеси с воздухом называют верхним концентрационным пределом воспламенения (ВКПВ)?

1. Как определить концентрационные пределы воспламенения по формуле Ле-Шателье?

5. ГОРЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ

Процесс горения жидкостей начинается с воспламенения паровоздушной смеси. Однако не все жидкости при обычных условиях имеют над своей поверхностью достаточную концентрацию паров и такую скорость их образования, чтобы после воспламенения установился процесс горения. Стационарный процесс горения устанавливается только при определенной температуре жидкости, однако при более низких температурах жидкости уже могут представлять пожарную опасность, так как над поверхностью их может создаться взрывоопасная концентрация паров.

Горение жидкостей характеризуется двумя взаимосвязанными явлениями – испарением и сгоранием паровоздушной смеси над поверхностью жидкости. Испарению принадлежит исключительно важная роль, поскольку в конечном итоге оно определяет скорость сгорания жидкости.