Как найти объем продукта сгорания

С целью упрощения
расчёта все горючие вещества разделены
на три типа: индивидуальные, сложные,
смеси горючих газов (табл. 1.2.1).

Таблица 1.2.1

Тип горючего вещества	Расчетные формулы	Размерность
Индивидуальное вещество	(1.2.1) (1.2.2)
Вещество сложного состава	(1.2.3) (1.2.4) (1.2.5) (1.2.6)
Смесь газов	(1.2.7) (1.2.8)

Здесь
-теоретический
объём продуктов горения;-количествоi-го
продукта горения в уравнении реакции,
кмоль;
-количество
горючего, кмоль;-объём
1 кмоля газа;-молекулярная
масса горючего;-объёмi-го
продукта реакции; C,
H,
S,
O,
N
–содержание соответствующих элементов
(углерода, водорода, серы, кислорода и
азота) в горючем веществе, % вес;
-содержаниеi-го
горючего компонента в газовой смеси,
%об.;
–
содержаниеi-го
негорючего компонента в составе газовой
смеси, % об.

Практический
(полный) объём продуктов горения состоит
из теоретического объёма продуктов
горения и избытка воздуха

(1.2.9)

или

(1.2.10)

Состав продуктов
горения, т.е. содержание i-го
компонента определяется по формуле

(1.2.11)

где – содержаниеI
– го компонента в продуктах сгорания, %
об.;

– объём I
– го компонента, м³,
кмоль;

– полный объём
продуктов горения, м³,
кмоль.

При горении в
избытке воздуха в продуктах горения
содержится кислород и азот

(1.2.12)

(1.2.13)

где -теоретический
объём азота в продуктах горения, м³,
кмоль.

(1.2.14)

Примеры

Пример 1. Какое
количество продуктов горения выделится
при сгорании 1м³
ацетилена в воздухе, если температура
горения составила 1450 К.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение (формула 1.2.1).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₂H₂+O₂+N₂=2CO₂+H₂O+N₂

Объём продуктов
горения при нормальных условиях

м³/м³

Объём продуктов
горения при 1450 К

м³/м³

Пример 2. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг фенола, если температура горения
1200 К, давление 95000 Па, коэффициент избытка
воздуха 1,5.

Решение.

Горючее-индивидуальное
химическое соединение(формула 1.2.2).
Запишем уравнение химической реакции
горения

C₆H₅OH+O₂+N₂=6CO₂+3H₂O+N₂

Молекулярная масса
горючего 98.

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
воздуха при нормальных условиях

м³/кг

Объём продуктов
горения при заданных условиях

м³/м³

Пример 3. Определить
объём продуктов горения при сгорании
1 кг органической массы состава: С-55%,
О-13%, Н-5%, S-7%,
N-3%,
W
17%, если температура горения 1170 К,
коэффициент избытка воздуха – 1.3.

Решение.

Горючее вещество
сложного состава (формулы 1.2.3 – 1.2.6).
Теоретический состав продуктов горения
при нормальных условиях

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Полный теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

=1+0,8+0,05+4,7=6,55
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях

=6,55+0,269(1,3-1)=6,55+1,8=8,35
м³/кг

Практический объём
продуктов горения при температуре
горения

=м³/кг.

Пример 4. Рассчитать
объём продуктов горения при сгорании
1м³
газовой смеси, состоящей из С₃Н₆-70%,
С₃Н₈-10%,
СО₂-5%,
О₂-15%,
если температура горения 1300 К, коэффициент
избытка воздуха – 2,8. Температура
окружающей среды 293 К.

Решение.

Горючее – смесь
газов (формула 1.2.7).

Объём продуктов
горения определяется по формуле (1.2.8)

м³/м³

м³/м³

Так как газовая
смесь содержит в составе кислород, он
будет окислять часть горючих компонентов,
следовательно, понизится расход воздуха
(формула 1.1.5).

В этом случае
теоретический объём азота удобнее
определять по формуле (1.2.14)

м³/м³

Теоретический
объём продуктов горения

м³/м³

Практический объём
продуктов горения

Объём продуктов
горения при температуре 1300 К

м³/м³.

Пример 5. Определить
состав продуктов горения метилэтилкетона.

Решение.

При такой постановки
задачи рационально определить
непосредственно из уравнения горения
объём продуктов в кмолях, выделившихся
при сгорании 1 кмоля горючего

,

кмоля;
кмоля;кмоля;кмоля.

По формуле (1.2.11)
находим состав продуктов горения

Пример 6. Определить
объём и состав продуктов горения 1 кг
минерального масла состава: С-85%, Н-15%,
если температура горения 1450 К, коэффициент
избытка воздуха – 1,9.

Решение. По формулам
(1.2.3 – 1.2.6) определим объём продуктов
горения

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Теоретический
объём продуктов горения при нормальных
условиях

м³/кг

Практический объём
продуктов горения при нормальных
условиях формула (1.2.10)

м³/кг

Объём продуктов
горения при температуре 1450 К

м³/кг

Очевидно, что
состав продуктов горения не зависит от
температуры горения, поэтому целесообразно
определить его при нормальных условиях.
По формулам (1.2.11;1.2.13)

;
;

Пример 7. Определить
количество сгоревшего ацетона, кг, если
объём выделившийся двуокиси углерода,
приведённый к нормальным условиям,
составил 50 м³.

Решение.

Запишем уравнение
реакции горения ацетона в воздухе

Из уравнения
следует, что при горении из 58 кг
(молекулярная масса ацетона) выделяется
м³
двуокиси углерода. Тогда для образования
50 м³
двуокиси углерода должно вступить в
реакцию Мг горючего

кг

Пример 8. Определить
количество сгоревшей органической
массы состава C-58%,
O-22%,
H-8%,
N-2%,
W-10%
в помещении объёмом 350 м³,
если содержание двуокиси углерода
составило 5%.

Решение. Определим
объём выделившейся двуокиси углерода

м³.

По формуле (1.2.6)
для вещества сложного состава определим
объём СО₂,
выделившейся при горении 1 кг горючего,

м³/кг.

Определим количество
сгоревшего вещества

кг.

Пример 9. Определить
время, когда содержание двуокиси углерода
в помещении объёмом 480 м³
в результате горения древесины (C-45%,
H-50%,
O-42%,
W-8%)
составило 8%, если удельная массовая
скорость выгорания древесины 0,008
кг/(м²с),
а поверхность горения 38 м².
При решении газообмен с окружающей
средой не учитывать, разбавлением в
результате выделения продуктов горения
пренебречь.

Решение.

Поскольку не
учитывается разбавление продуктов
горения, определяем объём выделившейся
в результате горения двуокиси углерода,
соответствующей 8% её содержания в
атмосфере

м³

Из выражения
(1.2.3) определим, сколько должно сгореть
горючего материала, чтобы выделился
данный объём двуокиси углерода

кг.

Время горения
определим, исходя из соотношения

,

где – время горения;

Мг
– масса выгоревшей древесины, кг;

– массовая скорость
выгорания древесины, кг/(м²с);

F
– поверхность горения, м²;

мин.

Задание на
самостоятельную работу

Задача 3: Определить
объем продуктов горения при сгорании
1 кг заданного вещества, если тепература
горения … К, давление … мм рт.ст., =
… .

Вариант	Вещество	Тп.г., К	Р, мм рт.ст.	
1	Амилбензол	1200	740	1,1
2	Н-Амиловый спирт	1210	745	1,2
3	Анизол	1220	750	1,3
4	Анилин	1230	755	1,4
5	Бутилацетат	1240	720	1,5
6	Бутиловый спирт	1250	725	1,6
7	Бензол	1260	730	1,7
8	Диэтиловый эфир	1270	735	1,8
9	Ксилол	1280	710	1,1
10	Уайт-спирит	1290	715	1,2
11	Этиленгликоль	1300	717	1,3
12	Трет-Амиловый спирт	1310	719	1,4
13	Гексан	1320	724	1,5
14	Метиловый спирт	1330	732	1,6
15	Толуол	1340	754	1,7
16	Стирол	1350	756	1,8
17	Пентан	1360	721	1,1
18	Этанол	1370	700	1,2
19	Амилметилкетон	1380	708	1,3
20	Бутилбензол	1390	704	1,4
21	Бутилвиниловый эфир	1400	706	1,5
22	Ацетон	1100	757	1,6
23	Этиловый спирт	1150	746	1,7
24	Гептан	1160	738	1,8
25	Октан	1120	737	1,1
26	Гексан	1370	747	1,2
27	Бутиловый спирт	1365	754	1,3
28	Анилин	1400	748	1,4
29	Бензол	1354	750	1,5
30	Ксилол	1378	751	1,6

Задача 4: Определить
объем и состав (% об.) продуктов горения,
выделившихся при сгорании 1 м³горючего газа, если температура горения
составила … К, давление … мм рт.ст.

Вариант	Вещество	Тп.г., К	Р, мм рт.ст.
1	Ацетилен	1200	750
2	Метан	1210	749
3	Окись углерода	1220	748
4	Этан	1230	747
5	Водород	1240	746
6	Пропан	1250	745
7	Сероводород	1260	744
8	Бутан	1270	743
9	Ацетилен	1280	742
10	Метан	1290	741
11	Окись углерода	1300	740
12	Этан	1310	759
13	Водород	1320	758
14	Пропан	1330	757
15	Сероводород	1340	756
16	Бутан	1350	755
17	Метан	1360	754
18	Этан	1370	753
19	Пропан	1380	752
20	Бутан	1390	751
21	Окись углерода	1400	750
22	Ацетилен	1100	749
23	Водород	1150	748
24	Метан	1160	747
25	Ацетилен	1120	746
26	Метан	1370	745
27	Окись углерода	1365	744
28	Этан	1400	743
29	Водород	1354	742
30	Пропан	1378	741

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Расчет объема продуктов сгорания газов

В случае полного сгорания отходящие из топки котла газы будут содержать: во-первых, газы, получившиеся после сгорания углерода, водорода и летучей серы, а именно СО₂, Н₂О и SО₂, далее азот N^в₂ – нейтральный газ, пришедший в топку с кислородом воздуха, азот из состава топлива N^т₂ и, наконец, кислород избыточного воздуха. Для удобства подсчетов продукты сгорания разделяются на водяные пары и сухие газы. Таким образом, в случае полного сгорания газов состав сухих продуктов сгорания в процентах по объему равняется

CО₂+SО₂+N^в₂+N^т₂+О₂=100. (27)

При производстве газового анализа путем поглощения водным раствором едкого кали СО₂ из газов вместе с углекислотой поглощается в значительной степени и S0₂; таким образом, отсчет прибора дает сумму этих газов, выражаемую символом R0₂; тогда равенство (27) напишется так

RO₂+ N^в₂+N^т₂ +О₂=100°. (28)

Объем продуктов сгорания сухих газов, приходящихся на 1 кг сжигаемого топлива, можно подсчитать из уравнения

V_CO3+V_SO2+V_O3+V_N^B2+V_N^T2=V_С.Г. нм³/кг. (29)

Полный объем продуктов сгорания газов, включая и водяные пары, выражается суммой

V_С.Г. + V_в.п. = V_г нм³/кг. (30)

В случае неполного объема продуктов сгорания газов в состав отходящих из топки газов включаются различные по своей структуре углеводороды, окись углерода, а иногда и чистый водород. Газовый анализ, а также формулы подсчета объемов и прочих величин чрезвычайно осложняются, чем уменьшается возможность их широкого применения в эксплуатационной практике котельных. Рассматривая только котельные установки и исключая специальные печные устройства, где иногда по технологическому процессу требуется цести сгорание со значительной химической неполнотой, все стремление как конструктора, так и персонала, эксплуатирующего топку, должно быть направлено к тому, чтобы свести неполноту сгорания к возможному минимуму. Поэтому, как правило, котельная установка работает или при полном сгорании, или с незначительной химической неполнотой. Это обстоятельство позволяет для упрощения расчетов сделать допущение, считая, что единственным продуктом неполноты сгорания является один из наиболее трудно поддающихся выжиганию газ СО. При незначительности вообще потери от химической неполноты сгорания эта неточность не внесет сколько-нибудь существенных искажений в дальнейшие подсчеты. С учетом сделанных замечаний уравнения состава сухих отходящих газов в общем случае при наличии неполноты сгорания могут быть написаны так:

RO₂+N^B₂+N^T₂+O₂+CO=100% (31)

V_RO3+V_NB2+V_Nт2+V_O3+V_CO=V_с.г. нм³/кг (32)

При эксплуатации котельных установок и производстве их испытаний можно получить, в числе прочих данных сведения о составе рабочего топлива и его теплотворной способности, а также о количестве RО₂ и RО₂ + О₂ в процентах на состав сухих отходящих газов. Последние величины по большей части определяются прибором Орса (рис. 20).

Работа прибора Орса в основном сводится к тому, что от отсосанной из газоходов порции газов, равной 100 см³, отнимается СО₂ + SО₂ путем поглощения их водным раствором едкого кали (находится в поглощающем сосуде 1). Отмечая уменьшение объема, далее оставшийся газ перепускают в сосуд 2 с раствором пирогаллола в водном растворе едкого кали. Этот реактив обладает свойством поглощать не только СО₂ и SО₂, которых в остатке газов уже нет, но и О₂. Таким образом, первый отсчет прибора дает RО₂ %; второй – RО₂ % +О₂ %. Экспериментатор подсасывает из газохода свежие порции отходящих газов при помощи резиновой груши, из противоположного конца которой газ выбрасывается наружу. При этой операции трехходовой кран устанавливается так, чтобы прибор был отъединен от газохода.

На пути к прибору газ проходит через V-образную трубку, наполненную стеклянной ватой и водой.

Назначение стеклянной ваты – задержать частички золы, уносимые со струйкой газа, которые, попадая в капиллярные трубки прибора, их быстро засаривают. Проходя через воду, газ охлаждается и полностью насыщается водяными парами.

Приступая к газовому анализу, экспериментатор, соответственно переключая трехходовой кран, засасывает в бюретку 100 см³ газа. Засасывание производится путем опускания соединяющейся с бюреткой резиновой трубкой склянки, в которую наливается вода.

Невзирая на то, что анализ будет производится с газом, насыщенным водяными парами, получаемые отсчеты дают процентное содержание RО₂ и RО₂+О₂ по отношению к сухим газам, как это требуется при расчетах, связанных с проектированием и эксплуатацией котельных установок. Высказанное подтверждается ниже.

В 100 см³ газа, находящегося под атмосферным давлением и имеющего температуру котельного помещения, содержится примерно 4 см³ водяного пара.

Перепуская газ, находящийся в бюретке, в первый поглощающий сосуд с раствором едкого кали (это производится несколько раз при помощи поднятия и опускания склянки), предположим, что получили уменьшение объема на 10%.

В таком случае в остатке имеется

Vc.r + Vв.п = 90 см³ =96*9/10 + 4*9/10=86,4+3,6см².

Убыль сухого газа равняется 96-86,4 = 9,6, т. е. те же 10% и, следовательно, RО₂ = 10%.

Величины отдельных составляющих объема продуктов сгорания газов можно подсчитать, пользуясь весовыми соотношениями основных реакций.

1. Углекислота (удельный вес при 0° и 760 мм рт. ст. у₀= 1,964*) С + О₂ = СО₂; 12+32=44.

При полном сжигании 1 кг углерода получается

44/1,964*12=1,87СО₂ нм³

и, обратно, на 1 нм³ СО₂ требуется

1 : 1,87 = 0,536 кг углерода.

Таким образом, при сжигании 1 кг рабочего топлива получается углекислоты

2. Окись углерода (у₀= 1,25 кг/нм³)

2С + О₂ = 2СО; 24+32=56.

При неполном сжигании 1 кг углерода не в СО₂, а в СО получается окиси углерода

56/1,25*2,12= 1,87 нм³

и, обратно, на 1 нм³ СО расходуется углерода 1 : 1,87 = 0,536 кг, т. е. такое же количество, как и на 1 нм³ СО₂ при полном сгорании.

Следовательно, при частичной неполноте сгорания, когда часть углерода топлива сгорает в СО, суммарный объем получившихся СО₂ и СО остается неизменным и подсчитывается по уравнению

3. Сернистый ангидрид (у₀ = 2,86 кг/нм³)

S+О₂=SО₂; 32,06 + 32 = 64,06.

На 1 нм³ SО₂ в газах приходится летучей серы

4. Объем продуктов сгорания газов рассмотренных сухих газов

Обозначая, как указывалось ранее:

Содержание данного газа в процентах к объему сухих газов определяется уравнениями

Из этих выражений, в частности из последнего, учитывая уравнение (37), определяют V_c.г:

В случае полного горения СО = 0 и уравнение примет вид

Если бы по RО₂ потребовалось определить SО₂, то эту зависимость можно установить, воспользовавшись только что приведенными соотношениями между элементами состава топлива и объемами газов:

5. Объем водяных паров. Водяные пары в продуктах сгорания образуются в результате испарения воды, находящейся в топливе и в результате сгорания водорода. Так мак принимается, что
единственным продуктом неполного сгорания является окись углерода, то объем водяных паров остается неизменным как при полном, так и при неполном сгорании. Учитывая реакцию горения водорода 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О, 4+32 = 36, находят вес водяных паров, приходящийся на 1 кг сжигаемого топлива:

К этим водяным парам при точных расчетах добавляется вес водяных паров, попавших в топку с воздухом. Обозначая через d влагосодержание воздуха в граммах на 1 кг сухого воздуха (обычно около 10 г), вес паров воздуха W_B может быть подсчитан так:

Подача воздуха в поддувало топки может производиться при помощи вентилятора или иногда путем эжектирования воздуха струей пара. В таком случае этот пар также попадает в отходящие газы. При сжигании мазута иногда применяется пар для распиливания топлива. Количество пара, идущего на эжекцию или распыливание, зависит от конструкции соответствующих топочных приборов. Обыкновенно на эжекцию расходуется Wв = 0,7-0,8 кг пара на 1 кг сжигаемого твердого топлива, для распыливания мазута Wв=0,2-0,4 кг на 1 кг мазута.

С учетом добавочного пара формула (41) в своем общем виде напишется так:

Так как удельный вес водяного пара у₀= 0,805 кг/нм³, то объем его получится

Полный объем продуктов сгорания газов [с учетом уравнений (38) и (44)] на 1 кг сжигаемого топлива выражается равенством

Объем продуктов сгорания газов можно пользоваться приближенным соотношением

Vг=αV0.(46)

Продукты горения – это вещества (газообразные, жидкие или твердые вещества) и соединения, образующиеся в результате сложного физико-химического процесса горения веществ (материалов).

Под продуктами горения чаще всего понимают дым, токсичные продукты горения, сажу и другие.

Знание свойств и количества продуктов горения необходимо для расчета теплоты сгорания, температуры горения и других показателей, используемых для оценки пожаровзрывоопасности веществ (материалов), объектов с наличием этих веществ (материалов).

Состав

Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, керосин, резина и др.), в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. При горении их в достаточном количестве воздуха и при высокой температуре образуются продукты полного сгорания: СО₂, Н₂О, N₂. При горении в недостаточном количестве воздуха или при низкой температуре кроме продуктов полного сгорания образуются продукты неполного сгорания: СО, С (сажа).

Продукты сгорания называют влажными, если при расчете их состава учитывают содержание паров воды, и сухими, если содержание паров воды не входит в расчетные формулы.

Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др. Продуктами сгорания их в большинстве случаев являются твердые вещества, например Р₂О₅, Na₂O₂, CaO, MgO. Образуются они в дисперсном состоянии, поэтому поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Продукты сгорания алюминия, титана и других металлов в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.

При неполном сгорании органических веществ в условиях низких температур и недостатка воздуха образуются более разнообразные продукты – окись углерода, спирты, кетоны, альдегиды, кислоты и другие сложные химические соединения. Они получаются при частичном окислении как самого горючего, так и продуктов его сухой перегонки (пиролиза). Эти продукты образуют едкий и ядовитый дым. Кроме того, продукты неполного горения сами способны гореть и образовывать с воздухом взрывчатые смеси. Такие взрывы бывают при тушении пожаров в подвалах, сушилках и в закрытых помещениях с большим количеством горючего материала. Рассмотрим кратко свойства основных продуктов горения.

Углекислый газ

Углекислый газ или двуокись углерода (СО₂) – продукт полного горения углерода. Не имеет запаха и цвета. Плотность его по отношению к воздуху равна 1,52. Плотность углекислого газа при температуре Т = 0 °С и при нормальном давлении р = 760 миллиметров ртутного столба (мм Hg) равна 1,96 кг/м³ (плотность воздуха при этих же условиях равна ρ = 1,29 кг/м³). Углекислый газ хорошо растворим в воде (при Т = 15 °С в одном литре воды растворяется один литр газа). Углекислый газ не поддерживает горение веществ, за исключением щелочных и щелочно-земельных металлов. Горение магния, например, происходит в атмосфере углекислого газа по уравнению:

CO₂ +2 Mg = C + 2 MgO.

Токсичность углекислого газа незначительна. Концентрация углекислого газа в воздухе 1,5 % безвредна для человека длительное время. При концентрации углекислого газа в воздухе, превышающей 3-4,5 %, нахождение в помещении и вдыхание газа в течение получаса опасно для жизни. При температуре Т = 0 °С и давлении р = 3,6 МПа углекислый газ переходит в жидкое состояние. Температура кипения жидкой углекислоты составляет Т = –78 °С. При быстром испарении жидкой углекислоты газ охлаждается и переходит в твердое состояние. Как в жидком, так и твердом состоянии, капли и порошки углекислоты применяются для тушения пожаров.

Оксид углерода

Оксид углерода или угарный газ (СО) – продукт неполного сгорания углерода. Этот газ не имеет запаха и цвета, поэтому особо опасен. Относительная плотность равна 0,97. Плотность угарного газа при Т = 0 °С и р = 760 мм Hg составляет 1,25 кг/м³. Этот газ легче воздуха и скапливается в верхней части помещения при пожарах. В воде оксид углерода почти не растворяется. Способен гореть и с воздухом образует взрывчатые смеси. Угарный газ при горении дает пламя синего цвета. Угарный газ является очень токсичным. Вдыхание воздуха с концентрацией угарного газа 0,4 % смертельно для человека. Стандартные противогазы от угарного газа не защищают, поэтому при пожарах применяются специальные фильтры или кислородные изолирующие приборы.

Вода

Всем известная вода – Н₂О – также выделяется во время горения виде газа – как пар. Вода является продуктом горения газа метана – СН₄. Вообще, вода и углекислота в основном выделяются при полном сгорании всех органических веществ.

Цианистый водород

Цианистый калий – сильнейший яд – соль синильной кислоты, также известной как цианистый водород – HCN. Это бесцветная жидкость, но очень летучая (легко переходящая в газообразное состояние). То есть при горении она тоже будет выделяться в атмосферу в виде газа. Синильная кислота очень ядовита, даже небольшая – 0,01 процент – концентрация в воздухе приводит к летальному исходу. Отличительной чертой кислоты является характерный запах горького миндаля. Но синильной кислоте присуща одна «изюминка» – отравиться ей можно, не только вдыхая непосредственно органами дыхания, но и через кожу. Так что защититься только средствами индивидуальной защиты органов дыхания и зрения не получится.

Акролеин

Пропеналь, акролеин, акрилальдегид – все это названия одного вещества, ненасыщенного альдегида акриловой кислоты: СН₂=СН-СНО. Этот альдегид тоже является сильно летучей жидкостью. Акролеин бесцветен, с резким запахом, очень ядовит. При попадании жидкости или ее паров на слизистые, особенно в глаза, вызывает сильное раздражение. Пропеналь является высокореакционным соединением, и это объясняет его высокую токсичность.

Формальдегид

Подобно акролеину, формальдегид принадлежит к классу альдегидов и является альдегидом муравьиной кислоты. Также это соединение известно как метаналь. Это токсичный, бесцветный газ с резким запахом.

Азотсодержащие вещества

Чаще всего во время горения веществ, содержащих азот, выделяется чистый азот – N₂. Этот газ и так содержится в атмосфере в большом количестве. Азот может быть примером продукта горения аминов. Но при термическом разложении, к примеру, солей аммония, а в некоторых случаях и при самом горении, в атмосферу выбрасываются и его оксиды, со степенью окисления азота в них плюс один, два, три, четыре, пять. Оксиды – газы, имеют бурый цвет и чрезвычайно токсичны.

Сернистый газ

Сернистый газ (SO₂) – продукт горения серы и сернистых соединений. Бесцветный газ с характерным резким запахом. Относительная плотность сернистого газа равна 2,25. Плотность этого газа при Т = 0 °С и р = 760 мм Hg составляет 2,9 кг/м³, то есть он намного тяжелее воздуха. Сернистый газ хорошо растворяется в воде, например, при температуре Т = 0 °С в одном литре воды растворяется восемьдесят литров SO₂, а при Т = 20 °С – сорок литров. Сернистый газ горение не поддерживает. Действует раздражающим образом на слизистые оболочки дыхательных путей, вследствие чего является очень токсичным.

Дым

При горении многих веществ, кроме рассмотренных выше продуктов сгорания выделяется дым – дисперсная система, состоящая из мельчайших твердых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в каком-либо газе. Диаметр частиц дыма составляет от 10⁻⁴ до 10⁻⁶ см (от 1 до 0,01 мкм). Отметим, что 1 мкм (микрон) равен 10⁻⁶ м или 10⁻⁴ см. Более крупные твердые частицы, образующиеся при горении, быстро оседают в виде копоти и сажи. При горении органических веществ дым содержит твердые частицы сажи, взвешенные в CO₂, CO, N₂, SO₂ и других газах. В зависимости от состава и условий горения вещества получаются различные по составу и по цвету дымы. При горении дерева, например, образуется серовато-черный дым, ткани – бурый дым, нефтепродуктов – черный дым, фосфора – белый дым, бумаги, соломы – беловато-желтый дым.

В составе дыма, образующегося на пожарах при горении органических веществ, кроме продуктов полного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем. Так, исследования показывают, что при термоокислительном разложении горючих веществ, в молекулах которых содержатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кислоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных элементов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, оксиды азота и другие соединения. Так, в дыме при горении капрона содержится цианистый водород, при горении линолеума «Релин» – сероводород, диоксид серы, при горении органического стекла – оксиды азота. Продукты неполного сгорания и термоокислительного разложения в большинстве случаев являются токсичными веществами, поэтому тушение пожаров в помещениях производят только в кислородных изолирующих противогазах.

Пепел, зола, копоть, сажа, уголь

Копоть, или сажа – остатки углерода, который не вступил в реакцию, по разным причинам. Сажу называют также амфотерным углеродом. Зола, или пепел – мелкие частицы неорганических солей, не сгоревших или не разложившихся при температуре горения. При выгорании топлива эти микросоединения переходят во взвешенное состояние или скапливаются внизу. А уголь – это продукт неполного сгорания дерева, то есть не сгоревшие его остатки, но при этом еще способные гореть. Конечно, это далеко не все соединения, которые выделятся при сгорании тех или иных веществ. Перечислить их всех нереально, да и не нужно, потому что другие вещества выделяются в ничтожно малых количествах, и только при окислении определенных соединений.

Классификация

Большинство продуктов горения являются отравляющими веществами. Поэтому, говоря об их классификации, будет правильным ознакомить вас со следующим термином:

Классификация опасности веществ по степени воздействия на организм – это установление (ранжирование) уровней опасности веществ по их поражающему и повреждающему воздействию на организм человека и (или) животного. Более подробно о данной классификации читайте в материале по ссылке >>

Также ознакомьтесь с познавательным материалом по теме:

Токсичность продуктов горения

Показатель токсичности продуктов горения

Формулы для расчета объема

Вид формулы для расчета объема продуктов полного сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха зависит от состава горючего вещества.

Индивидуальное химическое соединение

В этом случае расчет ведут, исходя из уравнения реакции горения. Объем влажных продуктов сгорания единицы массы (кг) горючего вещества при нормальных условиях рассчитывают по формуле:

где:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания, м³/кг; – число киломолей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества в уравнении реакции горения; М – масса горючего вещества, численно равная молекулярной массе, кг.

Например, чтобы определить объем сухих продуктов сгорания 1 кг ацетона при нормальных условиях, составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе:

CH₃COCH₃ + 4O₂ + 4·3,76N₂ = 3CO₂ + 3H₂O + 4·3,76N₂

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона:

Объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле:

где:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего газа, м³/м³; – число молей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества (газа).

Сложная смесь химических соединений

Если известен элементный состав сложного горючего вещества, то состав и количество продуктов сгорания 1 кг вещества можно определить по уравнению реакции горения отдельных элементов. Для этого составляют уравнения реакции горения углерода, водорода, серы и определяют объем продуктов сгорания, приходящийся на 1 кг горючего вещества. Уравнение реакции горения имеет вид:

С + О₂ + 3,76N₂ = СО₂ + 3,76N₂

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4 / 12 = 1,86 м³ СО₂ и 22,4 × 3,76/12 = 7,0 м³ N₂.

Аналогично определяют объем (в м³) продуктов сгорания 1 кг серы и водорода. Полученные данные приведены ниже:

При горении углерода, водорода и серы кислород поступает из воздуха. Однако в состав горючего вещества может входить кислород, который также принимает участие в горении. В этом случае воздуха на горение вещества расходуется соответственно меньше.

В составе горючего вещества могут находиться азот и влага, которые в процессе горения переходят в продукты сгорания. Для их учета необходимо знать объем 1 кг азота и паров воды при нормальных условиях.

Объем 1 кг азота равен 0,8 м³, а паров воды 1,24 м³. В воздухе при 0 °С и давлении 101325 Па на 1 кг кислорода приходится 3,76 × 22,4 / 32 = 2,63 м³ азота.

На основании приведенных данных определяют состав и объем продуктов сгорания 1 кг горючего вещества.

Например, чтобы определить объем и состав влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля, состоящего из 75,8 % С, 3,8 % Н, 2,8 % О, 1,1 % N, 2,5 % S, W = 3,8 %, A = 11,0 %.

Объем продуктов сгорания будет следующий, м³:

Из общего объема азота вычитают объем азота, приходящийся на кислород в составе каменного угля 0,028 × 2,63 = 0,0736 м³. Итог указывает состав продуктов сгорания каменного угля: объем влажных продуктов сгорания 1 кг каменного угля равен:

V_п.с. = 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м³/кг.

Смесь газов

Количество и состав продуктов сгорания для смеси газов определяют по уравнению реакции горения компонентов, составляющих смесь. Например, горение метана протекает по следующему уравнению:

СН₄ + 2О₂ + 2 × 3,76N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7,52N₂

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ паров воды и 7,52 м³ азота. Аналогично определяют объем (в м³) продуктов сгорания 1 м³ различных газов:

На основании приведенных цифр определяют состав и количество продуктов сгорания смеси газов.

Анализ продуктов сгорания, взятых на пожарах в различных помещениях, показывает, что в них всегда содержится значительное количество кислорода. Если пожар возникает в помещении с закрытыми оконными и дверными проемами, то пожар при наличии горючего может продолжаться до тех пор, пока содержание кислорода в смеси воздуха с продуктами сгорания в помещении не снизится до 14-16 % (об.). Следовательно, на пожарах в закрытых помещениях содержание кислорода в продуктах сгорания может быть в пределах от 21 до 14 % (об.). Состав продуктов сгорания во время пожаров в помещениях с открытыми проемами (подвал, чердак) показывает, что содержание в них кислорода может быть ниже 14 % (об.):

По содержанию кислорода в продуктах сгорания на пожарах можно судить о коэффициенте избытка воздуха, при котором происходило горение.

Действие на организм человека

Степень токсичности веществ связана с их физической и химической природой. Взаимодействуя с организмом, продукты горения вызывают патологические синдромы.

По механизму действия на человека отравляющие компоненты в составе дыма делятся на пять групп.

1. Вещества, которые вызывают поражение кожного покрова и слизистой оболочки. Симптомы такого отравления продуктами горения – зуд, жжение кожи и её воспаление, боль в области глаз, век, слезотечение, кашель. Примеры – пары дёгтя, сернистый газ, формальдегид.
2. Продукты горения, которые вызывают острые ингаляционные отравления. Пострадавшие жалуются на одышку, кашель. При осмотре обращает на себя внимание частое дыхание, синюшность. При высокой концентрации токсичного газа может произойти остановка дыхания. Так, признаки отравления продуктами горения ПВХ могут проявиться через несколько часов. Ингаляционные отравления вызывает хлор, аммиак, оксид азота.
3. Продукты горения с образованием токсичных веществ, которых называют «ядами крови». Связывая гемоглобин, они нарушают доступ кислорода к тканям и запускают патологические реакции, охватывающие весь организм. Примеры – угарный газ, диоксид азота.
4. Продукты горения, для которых органом-мишенью является нервная система. Это бензол, сероводород.
5. Ферментные яды, которые воздействуют на тканевое дыхание, блокируя процессы активации кислорода. Это сероводород, синильная кислота.

Многие токсины, образующие в продуктах горения «универсальны», так как вызывают поражение сразу нескольких систем организма.

Первая помощь при отравлении

Симптомы интоксикации разными веществами могут отличаться, но принципы оказания первой помощи всегда одинаковые.

Большинство ядов поступает через дыхательные пути. Первое, что необходимо сделать при отравлении – прекратить поступление продуктов горения в организм. Для этого необходимо:

• соблюдая безопасность и если имеется такая возможность прекратить поступление токсичного вещества – газа, дыма;
• проветрить помещение или иной объем где находится пострадавший;
• снять загрязнённую одежду;
• при отсутствии противопоказаний перенести пострадавшего в безопасное место.

Острая интоксикация требуют оказания экстренной помощи. Действия при отравлении продуктами горения, следующие:

• вызвать «скорую помощь»;
• при задымлении предусмотреть способы защиты органов дыхания от продуктов горения;
• если есть симптомы раздражения – промыть глаза, полость рта, носа;
• при отсутствии сознания придать пострадавшему горизонтальное положение и обеспечить проходимость дыхательных путей;
• до приезда медицинских специалистов наблюдать за сознанием, дыханием, частотой сердечных сокращений, артериальным давлением;
• если есть признаки терминального состояния, то приступить к сердечно-лёгочной реанимации.

Некоторые ингаляционные отравления продуктами горения имеют период мнимого благополучия. Даже при отсутствии патологических симптомов, стоит внимательно следить за состоянием тех, кто может быть отравлен. При первых же признаках неблагополучия необходимо вызывать соответствующих специалистов.

Отравление продуктами горения у детей развивается быстрее, чем у взрослых. Это объясняется более высоким уровнем кислородного обмена. У малышей появляются жалобы на головную боль, сонливость, слезотечение, тошноту. При осмотре заметны изменения цвета кожи, учащение и затруднение дыхания, нарушения координации. Принципы оказания первой помощи для детей те же, что и для взрослых. При отсутствии специализированной медицинской помощи, пострадавшему ребенку угрожают необратимые изменения центральной нервной системы.

Источник: Пожаровзрывобезопасность веществ и материалов и средства их тушения: Справочник. Баратов А.Н., Корольченко А.Я. –М., 1990.