Основные виды и характеристики горения

Коэффициент горючести

Коэффициент горючести К является безразмерным коэффициентом и служит для определения горючести вещества. Рассчитанный коэффициент горючести может быть использован для приближенного вычисления температуры вспышки вещества, а также величины нижнего концентрационного коэффициента распространения пламени.

Коэффициент горючести рассчитывается по следующей формуле:

К = 4 n(C) + 4 n(S) + n(H) + n(N) – 2 n(O) – 2 n(Cl) – 3 n(F) – 5 n(Br), где (1.1)

n(C), n(S), n(H), n(N), n(O), 2 n(Cl), n(F), n(Br) – число атомов углерода, серы, водорода, азота, кислорода, хлора, фтора и брома в молекуле вещества.

Если коэффициент горючести К больше единицы (К ³ 1), то вещество является горючим; при значении К меньше единицы (К < 1) – вещество негорючее.

Расчет коэффициента горючести веществ

Пример 1.1. Рассчитать коэффициент горючести анилина С6Н5NH2 и хлорной кислоты HClO4.

1. В молекуле анилина

n(C) = 6; n(Н) = 7; n(N) = 1;

К = 4 × 6 + 7 + 1 = 32 К > 1, следовательно, анилин – горючее вещество.

2. В молекуле хлорной кислоты

n(Н) = 1; n(Cl) = 1; n(О) = 4;

К = 1 – 2 × 4 – 2 × 1 = - 9 К < 1, хлорная кислота – негорючее вещество.

Характер свечения пламени

Характер свечения пламени при горении веществ зависит от процентного содержания элементов в веществе, главным образом, углерода, водорода, кислорода и азота.

Свечение пламени связано с наличием несгоревших раскаленных твердых частиц углерода С, а также трехатомных молекул.

Если в горючем веществе при термическом разложении углерод не образуется, то вещество горит бесцветным пламенем как, например, в случае горения водорода Н₂.

При термическом разложении веществ с массовой долей углерода менее 50 % и содержащих в своем составе кислород (более 30 %) несгоревших частиц углерода образуется очень мало, и в момент образования они успевают окислиться до СО.

СН₃ОН СО + 2Н₂

Такие вещества имеют голубоватые пламена (пламя угарного газа СО, метанола СН₃ОН и этанола С₂Н₅ОН).

При горении веществ, содержащих более 75 % углерода (ацетилен С₂Н₂, бензол С₆Н₆), в зоне горения образуется настолько много частиц С, что поступающего путем диффузии воздуха не хватает для полного окисления всего углерода.

С₆Н₆ 6С + 3Н₂

Не окислившийся в пламени углерод выделяется в виде копоти, и пламя при горении таких веществ будет ярким и коптящим.

Если кислород в веществе отсутствует или его содержание не превышает 30 %, но, в свою очередь, и массовая доля углерода не очень велика (менее 75 %), то при термическом разложении будет выделяться значительное количество частиц углерода, но при нормальном доступе воздуха в зону горения они успевают окислиться до СО₂.

Возможная реакция при термическом разложении ацетона:

СН₃СОСН₃ СО + 2С + 3Н₂.

В подобных случаях пламя будет яркое, но не коптящее.

Сопоставляя значения процентного содержания углерода и кислорода в горючих веществах, можно приблизительно судить о характере свечения пламени (таблица 1.1.).

Таблица 1.1. Характер свечения пламени в зависимости от w (С) и w (Н)

Содержание углерода в горючем веществе, w (С) %	Содержание кислорода в горючем веществе, w (О) %	Характер свечения пламени
< 50	> 30	пламя бесцветное или голубоватое
< 75	отсутствует или < 30	пламя яркое, не коптящее
> 75	отсутствует или < 25	пламя яркое, коптящее

Определение характера свечения пламени

Пример 1.2. Определить характер свечения пламени метаналя НСОН, фенола С6Н5ОН и пентанола С5Н11ОН.

1. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле метаналя составляют:

М_r (НСОН) = 30

w (С) = = 40 %; w (О) = = 53 %

Массовая доля углерода < 50 %, а массовая доля кислорода > 30 %, следовательно, при горении метаналя наблюдается голубоватое пламя.

2. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле фенола составляют:

М_r (С₆Н₅ОН) = 94

w (С) = = 77 %; w (О) = = 17 %

Массовая доля углерода > 50 %, а массовая доля кислорода < 25 %, следовательно, пламя при горении фенола яркое и коптящее.

2. Массовые доли углерода и кислорода в молекуле пентанола составляют:

М_r (С₅Н₁₁ОН) = 88

w (С) = = 68 %; w (О) = = 18 %

Массовая доля углерода < 75 %, а массовая доля кислорода < 30 %, следовательно, пламя при горении пентанола будет ярким, но не коптящим.