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文檔簡介
燃燒是可燃物質(zhì)與助燃物質(zhì)(氧或其他助燃物質(zhì))發(fā)生的一種發(fā)光發(fā)熱的氧化反應(yīng)。在化學(xué)反應(yīng)中,失掉電子的物質(zhì)被氧化,獲得電子的物質(zhì)被還原。所以,氧化反應(yīng)并不限于同氧的反應(yīng)。例如,氫在氯中燃燒生成氯化氫。氫原子失掉一個電子被氧化,氯原子獲得一個電子被還原。類似地,金屬鈉在氯氣中燃燒,熾熱的鐵在氯氣中燃燒,都是激烈的氧化反應(yīng),并伴有光和熱的發(fā)生。金屬和酸反應(yīng)生成鹽也是氧化反應(yīng),但沒有同時發(fā)光發(fā)熱,所以不能稱做燃燒。燈泡中的燈絲通電后同時發(fā)光發(fā)熱,但并非氧化反應(yīng),所以也不能稱做燃燒。只有同時發(fā)光發(fā)熱的氧化反應(yīng)才被界定為燃燒??扇嘉镔|(zhì)(一切可氧化的物質(zhì))、助燃物質(zhì)(氧化劑)和火源(能夠提供一定的溫度或熱量),是可燃物質(zhì)燃燒的三個基本要素。缺少三個要素中的任何一個,燃燒便不會發(fā)生。燃燒反應(yīng)在溫度、壓力、組成和點火能等方面都存在極限值??扇嘉镔|(zhì)和助燃物質(zhì)達到一定的濃度,火源具備足夠的溫度或熱量,才會引發(fā)燃燒。如果可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)在某個濃度值以下,或者火源不能提供足夠的溫度或熱量,即使表面上看似乎具備了燃燒的三個要素,燃燒仍不會發(fā)生。例如,氫氣在空氣中的濃度低于4%時便不能點燃,而一般可燃物質(zhì)當空氣中氧含量低于14%時便不會引發(fā)燃燒??傊?,可燃物質(zhì)的濃度在其上下極限濃度以外,燃燒便不會發(fā)生。因此燃燒是一個好漢三個幫!
下面介紹一下燃燒的形態(tài):
可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)存在的相態(tài)、混合程度和燃燒過程不盡相同,其燃燒形式是多種多樣的。
1、均相燃燒和非均相燃燒按照可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)相態(tài)的異同,可分為均相燃燒和非均相燃燒。均相燃燒是指可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)間的燃燒反應(yīng)在同一相中進行,如氫氣在氧氣中的燃燒,煤氣在空氣中的燃燒。非均相燃燒是指可燃物質(zhì)和助燃物質(zhì)并非同相,如石油(液相)、木材(固相)在空氣(氣相)中的燃燒。與均相燃燒比較,非均相燃燒比較復(fù)雜,需要考慮可燃液體或固體的加熱,以及由此產(chǎn)生的相變化。燃煤電廠玩的就是非全相燃燒。
2、
混合燃燒和擴散燃燒可燃氣體與助燃氣體燃燒反應(yīng)有混合燃燒和擴散燃燒兩種形式。可燃氣體與助燃氣體預(yù)先混合而后進行的燃燒稱為混合燃燒??扇細怏w由容器或管道中噴出,與周圍的空氣(或氧氣)互相接觸擴散而產(chǎn)生的燃燒,稱為擴散燃燒?;旌先紵俣瓤?、溫度高,一般爆炸反應(yīng)屬于這種形式。在擴散燃燒中,由于與可燃氣體接觸的氧氣量偏低,通常會產(chǎn)生不完全燃燒的炭黑。
3、蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒可燃固體或液體的燃燒反應(yīng)有蒸發(fā)燃燒、分解燃燒和表面燃燒幾種形式。蒸發(fā)燃燒是指可燃液體蒸發(fā)出的可燃蒸氣的燃燒。通常液體本身并不燃燒,只是由液體蒸發(fā)出的蒸氣進行燃燒。很多固體或不揮發(fā)性液體經(jīng)熱分解產(chǎn)生的可燃氣體的燃燒稱為分解燃燒。如木材和煤大都是由熱分解產(chǎn)生的可燃氣體進行燃燒。而硫磺和萘這類可燃固體是先熔融、蒸發(fā),而后進行燃燒,也可視為蒸發(fā)燃燒??扇脊腆w和液體的蒸發(fā)燃燒和分解燃燒,均有火焰產(chǎn)生,屬火焰型燃燒。當可燃固體燃燒至分解不出可燃氣體時,便沒有火焰,燃燒繼續(xù)在所剩固體的表面進行,稱為表面燃燒。金屬燃燒即屬表面燃燒,無氣化過程,無需吸收蒸發(fā)熱,燃燒溫度較高。此外,根據(jù)燃燒產(chǎn)物或燃燒進行的程度,還可分為完全燃燒和不完全燃燒。燃燒類型及其特征1.
燃燒類型及其特征參數(shù)如果按照燃燒起因,燃燒可分為閃燃、點燃和自燃三種類型。閃點、著火點和自燃點分別是上述三種燃燒類型的特征參數(shù)。
(1)閃燃和閃點液體表面都有一定量的蒸氣存在,由于蒸氣壓的大小取決于液體所處的溫度,因此,蒸氣的濃度也由液體的溫度所決定??扇家后w表面的蒸氣與空氣形成的混合氣體與火源接近時會發(fā)生瞬間燃燒,出現(xiàn)瞬間火苗或閃光。這種現(xiàn)象稱為閃燃。閃燃的最低溫度稱為閃點。可燃液體的溫度高于其閃點時,隨時都有被火點燃的危險。閃點這個概念主要適用于可燃液體。某些可燃固體,如樟腦和萘等,也能蒸發(fā)或升華為蒸氣,因此也有閃點。
(2)點燃和著火點可燃物質(zhì)在空氣充足的條件下,達到一定溫度與火源接觸即行著火,移去火源后仍能持續(xù)燃燒達5min以上,這種現(xiàn)象稱為點燃。點燃的最低溫度稱為著火點。可燃液體的著火點約高于其閃點5~20℃。但閃點在100℃以下時,二者往往相同。
(3)自燃和自燃點在無外界火源的條件下,物質(zhì)自行引發(fā)的燃燒稱為自燃。自燃的最低溫度稱為自燃點。物質(zhì)自燃有受熱自燃和自熱燃燒兩種類型。①受熱自燃??扇嘉镔|(zhì)在外部熱源作用下溫度升高,達到其自燃點而自行燃燒稱之為受熱自燃。可燃物質(zhì)與空氣一起被加熱時,首先緩慢氧化,氧化反應(yīng)熱使物質(zhì)溫度升高,同時由于散熱也有部分熱損失。若反應(yīng)熱大于損失熱,氧化反應(yīng)加快,溫度繼續(xù)升高,達到物質(zhì)的自燃點而自燃。在化工生產(chǎn)中,可燃物質(zhì)由于接觸高溫?zé)岜砻?、加熱或烘烤、撞擊或摩擦等,均有可能?dǎo)致自燃。②自熱燃燒??扇嘉镔|(zhì)在無外部熱源的影響下,其內(nèi)部發(fā)生物理、化學(xué)或生化變化而產(chǎn)生熱量,并不斷積累使物質(zhì)溫度上升,達到其自燃點而燃燒。這種現(xiàn)象稱為自熱燃燒。積粉的自燃就是由于煤粉與空氣的接觸面積較大,氧化反應(yīng)放熱、積累從而發(fā)生的自熱燃燒,也稱為“陰燃”。③影響自燃的因素。熱量生成速率是影響自燃的重要因素。熱量生成速率可以用氧化熱、分解熱、聚合熱、吸附熱、發(fā)酵熱等過程熱與反應(yīng)速率的乘積表示。因此,物質(zhì)的過程熱越大,熱量生成速率也越大;溫度越高,反應(yīng)速率增加,熱量生成速率亦增加。熱量積累是影。向自燃的另一個重要因素。保溫狀況良好,導(dǎo)熱率低;可燃物質(zhì)緊密堆積,中心部分處于絕熱狀態(tài),熱量易于積累引發(fā)自燃??諝饬魍ɡ谏幔瑒t很少發(fā)生自燃。④自燃點溫度量值。壓力、組成和催化劑性能對可燃物質(zhì)自燃點的溫度量值都有很大影響。壓力越高,自燃點越低??扇細怏w與空氣混合,其組成為化學(xué)計量比時自燃點最低?;钚源呋瘎┠芙档臀镔|(zhì)的自燃點;而鈍性催化劑則能提高物質(zhì)的自燃點。有機化合物的自燃點呈現(xiàn)下述規(guī)律性:同系物中自燃點隨其相對分子質(zhì)量的增加而降低;直鏈結(jié)構(gòu)的自燃點低于其異構(gòu)物的自燃點;飽和鏈烴比相應(yīng)的不飽和鏈烴的
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