Горение — сера — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

4. ПРОФиЛАКТиКА САМОВОЗГОРАНиЯ

Профилактика самовозгорання основана на применении таких методов и средств, которые либо уменьшают химическую активность реагирующих веществ, либо обе-спечнвают условия стацнонарности потока тепла во всех точках обьема. Выбор того или иного метода защиты определяется свойствами материала, особенностями технологнческого процесса и экономнческой целесообразностью.

Вещества, способные самовозгораться, условно можно классифицировать следующим образом: 1) вещества, реагирующиее с водой или другими веществами, отличными от кислорода; 2) вещества биологически активные; 3) вещества, окисляющиеся кислородом воздуха.

К первому классу могут относнться вещества и не горючие, но в определенных условиях способные вызвать воспламенение горючих веществ. Например, при реакции окиси кальция с водой выделяется около 1150 Дж/кг тепла и в определенных условиях эта реакция может быть нсточником воспламенения горючего материала.

Такие вещества самовозгораются при контакте с воздухом независимо от их объема. К этому классу веществ относятся и металлоорганические соединения (МОС). Исселедования [15] показывают, что растворы МОС обладают пирофорными свойствами: низкой температурой самовоспламенения паров в воздухе.

Алюмоорганическе соединения воспламеняются прй комнатной температуре, если содержание кнслорода будет не менее 6%(об.). До настояіцего времени не предложено достаточно обоснованного механизма окисления МОС. В производстве МОС требуется принимать спецнфнческне меры защиты от самовозгорания, рассматриваемые в работах[15, 86].

Вещества второго класса способны самонагреваться в результате микробиального термогенезиса. В такх вещствах возможно развитие э^обных бактерий, жнзнедеятельность которых сопровождается выделением тепла. К такнм веіцествам относятся п^одукты сельскохо-зяйственного пронзводства (белковыіуТ’зернб’н про’дук-ты его переработкн, продукты переработкн жнвотных н др.

Вещества третьего класса могут быть твердымн, жнд-кнмн нлн газообразнымн. Заметная экзотермнческая ре-акцня, сопровождаемая самонагреваннем, наблюдается, как правнло, в том случае, когда этн веіцества образуют развнтую поверхность окнслення, перерабатываются нлн хранятся в днсперсном состояннн, а жндкость в внде пленкн нанесена на матернал, который может быть н не горючнм, но нмеюіцнм развнтую поверхность.

Самонагреванне окнсляющихся материалов пронсходит н прн ннзкой температуре, но с повышеннем температуры этот процесс усиливается. Одновременно с этнм усиливается и рассенванне тепла. Прн некоторых условиях, определяемых свойствами вещества, удельной поверхностью контакта с окнслнтелем, линейными размерами горючей системы, нарушается тепловое равновесие.

Время установлення теплового равновесня может составлять часы н даже неделнТТБ’геченне этого временн (нн-ДйіШ10™.0!0 І16^0^) температура вевдества непрерыв-^ но повышается.»»Еслн в это время прннять соответствую-1 іцне меры заіцнты (обеспечнть тепловое равновесне), са-^монагреванне прностанавлнвается н самовозгорання не пронсходнт.

Еслн равновесная температура окажется вышетемпе-ратуры самовоспламенення нлн равной ей, то пронзой-дет самовозгоранне, веодество воспламеннтся. Самовоз-горанне начннается в горячей точке веіцества, коорднна-ты которой характернзуют нанхудшне условня рассенва-ння тепла н завнсят от многнх трудно учнтываемых слу-чайных параметров.

Профнлактнка самовозгорання основана на прннятнн такнх мер, которые тормозят реакцню окнслення н уве-лнчнвают нндукцнонный пернод. Безопасным считается 136 процесс, в котором нндукционный период самовозгорания превышает время, в теченне которого сохраняются условия, способствующие самонагреванию ‘^’ннд > т где х* — время между технологнческнмн операцнямн, в теченне кото-рого матернал осгается нагретым, напрнмер, время между двумя профнлактнческнмн чнсткамн отложнвшейся пылн на стенках аппарата.

Прн аднабатическом процессе наблюдается наиболее неблагопрнятное состояние материала — самонагрев до возгорания при любой скорости окисления. В случае полного рассеивания тепла реакции окисления скорость сорбции со временем уменьшается, самонагревание прекращается, температура материала снижается.

Для реальных процессов характерны промежуточные условия. Прн расчете нндукцнонного пернода обычно [87] предполагают, что процесс окисления — аднабатнческнй. Колнчество тепла, генерируемого при окислении кисло-родом воздуха в аднабатическом процессе, определяется выражением Ог = «йСо^Тннд (44) где «— коэффициент пропорциональности; й — среднее значенне константы скоростн сорбцнн в ннтервале температур іо—Ікр, мл/(г-ч); -. йкр — ^о _ й — , 2,3 іе’ «кр йо—константа скоростн сорбцнн прн температуре іц, мл/(г-ч); йкр—константа скороста сорбции при критической температуре материала, мл/(г-ч);

Со —концентрация кнслорода, доли об’ьема; 9—теплота сорбции кислорода, Дж/г; Тннд — нндукцнонный пернод само’возгорания, ч. Тепло, генерируемое прн окнслении, расходуется на нагрев, нспаренне влагн н пнролнз матернала: ‘100 (45) где Ст — средняя теплоемкость веіцества в ннтервале температур 7’кр—Го, Дж/(г-К);

Ум — влажность матернала, %; ^—теп-лота нспарення воды, Дж/г; Гкр — крнтнческая температура само-нагревання матернала, К; То—начальная температура матернала, К; ^ц — теплота пнролнза матернала, Дж/г. Нз выраженнй (44) н (45) нндукцнонный пернод оп-ределнтся как ^ 100 ‘ Уп ‘•ннд (46)

Константа скоростн сорбцнн, характернзуюіцая хнмн-ческую актнвность веодества, определяется экспернмен-тально. Коэффнцнент а завнснт от соотношення скоростн УроВень беэопасностц, Рнс. 24. Графнк оптнмальных затрат на меропрнятня по защите: / — убыткн от ложаров;

2 — стонмость профнлактнческнх меропрнятнй; 3 — оп-тнмальный уровень безопасностн. сорбцнн кнслорода в лабораторных н пронзводственных условнях. Под крнтнческой температурой самонагрева-ння Ткр поннмают температуру, прн которой заметно увелнчнвается скорость окнслення, н процесс переходнт в возгоранне.

Для увелнчення нндукцнонного пернода самовозгорання прнннмают меры, направленные на уменьшенне хнмнческой актнвностн вевдества н вероят-ностн появлення очага самовозгорання. Одной нз основных задач прн разработке безопасно-го технологнческого процесса является определеннегра-ннцы прнменення тех нлн нных заіцнтных профнлактн-ческнх меропрнятнй.

Оптнмальные меры защиты могут быть выбраны с учетом нх экономической эффективности и практической целесообразности. На рнс. 24 показана качественная завнснмость между затратами на проведение профилак-тических мероприятий н уровнем безопасности. Убыткн от пожаров (крнвая /) складываются нз прямых убытков выведенного в результате пожара обору-довання н убытков, вызванных остановкой пронзводства.

Крнвая 2 характеризует затраты на проведение профилактических меропрнятий, в том числе и убытки от снижения пронзводнтельностн оборудовання, вызванного ог-раннченнем по требованням пожарной безопасностн тех-нологнческнх параметров. Крнвая суммарных затрат 3 нмеет мнннмум, отвечаюіціій оптнмальному уровню без-опасностн. Колнчественные завнснмостн могут быть оп-ределены для конкретных технологнческнх процессов.

4.1. Уменьшенне хнмнческой актнвностн

Нанболее простым н доступным методом сннження хнмнческой актнвностн является окнслнтельная дезактнвацня горючего. Окисный слой на поверхностн затрудняет контакт кнслорода с чистой, не окнсленной поверхностью матернала; прн этом скорость процесса окнслення резко уменьшается.

Процесс окнслення, в результате которого образуется заіцнтная окнсная пленка, должен быть уп-равляемым, температура непрерывно контролнроваться, чтобы не допустнть самовозгоранне матернала. йзмене-нне хнмнческой актнвностн в процессе окнслнтельной дезактнвацнн может быть оценено по уменьшенню ско-ростн сорбцнн кнслорода [88, 89] ^-.,-< (47)

где М—количество сорбнрованного кнслорода; т—время; 0—раз-мерный коэффнцнент; § — масса окнсляюодего матернала. Определив скорость сорбцнн кнслорода, можно ори-ентировочно оценить опасность самовозгорания. Но такая оценка не может дать однозначный ответ, так как не Таблнца 11.

Класснфнкацня углей по нх склонностн к самовозгоранню учнтываются геометрнческне размеры снстемы, условня теплообмена н др. Прн класснфнкацнн, напрнмер, углей по нх склонностн к тепловому самовозгоранню [89] за основу прнннмают среднюю кннетнческую константу скоростн сорбцнн кнслорода (табл. 11).

ЮО 200 Время, ч Рнс. 25. Зависимость скорости сорбции кислорода на поверхности угля от времени контакта: Зависимость скорости сорбции кислорода углем от времени контакта показана на рнс. 25. Завснмость от-ражает нзмененне скоростн сорбцнн кнсло’рода частнца-мн в статнческнх условнях.

Очевндно, в дннамнческнх условнях прн перемеіценнн частнц в кнслородсодержа-іцей среде эффект будет значнтельно выше. Такое явленне наблюдается в про-цессах переработкн днспер’с-ных матерналов в мель’нн-цах, аппаратах с кнпяіцнм слоем, цнклонах, прн п’нев- мотранспортнро’ваннн н т. п. /— скорость сорбцнн кнслорода на свежем образце;

2 — ско-рость сорбцнн кнслорода на по-верхностн образца, предварн-тельно выдержанного на возду-хе в теченне 29 дней. Прн пронзводстве металлическнх порошков необходимо прнннмать спецналь-ные меры по предупрежде-ншо само’возгорання [90, 91]. Порошкн некоторых металлов обладают пнрофор’нымн свойствамн, способны воспламеняться прн контакте с воздухо’м прн ннзкнх температурах (до 100 °С).

Опа’с-ность ‘самовозго’рання івозрастает •с увелнченнем влаж-ностн [92]. Свежепрнготовленные порошкн в среде кнслорода (воздуха) адсорбнруют кнслород н ннтенснвно окнсля-ются, выделяют тепло н самовозгораются. Самовозгора-нне может быть прнчнной взрыва пыле-воздушной сме-сн.

Для уменьшення хнмнческой актнвностн металла процесс нзмельчення (размола) рекомендуется выпол-нять в атмосфере, содержаіцей небольшое колнчество кнслорода. Этнм достнгается пасснвнрованне поверхно-стн частнц порошков. Так как хнмнческая актнвность завнснт не только от свойства матернала, но н от днс- 140 персностн порошка, оптнмальное содержанпе кнслорода в газовой смесн должно быть определено экспернмен-тально для каждого внда порошка.

Крупные порошкн, вследствне уменьшення реакцнонной поверхностн, менее склонны к самовозгоранню. Обычно порошкн железа, нн-келя н медн с размерамн частнц более 50 мкм счптают-ся не пнрофорнымн. Порошкн этнх же металлов с раз-мерамн частнц 10—30 нм счнтаются пнрофорнымн.

Осо-бенно пнрофорнымн являются порошкн металлов цнрко-ння, магння, алюмнння, тнтана н нх сплавов. Пнрофорные свойства нмеют также гндрнды лнтня, кальцня, натрня, бора н калня. Для уменьшення хнмн-ческой актнвностн рекомендуется покрывать поверхностн частац порошков пленкамн.

Обработка порошков кобаль-та, марганца н другнх металлов 5%-ным раствором бн-хромата калня нлн натрня прн 70—95°С в теченне 30 мнн с последуюіцей сушкой н обработкой раствором сте-арнновой кнслоты позволяет уменьшнть нх актнвность настолько, что самовозгоранне не наблюдается.

Актнвные сульфнды железа Ре§2, РезЗз, Ре8 образу-ются в результате взанмодействня сероводорода, сер-ннстых соеднненнй нефтн с продуктамн коррознн желе-за н его сплавов. Самовозгоранне сульфндов н вызван-ные этнм пожары н взрывы в технологнческнх аппара-тах тем вероятнее, чем выше скорость прнтока воздуха.

Прнсутствне влагн усугубляет опасность самовозгора-ння. Пожары н взрывы в технологнческнх аппаратах, выз-ванные самовозгораннем сульфндов железа, пронсходят после освобождення аппаратов от перерабатываемого продукта. Борьба с самовозгораннем ведется разлнчнымн мето-дамн: антнкоррознонной заіцнтой технологнческого обо-рудовання, вытесненнем окнслнтеля нз газовой фазы ннертным газом нлн паром.

Контролнруемый процесс окнслення сульфндов железа не прнводнт к значнтельно-му самонагреванню н самовозгоранню. С этой целыо ап-парат заполняют водой, которую затем медленно спус-кают. Самовозгорання сульфнда железа не наблюдает-ся, еслн содержанне кнслорода не превышает 2% (дав-ленне до 5 МПа [93]).

Сульфвд железа под действнем паро-воздушной смесн медленно окнсляется н не возго-рается прн соотношеннн пара н воздуха 1 : 1—1 :2,3. Самовозгоранне сажн наблюдается как в процессе ее пронзводства, так н прн транспортнрованнн н храненнн Высокая днсперсность сажн, налнчне на ее поверхностн большого колнчества актнвных центров, ннзкая тепло-проводность прнводят к тому, что самовозгоранне пронс-ходнт прн ннзкнх, комнатных температурах, хотя самн частнцы .сажн с трудом окнсляются в пламенн горелкн.

Нанбольшую реакцнонную способность нмеют сажн тн-па ПМ-ІООА, полученные нз каменноугольного антраце-нового сырья [94]. Сажн, полученные в восстановнтель-ной среде, на актнвных центрах которых не адсорбнро-ваны молекулы кнслорода, более актнвны, чем сажн, по-лученные в днффузнонном пламенн.

На хнмнческую ак-тнвность оказывает влнянне влага, адсорбнрованная на поверхностн частнц. В большннстве случаев влага уско-ряет процесс окнслення, уснлнвает хнмнческую актнв-ность. В глнннстые растворы, прнменяемые для бурення скважнн, вводят углеоделочной реагент, получаемый нз бурых углей Александрнйского месторождення.

В техно-логнческом процессе получення реагента самой опасной операцней является смешенне угля с раствором едкого натра, в результате которого смесь самонагревается до 40 °С. Полученный реагент в ввде порошка затарнвают в крафт-мешкн. Прн храненнн процесс окнслення смесн продолжается в теченне двух-трех суток.

В это время смесь самонагревается, но самовозгоранне пронсходнт только в том случае, еслн обьем готового продукта на складе будет достаточно большнм. Вначале воспламеня-ются крафт-мешкн, а затем н г.ам продукт. Выдержан-ный в теченне двух-трех суток прн ннтенснвном охлаж-деннн продукт теряет хнмнческую актнвность н стано-внтся безопасным прн храненнн н транспортнрованнн.

Суіцественное влнянне на хнмнческую актнвность го-рючего оказывает повышенное содержанне кнслорода і-і озона в воздухе. Газовая среда с повышенным содержа-ннем кнслорода в технологнческом оборудованнн встре-чается редко. Чаіце в ролн снльного окнслнтеля выступа-ет озон, повышенное содержанне которого наблюдается в процессах, сопровождаемых электрнзацней.

Явленне электрнзацнн, образованне электрнческнх зарядов на поверхностях, наблюдается в процессах, прн которых пронсходнт разделенне (разрушенне) поверхно- 142 стей контакта твердых п жндкнх днэлектрнческнх мате-рналов: дробленнн, размоле, смешеннн н транспортнро-ваннн.

Озон образуется также прн электрнческнх газо-вых разрядах, сопутствуювднх процессу электрнзацнн. йнтенснвное окнсленне озоном пронсходнт в транспорт-ных коммуннкацнях н оборудованнн. Прн ннтенснвном отводе тепла, напрнмер, нз аппара-тов с кнпяіцнм слоем, самовозгоранне не наблюдается, но в аппаратах с незначнтельным теплос-ьемом, напрн-мер, смеснтелях для днсперсных матерналов этот эф-фект может прнвестн к повышенню температуры н само-возгоранню.

В сложных матерналах, состояіднх нз несколькнх ве-вдеств, склонность к самовозгоранню определяется соот-ношеннем веіцеств, ускоряюіцнх н тормозяіцнх процесс окнслення. К веіцествам, уснлнваювднм экзотермнчность процесса, относятся [95]: гумнновые кнслоты, лнгннны, мннеральные н растнтельные масла.

К вегцествам, тор-мозяіцнм реакцню окнслення (ннгнбнторам), относятся бнтумы н галовдсодержаіцне веіцества. От соотношення этнх веіцеств в матернале, нх хнмнческой, ннгнбнрую-іцей актнвностн завнснт суммарный тепловой эффект. В ряде пронзводств хнмнческая актавность горючего веіцества может быть уменыпена ннгнбнрованнем про-цесса окнслення.

Ннгнбнрованне основано на торможе-ннн процесса окнслення с помоіцью спецнальных ве-вдеств—антнпнрогенов [88]. Вевдества, нспользуемые для ннгнбнровання, кроме основных требованнй — за-медлять процесс окнслення, должны отвечать ряду дру-гнх требованнй, невыполненне которых в значнтельной степенн сдержнвает нх шнрокое прнмененне.

Ннгнбнтор не должен нзменять фнзйческне н хнмнческне свойства окнсляюіцегося веіцества. Для ннгнбнровання процесса окнслення твердых белковых вешеств нашел прнмене-нне нонол, прн добавленнн которого скорость окнслення н скорость роста температуры сннжаются.

Действпе но-нола основано на торможеннн накоплення перекнсей н сннженнн колнчества молекул с ненасыіденнымн связя-мн. Последнее проявляется в уменьшеннн нодного чнсла [46]. Чем больше нодное чнсло, тем опаснее веіцество. Обычно нодным чнслом ‘определяют склонность масел к самовозгоранню прн цанесеннн нх на матернал с развн-той поверхностью.

В [88] показана прннцнпнальная возможность прнме-нення газообразных ннгнбнторов (антнпнрогенов) — га-зообразных галогеносодержаіцнх веіцеств. Шестнфто-рнстая сера сннжает суммарную велнчнну сорбцнн, уменьшает склонность к окнсленню. Введенне в воздух’ шестнфторнстой серы в колнчестве менее 1% уменьша-ет склонность вегцеств к самовозгоранню.

Представляет ннтерес н обработка днсперсных горю-чнх матерналов галондосодержаіцнмн веіцествамн. На поверхностн в этом случае адсорбнруются молекулы нн-гнбнтора. Прн нагреваннн пронсходнт десорбцня, ннгн-бнтор, выделяясь в газовую фазу, тормознт процесс окнслення.

Прн выдержке торфа в атмосфере хлороформа [96] в теченне 144 ч самонагреванне его полностью прекра-іцается, а температура самовоспламенення увелнчнвает-ся более чем в десять раз. Сероводород в тех же усло-внях незначнтельно ннгнбнровал процесс самонагрева-ння, а нспользуемые для этой целн хлорнстые солн ка-лня н натрня (0,1% на сухой продукт) не оказывалн су-іцественного влняння на процесс окнслення.

4.2. Фнзнческне методы предупреждення самовозгорання

Экономнческне аспекты пронзводства не требуют полной безопасностн, потому что для ее обеспечення не-обходнмы чрезмерно болыцне расходы. Такнм образом нет необходнмостн добнваться полной безопасностн. По нятне «полная безопасность» с точкн зрення вероятно-стн воспламенення не нмеет определенного смысла, но можно прннять за безопасный определенный уровень ве-роятностн воспламенення в заданный промежуток вре-менн.

Фнзнческне методы профнлактнкн основаны на том, чтобы нзмененнем лннейных параметров снстемы (об’ь-ема, поверхностн окнслення, порозностн н т. п.) увелн-чнть нндукцнонный пернод до велнчнн, прн которых процесс можно счнтать безопасным. 144 Жндкостн (масла, жнры, олнфа) в компактном, не днспергнрованном внде, не самонагреваются, не само-возгораются.

Колнчество тепла, вследствне ограннченно-стн поверхностн окнслення, недостаточно для самовозго-рання. Но, еслн масло нанестн на текстнльную вату с поверхностью более 0,15 м2 нлн стекловату с поверх-ностью более 0,054 м2, может пронзойтн самовозгоранне [44].

Увелнченне размера частнц нлн днаметра ннтей во-локна, уплотненне матернала, уменьшенне его порозно-стн часто [44, 97] будет достаточной профнлактнческой мерой самовозгорання. Прн уплотненнн днсперсного по-рнстого слоя сокраіцается его об’ьем, а следовательно газосодержанне, увелнчнвается теплоемкость (на едннн-цу об-ьема), теплопроводность, плотность, что, согласно математнческнм завнснмостям, опнсываюіцнм процесс самовозгорання, в конечном нтоге уменьшает опасность теплового самовозгорання.

В некоторых случаях (еслн пылевндный матернал является отходом пронзводства) для уменьшення опас-ностн самовозгорання скопленнй пылн в емкостях прн улавлнваннн в поток воздуха добавляют ннертные до-бавкн в внде тонкоднсперсных порошков с частнцамн (того же размера н плотностн), которые отлагаются рав-номерно по об’ьему вместе с горючей пылью.

Разбавлен-ная ннертнымн добавкамн горючая пыль становнтся ме-нее опасной прн храненнн. Огранц-ченііе об’ьема горючего. Чтобы самонагрева-нне не перешло в самовозгоранне, об-ьем перерабатыва-емого матернала, сосредоточенного в аппарате нлн на стёнках оборудовання в внде отложеннй, не должен пре-вышать определенной (крнтнческой) велнчнны.

Еслн это требованне не учнтывается, пронсходнт самовозгоранне, которое часто прнводнт к взрывам пыле-воздушной сме-сн [50, 98]. По этнм прнчннам часто наблюдаются пожа-ры н взрывы в распылнтельных сушнлках. В сушнльных камерах самовозгоранне начннается в слое осевшего на стенках матернала, на поверхностях жалюзей воздухо-направляювдей колонкн н стенках вертнкального возду-ховода.

В процессе работы сушнльной установкн непрерывно увелнчнвается слой нагретого матернала на стенках оборудовання, н как только толіцнна слоя достнгнет крн-тнческой велнчнны продукт воспламеняется. Прн сушкемйвозгораюіцнхся матерналов поверхностн должны очніцаться от осевшнх на ннх частнц.

С этой целью в су-шнльные камеры помеіцают разлнчные механнческне скребковые устройства, непрерывно очніцаюіцне стенкн от осевшнх частнц матернала. Но такне механнческне методы очнсткн таят не меньшую опасность воспламене-ння н взрыва пыле-воздушной смесн: от нскр, образую-іцнхся прн ударе н треннн двнжушнхся частей, а также воспламененне от нагретых поверхностей узлов трення.

Более безопасным н рацнональным следует счнтать гндродннамнческне прннцнпы очнсткн поверхностей, ос-нованные на созданнн такнх режнмов н траекторнй двн-ження теплоноснтеля, которые нсключают накаплнванне слоя матернала. Напрнмер, над распылнтельным днском устанавлнвают днффузор—отражатель воздуха (су-шнльного агента), который нсключает осажденне мате-рнала на распылнтельном устройстве.

Большую опасность представляет аварнйное прекра-іценне подачн продукта на распылнтельный днск. Еслн не будут прнняты экстренные меры, то самовозгоранне нензбежно. Безопасность обеспечнвается автоматнчес-кнм отключеннем сушнльного агента н подачей на рас-пылнтельное устройство воды, которая одновременновы-полняет рЬль огнетушаідей среды.

Soldes 2022 Asics Велнчнна слоя днсперсного матернала на внутренннх поверхностях оборудовання определяется соотношеннем снл, удержнваюіцнх частнцы на поверхностн, снл взан-модействня между частнцамн (снлы, вызываюіцне адге-зню н аутогезню) н возмуіцаюіцнх снл, стремявднхся разрушнть слой, оторвать частнцы от поверхностн [85].

Под адгезней поннмают взанмодействне частнц с твер-дой поверхностью, а под аутогезней—взанмодействне между частнцамн. Адгезня н^аутогезня обусловлены по-верхностнымн снлаьТй, проявляюіцнмнся прн контакте н завнсяіцнмн от поверхностных свойств контактнруюіднх тел н окружаюіцей газовой среды.

Очевндно, чем мень-ше адгезня н аутогезня, тем меньше слой осевшего днс-персного матернала. Прочность отложеннй н велнчнна слоя завнсят как от снл адгезнн частнц к поверхностн стенкн, так н от снл аутогезнн между частацамн. Адгезня вызывается молекулярнымн снламн, велнчн-на коТОрых определяется свойствамн контактйруюіцнх 146 поверхностей, электрнческнмн снламн, проявляюшнмнся прн взанмодействпн заряженных частііц с поверхностью, н капнллярнымн снламн, проявляюіцнмнся прн контак-те частнцы с поверхностью оборудовання, покрытой пленкой влагн.

Чтобы уменьшнть адгезню частнц к поверхностн обо-рудовання, следует поверхностн контакта подвергать спецнальной обработке. Так, обрабртка__стен^н_аппарата 1%-ньш бензольным раствором алкнлснлана прйвбдйТ’к об’разованню протн^й гіолйкснлоксановой пленкн, прнда-юіцей гндрофобные свойства поверхностн.

Гндрофо-бнзацня поверхностн способствует уменьшенню адге-знн. Электрнческне снлы адгезнн проявляются как прн контакте поверхностей, так н на значнтельном расстоя-ннн между ннмн. Кулоновскне снлы, возннкаюодне между частнцамн, уже несуіцнмн электрнческнй заряд, н по-верхностью, прнводят к увелнченню концентрацнн час-тнц н частоты нх ударов о поверхность, ограждаюіцую двухфазный поток.

Увелнченне частоты ударов, в свою очередь, ускоряет рост отложеннй на поверхностн обо-рудовання. Этн явлення уснлнваются прн двнженнн в потоке частнц нз днэлектрнческнх, электрнзуюіцнхся ма-терналов. Форма поверхностей контакта оказывает суіцествен-ное влнянне на адгезню.

С увелнченнем коэффнцнента сфернчностн снла адгезнн уменьшается, поскольку уменьшается пловдадь фактнческого контакта частнц. Нанменьшая снла адгезнн наблюдается для частнц, нме-юіцнх форму, прнблнжаюіцуюся к форме шара нлн пра-внльного многогранннка.

Адгезня сннжается по мере уменьшення шероховато-стн поверхностн. Этот эффект особенно снльно прояв- ‘ ляется, еслн размер неровностей (шероховатостн) на по- ; верхностн стенкн меньше размера частнц. На практнке для уменьшення адгезнн поверхность должна быть об- / работана до 6-го класса чнстоты.

Менее снльно влняет на адгезню прнрода матернала контактной поверхностн. К чугунной поверхностн адге-зня заметно ннже, чем к стальной. Колнчественных дан-ных о влняннн прнроды матернала поверхностей кон-такта на адгезню частнц недостаточно для того, чтобы дать обоснованные рекомендацнн по выбору матернала стенок оборудовання.

Нзвестно только, что к пла^лас.-совым пов.Ёр.х.цостям, особенію к поверхностя’м фторо-‘пласта, адгезня частнц значнтельно меньше. .—. 35г Рнс. 26. Крнтнческая ско-рость отрыва частнц от плоской поверхностн: / — область оседання частнц; // — область уноса отдельных частнц; /// — переходная об-ласть.

2 3 ^ Дііаметр ча.стнцы, см Велнчнна слоя, образуюіцегося на внутренннх по-верхностях оборудовання, определяется отношеннем вер-тнкальной (перпенднкулярной к поверхностн) возмуіца-юіцей снлы к снле адгезнн. nike air huarache soldes Прн определенной скоростн потока осевшая на поверхность частнца отрывается н возвраіцается в ядро потока.

В горнзонтальном потоке, напрнмер в трубе пневмо-транспорта, частнца двнжется в направленнн осн потока н совершает беспорядочные колебання в перпенднкуляр-ной плоскостн. Под действнем гндродннамнческнх снл частнца двнжется непрерывнымн скачкамн; достнгнув стенкн, она ударяется о нее, теряет энергню н возвра-іцается в поток.

Размер шага н частота ударов завнсят от скоростн потока, фнзнческнх свойств частнцы н кон-тактных поверхностей. Толіцнна отложнвшегося слоя определяется соотно-шеннем гндродннамнческнх снл потока, стараюіднхся оторвать частнцу от слоя, н снл аутогезнн, препятствую-ш,нх отрыву.

Велнчнна слоя определяется равновеснем этнх снл, наступаюіцнм прн определенной для данного матернала скоростн потока. nike homme solde Прн скоростн несугцего газа ум, первой крнтнческой, пронсходнт качанне нлн скольженне частнцы по поверх-носта.

Прн достнженнн второй крнтнческой скоростн і-‘&э под’ьемная снла становнтся достаточной для отрыва н переноса частнцы в ядро потока. Такнм образом, размер отложеннй авторегулнруется скоростью потока. 148 ^нйддоо-і.^э -1 гц’^оЗ са^обсгг^г.’і^ц.я салс’^. ? 3,іч ^».’^- -;»-.і ‘,2^^- :.’::

— 2 25сут 37- ;«- 35^^.- «•.-,- ‘^•^ц.н 17с ў нет !,25г і?— :— .»•-‘»^- ?’мн.н ^с ^ !7сут 2,5сугп ^ ;,.•:— -‘.•-•..- «••аін ^Змнн 1,5мчн 5 /Омес. !’3сн,’п 2,^:^’~ ~^- ‘,г- »’^нн ^Змнн !,5мчн   6 нет ^,5’г г,:<‘°: Вс..

~ і9ч Зч’ 23шн 3,7 мнн 7 1,5мес В~^.-. •.::,- «.’- І.Оч ЗОмц.,4 /г.^.ч ^,2мцч ~ ^ — ‘»•— «~ — ^» г,2ч •Эмі.н 1,3м^~ 03 77 127 /77 227 277 327 Текпература самовозгорания, 0 С Рнс. 27. Номограмма для определения условий самовозгорания сажи:

1,2,3 — антраценовые сажн ДМГ-8; 4, 5, 6 — печная высокоактнвная н газовая канальная сажа; 7,8 — обычная печная сажа. Завнснмость первой н второй критической скоростей от диаметра частицы грунта [85] показана на рнс. 26. В зоне I отрыв частнц отсутствует, слой накаплнвается.

В зоне II частнцы двнжутся по поверхностн, толщина слоя стабилизируется. В зоне III частнцы переносятся в ядро потока, толщина слоя уменьшается. Крнтнческнй об’ьем днсперсных матерналов, прн ко-тором наступает самовозгоранне, рассчнтывают по экс-пернментальным формулам, прнведенным выше (см. гл. I).

Этн завнснмостн могут быть представлены в внде номограммы (рнс. 27) [99]. На рнс. 27 крнвые /, 2, 3 ха-рактернзуют крнтнческне условня самовозгорання антра-ценовой сажн ДМ.Г-80, крнвые 4, 5, 6 — высокоактнвной сажн, 7 н 8—обычной канальной сажн. Ннже прнведен прнмер пользовання номограммой.

В емкостн (бункере) размером 1X1X1 й храннтся печная высокоактнвная•сажа (энергйя актнвацнн 84 кДж/моль). Эта сажа самовозгорнтся прн температуре прнмерно 127°С. Пернод нндукции в этом случае составнт 2,5 месяца. Еслн одно нз этнх условнй ііе выполняется (температура будет ннже нлн сажа будет храннться менее 2,5 меся-ца), самовозгорання не пронзойдет, н процесс хранення будет без-опасным.

При переработке или хранении дисперсного материала в герметическом сосуде (аппарате) происходит не-прерывное обедненне газовой среды кнслородом и как Рнс. 28. Температура самонагревания рыбной муки в герметичной емкости. Ю 20 30 Врем’я, сут. следствне этого уменьшение хнмнческой актнвности ве-іцества.

Температура матернала в начальный пернод по-вышается, достагает макснмума, затем по мере умень-шення актнвностн медленно сннжается. Макснмальная температура нагрева в этом случае определяется свойст-вамн матернала, его об’ьемом, размером н герметнч-ностью аппарата.

Очевндно, прн переработке нлн хране-ннн матернала в герметачном сосуде его обьем должен быть такнм, чтобы макснмальная температура матерна-ла была ннже температуры его тлення. Характерная завнснмость температуры матернала (рыбной мукн) от длнтельностн хранення в герметнчной емкостн показана на рнс. 28 [100, 101].

А горит ли сам кислород?

Возьмите цилиндр и опрокиньте его вверх дном. Подведите под цилиндр трубку с водородом. Так как водород легче воздуха, он полностью заполнит цилиндр.

Зажгите водород около открытой части цилиндра и введите в него сквозь пламя стеклянную трубку, через которую вытекает газообразный кислород. Около конца трубки вспыхнет огонь, который будет спокойно гореть внутри цилиндра, наполненного водородом. Это горит не кислород, а водород в присутствии небольшого количества кислорода, выходящего из трубки.

Что же образуется в результате горения водорода? Какой при этом получается окисел?

Водород окисляется до воды. Действительно, на стенках цилиндра постепенно начинают осаждаться капельки конденсированных паров воды. На окисление 2 молекул водорода идет 1 молекула кислорода, и образуются 2 молекулы воды (2Н2 O2 → 2Н2O).

Если кислород вытекает из трубки медленно, он весь сгорает в атмосфере водорода, и опыт проходит спокойно.

Стоит только увеличить подачу кислорода настолько, что он не успеет сгореть полностью, часть его уйдет за пределы пламени, где образуются очаги смеси водорода с кислородом, появятся отдельные мелкие вспышки, похожие на взрывы.

Смесь кислорода с водородом — это гремучий газ. Если поджечь гремучий газ, произойдет сильный взрыв: при соединении кислорода с водородом получается вода и развивается высокая температура. Пары воды и окружающие газы сильно расширяются, создается большое давление, при котором может легко разорваться не только стеклянный цилиндр, но и более прочный сосуд. Поэтому работа с гремучей смесью требует особой осторожности.

Кислород обладает еще одним интересным свойством. Он вступает в соединение с некоторыми элементами, образуя перекисные соединения.

Приведем характерный пример. Водород, как известно, одновалентен, кислород двухвалентен: 2 атома водорода могут соединиться с 1 атомом кислорода. При этом получается вода. Строение молекулы воды обычно изображают Н — О — Н. Если к молекуле воды присоединить еще 1 атом кислорода, то образуется перекись водорода, формула которой Н2O2.

Куда же входит второй атом кислорода в этом соединении и какими связями он удерживается? Второй атом кислорода как бы разрывает связь первого с одним из атомов водорода и становится между ними, образуя при этом соединение Н—О—О—Н. Такое же строение имеет перекись натрия (Na—О—О—Na), перекись бария.

Характерным для перекисных соединений является наличие 2 атомов кислорода, связанных между собой одной валентностью. Поэтому 2 атома водорода, 2 атома натрия или 1 атом бария могут присоединить к себе не 1 атом кислорода с двумя валентностями (—О—), а 2 атома, у которых в результате связи между собой также остается только две свободные валентности (—О—О—).

Перекись водорода можно получить действием разбавленной серной кислоты на перекись натрия (Na2O2) или перекись бария (ВаO2). Удобнее пользоваться перекисью бария, так как при действии на нее серной кислотой образуется нерастворимый осадок сернокислого бария, от которого перекись водорода легко отделить путем фильтрования (ВаO2 H2SO4 → BaSO4 Н2O2).

Перекись водорода, как и озон, — соединение неустойчивое и разлагается на воду и атом кислорода который в момент выделения обладает большой окислительной способностью. При низких температурах и в темноте разложение перекиси водорода идет медленно. А при нагревании и на свету оно происходит значительно быстрее.

Песок, порошок двуокиси марганца, серебра или платины также ускоряют разложение перекиси водорода, а сами при этом остаются без изменения. Вещества, которые только влияют на скорость химической реакции, а сами остаются неизмененными, называются катализаторами.

Если налить немного перекиси водорода в склянку, на дне которой находится катализатор — порошок двуокиси марганца, разложение перекиси водорода пойдет с такой быстротой, что можно будет заметить выделение пузырьков кислорода.

Способностью окислять различные соединения обладает не только газообразный кислород, но и некоторые соединения, в состав которых он входит.

Хорошим окислителем является перекись водорода. Она обесцвечивает различные красители и поэтому применяется в технике для отбеливания шелка, меха и других изделий.

Способность перекиси водорода убивать различные микробы позволяет применять ее как дезинфицирующее средство. Перекись водорода употребляется для промывания ран, полоскания горла и в зубоврачебной практике.

Сильными окислительными свойствами обладает азотная кислота (HNO3). Если в азотную кислоту добавить каплю скипидара, образуется яркая вспышка: углерод и водород, входящие в состав скипидара, бурно окислятся с выделением большого количества тепла.

Бумага и ткани, смоченные азотной кислотой, быстро разрушаются. Органические вещества, из которых сделаны эти материалы, окисляются азотной кислотой и теряют свои свойства. Если смоченную азотной кислотой бумагу или ткань нагреть, процесс окисления ускорится настолько, что может произойти вспышка.

Азотная кислота окисляет не только органические соединения, но и некоторые металлы. Медь при действии на нее концентрированной азотной кислотой окисляется сначала до окиси меди, выделяя из азотной кислоты двуокись азота, а затем окись меди переходит в азотнокислую соль меди.

Не только азотная кислота, но и некоторые ее соли обладают сильными окислительными свойствами.

Азотнокислые соли калия, натрия, кальция и аммония, которые в технике получили название селитры, при нагревании разлагаются, выделяя кислород. При высокой температуре в расплавленной селитре тлеющий уголек сгорает так энергично, что появляется яркобелый свет.

Если же в пробирку с расплавленной селитрой вместе с тлеющим угольком бросить кусочек серы, горение пойдет с такой интенсивностью и температура повысится настолько, что стекло начнет плавиться. Эти свойства селитры давно были известны человеку; он воспользовался этими свойствами для приготовления пороха.

Черный, или дымный, порох приготовляется из селитры, угля и серы. В этой смеси уголь и сера являются горючими материалами. Сгорая, они переходят в газообразный углекислый газ (СO2) и твердый сернистый калий (K2S). Селитра, разлагаясь, выделяет большое количество кислорода и газообразный азот. Выделившийся кислород усиливает горение угля и серы.

В результате горения развивается такая высокая температура, что образовавшиеся газы могли бы расшириться до объема, который в 2000 раз больше объема взятого пороха. Но стенки замкнутого сосуда, где обычно производят сжигание пороха, не позволяют газам легко и свободно расширяться.

Так из калийной селитры, угля и серы образуется смесь, обладающая огромной разрушительной силой.

К соединениям с сильными окислительными свойствами относятся и соли кислородосодержащих кислот хлора. Бертолетова соль при нагревании распадается на хлористый калий и атомарный кислород.

Кусочек — сера
— большая энциклопедия нефти и газа, статья, страница 2

Факторы, определяющие процесс горения серы

Основой горения, как физико-химического процесса, является реакция окисления. Этот процесс сопровождается выделением тепла и света и возникает в условиях прогрессивного самоускорения, связанного с накоплением в системе тепла (тепловое горение) или катализирующих активных промежуточных продуктов реакции (цепное горение).

Наиболее распространенным тепловым горением является процесс горения с участием кислорода воздуха. К тепловому горению относятся также химические реакции, проходящие и в отсутствии воздуха – взаимодействие некоторых (???) металлов с серой (Таубкин, с.19…)

Цепное горение возможно только при реакциях, для которых основой воспламенения или взрыва является цепной процесс (реакция при которой продукты первичного взаимодействия между молекулами. По своей структуре сера преставляет ионный кристалл с вытекающими отсюда последствиями: в сере пребладает ионное взаимодействия; ионные соединения не образуют молекул; основой воспламенения или взрыва является цепной процесс (цепная реакция при которой продукты первичного взаимодействия между атомами снова вступают в реакцию со следующими атомами; в результате реакция становится все интенсивнее, пока не приобретает взрывной характер).

Цепной процесс сопровождается образованием неустойчивых промежуточных продуктов, регенерирущих активные центры, которые ускоряют процесс. Накопление достаточного количества активных центров способствует переходу цепного процесса в тепловой и возрастанию температуры смеси до точки её воспламенения, Такой переход всегда неизбежен, если все возобновляемые центры сохраняются.

Однако наряду с возникновением цепей происходит их обрыв, что объясняется их адсорбцией на стенках сосуда, столкновениями с продуктами реакции и инертными газовыми молекулами или рекомбинацией активных центров. Все это приводит к рассеиванию энергии активными атомами.

(Таубкин, с20) Поток в канале. Чтобы показать применение основных соотношеннй к электрогидродинамическому потоку заряженных твердых частиц в заземленном канале с малой концентрацией частиц (меныпе, скажем, 0,25 кг/м3), рассмотрим следуюіцую задачу, для которой основные уравнения гл.

6 упроіцаются: двумерное двнжение в электрическом поле (і = 1,2); двнженне частнц не оказывает суіцественного влняння на движение непрерывной фазы; все частицы имеют один размер (s= 1). nike air max 2022 Рассмотрим случай движения множества заряженных твердых частнц с постоянной скоростыо прн постоянной продольной скорости u0 потока в двумерном канале шнрнной 2Ь с заземленнымн проводящими стенкамн, как показано на фнг. 10.15 (Соу, с.489).

Задача решается с учетом силы вязкостн, преодолеваемой частнцами, двнжуіцнмнся по направленню к стенкам (скорость v в направленнн у). В этом случае электростатпческне снлы, действуюгцне на множество частнц. полностью обусловлены полярпзованным зарядом проводящей стенки н пространственным зарядом множества частнц.

На входе в канал плотность твердых частнц постоянна (рр0) Столкновения частиц со стенкой считаются неупругими. Рассмотрим область, где скорость практитчески постоянна, т. chaussures adidas stan smith е. внешнюю область относнтельно гидродинамического пограничного слоя, в которой у-составляющая скоростп жпдкостн равна 0.

Уравнение движения в направлении х прп х’ = х/u0 имеет следующий вид: дх’ (10.178) Электродннамцка мнозофазных сіістем Соу с. 489 где ^1т — отношенне заряда к массе множества частнц н Ех — напряженность электрнческого поля в направленнн х.

Уравненне неразрывностн запнсывается в внде дх’ ду (10.179) где рр — велнчнна переменная нз-за дренфа твердых частнц. Уравненне двнження в направленнн у нмеет следуюшдн внд: ду ду ~дx^V‘~ду -^Еу Р (-v), (10.180) где Еу — напряженность электрнческого поля в направленнн у;

Р == блві-і/те — постоянная временн для вязкого сопротнвлення, УА РО ^ра- I, А , Ч/т Ф н г. 10.15. Поток однородно заряженного множества твердых частнц в канале (стеіікн являются заземлепнымн проводннкамн). полученная на основе закона Стокса; а — раднус частнцы; т — ее масса.

Так как Ех = 0, напряженность электрнческого поля опнсывается уравненнем Пуассона в внде Рр_ ео (10.181) где ео — днэлектрнческая постоянная. Начальные условня: х = 0, у = 0 н х = 0, у = 0, дь’іду = 0, влпянне передней кромкн не учн-тывается (разд. 10.10).

Уравнення (10.179) — (10.181) ыожно решнть одновременно, чтобы определнть нзыененне концентрацнн частнц рр нз-за нх накоплення на стенках, а также ызмененне скоростн v н напряжен- Райст П. Аэрозоли с.141 Табпнца 10.2. Предпочтительный знак приобретаемого матерналом заряда при электризации трением

•Из табл. 10.2 следует, что заряд частнц будет отрицательным, а заряд трубки — положительным если бы трубка была изготовлена не из стекла, а из меди, частицы приобрели бы положительный заряд, а медная трубка — отрицательный. При взаимном натирании любой пары из перечисленных материалов предидущее тело приобретает положительный заряд, последующий — отрицательый (кремний — сера—; медь — сера— и т. д.

Большое число экспериментов с аэрозолями потерпело неудачу из-за того, что данная тенденция не была известна. В случае, если имеющие высокую концентрацию взвеси взрывоопасных частиц пыли протекают через незаземленную трубку, на ней , может накопиться значительный заряд, что приведет к искровому раэряду и, в конечном итоге, к взрыву.

Если относительная влажность воздуха превышает 50-60%, зарядка протекает медленнее, по-видимому, из-за образования на частице тонкого слоя воды. Заряды не будут накапливаться, если вода содержит достаточное количество растворенного вещества, делающего этот слой проводящим.

Такое обьяснение согласуется с наблюдениями того, что во взрывах пылевых систем важную роль играет не абсолютная, а относительная влажность, поскольку зарядку трением предотвращает не присутствие водяного пара, а осаждение воды на частацах. (РайI ма ограннченном соотношрннн компонент.

Взрыво-| опасное соотношенне .компонент во взвесн значнтель-1 но шнре. Однако, как н в случае газовых смесей, I нмеется оптнмальное соотношенне, прн котором рост давлення н вероятность воспламенення оказываются нанбольшнмн. Уменьшенне размера частнц суіцествен-но увелнчнвает опасность взрыва во всех случаях, прн этом важную роль нграет способ получення пылн.

Со-вершенно ясно, что нз-за влняння столь многнх фак-торов трудно пронзвестн даже грубую оценку степенн опасностн взрыва в любой заданной установке. Более того, трудно установнть прнчнну взрыва, еслн он н пронзошел. Недавно опублнкованный обзор тнпмчных взрывов пылевых взвесей [59] свидетельствует о трудностн определения местоположения нсточннка опасностн.

Как отмечается в работе Р. Бусройда (с.289), легко показать, что при заряде частицы, равном лишь одному заряду электрона (е= -1,60217733 * 10 — 19 Кл) на каждые 105 поверхностных атомов, может произойти электрический пробой окружающего воздуха.

Практически заряд частиц обычно значительно меньше, однако и в этом случае на частицы будут действовать значительные силы. …Перенос заряда осуществляется преимущестственно в результате контактирования и последующего разделения, отличающихся друг от друга какими-либо свойствами.