• Ешқандай Нәтиже Табылған Жоқ

ДӘРІС КУРСЫ

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2023

Share "ДӘРІС КУРСЫ"

Copied!
88
0
0

Толық мәтін

(1)

1

Қазақстан Республикасының ІІМ Төтенше жағдайлар комитеті Көкшетау техникалық институты

Жалпы техникалық пәндер, ақпараттық жүйе және технологиялар кафедрасы

Шарипов Р.А.

«Жану және өрт сөндіру процестерінің теориялық негіздері» пәнінен

ДӘРІС КУРСЫ

Көкшетау, 2017ж.

(2)

2

УДК 614.8 (075.8)

Дәріс курсы 5В 100 100 «Өрт қауіпсіздігі» мамандығы бойынша бакалаврлар даярлауға арналған. Пәннің оқу-жұмыс бағдарламасына сәйкес құрастырылды.

Дәріс курсын құрастырған :

Жалпы техникалық пәндер, ақпараттық жүйе және технологиялар кафедрасының аға оқытушысы, химия магистрі,

азаматтық қорғау капитаны Шарипов Р.А.

ҚР ТЖК ІІМ КТИ Оқу-әдістемелік кенесінде

қарастырып бекітілген басылым шығаруға мақұлданған.

Хаттама № 5, 2018 жылғы «07» қаңтар

Пікір жазғандар:

Ш. Уәлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университетіндегі инженерлі профиль ядролық магниттік резонанс спектроскопия зертханасының меңгерушісі, х.ғ.к. профессор Сейлханов Төлеген Мұратұлы.

ҚР ІІМ ТЖК КТИ жалпы техникалық пәндер ақпараттық жүйе және технологиялар кафедрасының доценті, х.ғ.к., азаматтық қорғау аға лейтенанты Казьяхметова Дана Тұрсынбаевна.

© Көкшетау техникалық институты, 2018 ж.

(3)

3

Мазмұны

1. Жану процесінің табиғаты. ... 5

2. Жану процестерінің жіктелуі. Түрлері мен режимдері. ... 8

Дәріс №2 Тақырыбы: Жану процестерінің негізгі параметрлері. Жану процестерінің материалдық және жылулық балансы... 12

1. Жану процесінің материалдық баланс теңдеуі. ... 12

2. Жануға қажетті ауа келемі. Ауаның артык мөлшері. ... 13

3. Жану өнімдері. ... 15

Бақылау сұрақтары ... 16

Дәріс№3 Тақырыбы: Заттар мен материалдардың жанғыштығын бағалау. Заттардың негізгі өрт кауіпті көрсеткіштері. Жанғыштыққа байланысты топтарға жіктеу. Газ шаң-аау қоспасының тұтану обласы. ... 17

Дәріс №4 Тақырыбы: Жанғыш жүйелердің өздігінен тұтануы және жануы. Өздігінен тұтану теориясы. ... 19

1. Жану жүйесінің өздігінен тұтануы және жануы. ... 19

2. Химиялық реакция кинетикасы. ... 20

3. Жанғыш заттардың тотығу теориясы. ... 21

4. Өздігінен тұтану температурасы. ... 22

5. Өздігінен қызу температурасы. ... 24

6. Өздігінен тұтануға қабілетті химиялық қосылыстар және олардың қасиеттері. Химиялық қосылыстардың химиялық реакция нәтижесінде тұтануын химиялық өздігінен тұтану деп атайды. ... 25

Дәріс № 5,6 Тақырыбы: Газдардың жануы. ... 28

1. Кинетикалық жалынның құрылысы. ... 28

2.Жалын таралуының қалыпты жылдамдығы жайында түсінік. ... 30

3.Жалын таралуының теориясы. ... 32

4. Газдардың және булардың диффузиялық жануы. ... 33

Дәріс№ 7 Тақырыбы: Сұйықтардың жануы. ... 35

1. Сұйықтықтардың булануы. Қанныққан бу. ... 35

2. Тұтанудың температуралық шектері. Жарқ ету температурасы.... 36

3. Сұйықтықтардың жану процесі. Жанып біту жылдамдығы. ... 38

Дәріс № 8 Тақырыбы: Қатты заттардың жануы. Катты жанғыш заттардын кұрамы мен к.ұрылысы. Ағаштыңпиролизі, Металдардың жануы. Шан-ауа қоспасының жануы. ... 40

Ағаш негізді материалдарды өрттен қорғау. ... 45

Дәріс № 9 Жанудағы шекті кұбылыстар және сөнудін жылулық теориясы. ... 48

1.Өртті тоқтатудың тәсілдері мен шарты. ... 48

2. Жану процесінің тоқтауының жылулық теориясы. ... 50

Дәріс №10 Тақырыбы: Өрт параметрлері мен аймақтары. Өрт ұзақтығы, ауданы, температурасы. Өрттің сызыктық таралу жылдамдығы. Өрт температурасы. Түтінденудің кабілеті мен тығыздығы. Жану аймағы. Жылу әсер ету аймағы. Түтіндену аймағы.Өрт және оның жіктелуі. ... 52

Дәріс № 11 Ашық өрттердің дамуының жалпы заңдылықтары. Газды, мұнай-газды және мұнай фонтандарының өрттердің ерекшеліктері. Дала өрттері және астык өрті. Орман өрттері ... 59

1. Ашық өрттер және олардың өзіне тән ерекшеліктері. ... 59

(4)

4

2. Газ, газмұнай және мұнай фонтандардағы өрт ерекшеліктері. ... 60

3. Орман өрттері. Классификациясы, болжануы, өрт сөндіруді ұйымдастыру. ... 63

Дәріс № 12 Тақырыбы: Ішкі өрттердің жалпы заңдылықтары. Өрттің жылу режимі. Өрттің динамикасы туралы түсінік. Уақытша және тұрақты өрт жүгі ... 67

1. Өрт динамикасы жайында түсінік. ... 67

2. Өрттің жылулық режимі. ... 70

3. Ішкі өрттердегі газ алмасу. ... 74

Дәріс №13 Тақырыбы: Жану процесін тоқтату механизмдерінің физико-химиялық негіздері. ... 77

Дәріс № 14 Өрт сөндіру заттары және олармен өрт сөндіру механизмдері... 78

Дәріс № 15 Сөндірудің су-көбікті кұралдары ... 81

1. Көбіктің қасиеттері. ... 81

2.Көбік түзушілердің қасиеттері және беттік активті заттар ... 83

3. Жану процесін көбікпен тоқтату механизімі. ... 84

Пайдаланылған әдебиеттер ... 87

(5)

5

Дәріс № 1 Тақырыбы: Жану табиғаты туралы жалпы түсінік.

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Жану табиғаты туралы түсінік. Жану кезіндегі физика-химиялык процестер мен құбылыстар. Химиялық құбылыстар механизмі.

2. Жану процестерінің жіктелуі. Түрлері мен режимдері.

1. Жану процесінің табиғаты. Жану – жанғыш заттың жоғары температураның әсерінен тотықтырғышпен әрекеттесіп жану өнімдеріне айналатын, нәтижесінде интиенсивті түрде жылу мен жарық бөллетін күрделі физико-химиялық процесс.

Осы сипатына қарап жану процесін басқа құбылыстардан ажыратуға болады. Мысалы, электр лампасының жануының нәтижесінде жылу мен жарық бөлінсе де оның жану процесіне жатқызуға болмайды. Себебі бұнда жанғыш заттың тотықтырғышпен әрекеттесетін химиялық процесі жоқ.

Жай заттар мен қатар оттегінде көптеген күрделі заттар да жанады.

Кейбір химиялық реакциялар өте жылдам жүреді. Бұндай реакцияларды қопарылыс арқылы жүретін реакциялар деп немесе жарылыс деп атайды.

Мысалы, оттегінің сутегімен әрекеттесу реакциясы қопарылыс береді. Жану реакциясы тек оттегінде ғана емес сонымен қатар басқа да газдарда жүреді.

Ауадағы жану процесі таза оттегінде жануға қарағанда едәуір баяу жүреді. Былай болу себебі, ауаның құрамындағы оттегі мөлшерінің аз болына (21 пайыз) және ауадағы оттегіні сұйылтушы ретінде азоттың (79 пайыз) болуына байланысты. Сол себепті жану ортасында оттегінің мөлшерін төмендеткен сайын жану процесінің қарқыны да төмендейді.

Таза оттегінде жылдам жанатын заттар ауада мүлдем жанбайды. Болат сымды ауада қатты қыздырса да ол жанбайды, ал таза оттегінде ол қызған шоқтың түзілуімен жанады.

Жану процесінің пайда болуының шарттары. Жану процесі пайда болу үшін төмендегі шарттар орындалуы қажет, бұны жану процесінің классикалық үшбұрышы деп атайды (сурет 1):

1. жанғыш заттың болуы;

2. тотықтырғыштың болуы;

3. тұтандыру көзінің болуы;

Тұтандыру көзі дегеніміз – жанғыш затты тұтандыруға қабілетті болып келетін кез-келген жылу көзі. Мысалы, үйкеліс кезінде пайда болған жылу, электрлік шоқ, жалын, шоқ ұшқындары, жылу және т.б.

Жанғыш зат пен тотықтырғыш арасында жану реакциясының пайда болуына төмендегідей факторлар әсер етеді:

• жанғыш қоспаны өздігінен тұтану температурасына дейін қыздыру;

• сыртқы тұтандыру көзінің әсері.

(6)

6

Сурет 1 – Жану процесінің классикалық үшбұрышы

Тотықтырғыштар. Жану – тотығу-тотықсыздану реакциясы (бір элементтің электрондарын беріп ал екінші біреулері электрон қабылдайтын) болып келетін күрделі физико-химиялық процесс.

Тотықтырғыштар (электрон қосып алатын элементтер немесе қосылыстар) тек ауа құрамындағы оттегі ғана емес сонымен қатар хлор, бром, күкірт, калий перманганаты, асқын тотықтар, бертолет тұзы және т.б.

құрамында оттегі бар заттар жатады. Бірақ практикада жану процесі көбіне атмосфера ауасында жүреді.

Ауа – бұл газдар қоспасы: азот – 78,084 %;

оттегі - 20,94 8 % , аргон- 0,934 %.

Өте аз мөлшерде неон, гелий, криптон, аммиак, күкірт диоксиді болады. Аргон инертті газ және жану процесіне қатыспайды. Азот инертті газ, ол да жану процесіне химиялық тұрғыда қатыспайды, бірақ азот жану реакциясының жылдамдығына әсер етеді. Жану процесі кезінде көптеген физикалық процестерге қатысады:

-жану ортасына оттегінің диффузиялануына қатысады;

-жанғыш затпен тотықтырғыштың инертті сұйылтушысы;

-жанғыш қоспаның қызу жылдамдығы мен жану жылдамдығына әсер етеді.

Ауа құрамы шартты түрде тұрақты деп алынады, құрамында 21 % оттегі көлемі бойынша және 79 % азот, яғни бір көлем оттегіне 3,76 азот көлемі сәйкес келеді, немесе бір моль оттегіне 3,76 моль азот келеді.

Сонда ауада метанның жануының химиялық теңдеуі төмендегідей жазылады:

СН4 + 2О2 + 2 ∙3,76N2= СО2 + 2Н2О + 2 ∙3,76N2 (1.1) Азот, жану реакциясының нәтижесінде бөлінетін жылудың бір бөлігін сіңіреді, және жану өнімдерінің құрамына кіретін – түтін газы.

(7)

7

(1.1) теңдігі бойынша жану процесі толық жүру үшін, жану аймағында 1 м3 метанға 9, 52 м3 ауа (2O2+2 ∙3,76 N2) сәйкес келеді.

Егер жанғыш зат құрамына көміртегі мен оттегінен басқа азот кірсе, онда жану кезінде N2 бос түрінде бөлінеді, мысалы пиридиннің жануы кезінде:

C5H5 N + 6,25O 2+ 6,25∙3,76N2= СO2 + 2,5H2O + 6,25∙3,76N2 + 0,5N2 (1.2) Егер жанғыш зат құрамына хлор кірсе, онда жану кезінде әдетте хлорлы сутегі бөлінеді,мысалы хлорлы винилдің жануы кезінде:

СН2 = CHCI + 2,5О2 + 2,5∙3,76N2= 2CO 2+ H2O + 2,5∙3,76N2 + HCI (1.3) Жанғыш зат құрамына кіретін күкірт элементі күкір диоксиді (SO2) түрінде бөлінеді. Жанғыш зат құрамындағы оттегі және басқа да жанғыш элементтер қосылыстар түрінде бөлінеді, мысалы СО2 немесе Н2О, бос күйінде бөлінбейді. Құрамында оттегісі бар заттар жанған кезде, ереже бойынша олардың жануына ауа аз қажет етіледі. Заттардың жануы басқа заттардың құрамында болатын оттегінің әсерінен болуы мүмкін, олар құрамындағы оттегіні жеңіл беруге қабілетті. Бұндай заттарға азот қышқылы HNO3, бертолет тұзы КСlO3, нитраттар: KNO3, NaNO3, NH4NO3, калий перманганаты КМnО4, барий пероксиды ВаО2 және т.б. жатады. Жоғарыда аталған тотықтырғыштар жанғыш заттармен жоғары жылдамдықпен әрекеттеседі, әдетте жарылыс түзеді. Бұл қоспалардың мысалына оқ дәрі , дабыл жарықшақтары және т.б.

жатады.

Стехиометриялық қоспа және стехиометриялық коэффициент.

Стехиометриялық қоспа деп, ондағы жанғыш зат пен тотықтырғыштың сандық қатынасы жану реакциясының теңдеуіне сәкестігін атаймыз. Бұндай қоспалар өрт қауіпті, жеңіл тұтанады, жану процесі қарқынды түрде жүреді, жылдам таралады және жылудың максималды мөлшерін бөледі. Бай қоспаларда жанғыш зат артық мөлшерде болып тотықтырғыш жеткіліксіз болады. Кедей қоспаларда жанғыш зат аз мөлшерде болып тотықтырғыш артық мөлшерде болады, ал стехиометриялық қоспаларда жанғыш зат та тотықтырғышта артық немесе кем мөлшерде болмайды.

Жанғыш заттар және тотықтырғыш қосылып жанғыш қоспа (жанғыш жүйе) түзеді. Жанғыш жүйелер химиялық біртекті немесе әртекті болып келеді.

Химиялық біртекті жанғыш жүйелер – жанғыш газдардың, булардың ауамен қоспасы. Бұндай жүйелер гомогенді жүйелер және қоспалардың жануы гомогенді жану деп аталады.

Химиялық біртекті емес жанғыш жүйелер – жанғыш зат пен тотықтырғыш біртекті араласпаған болып келеді, олардың арасында бөлгіш фазасы бар. Химиялық әртекті жүйелер көбінесе қатты заттар болып келеді.

Бұндай жүйелер гетерогенді жүйелер және жану процесі гетерогенді жану деп аталады.

Жанғыш зат бірлігінің (моль, кг, м3) толық тотығуы үшін қажетті тотықтырғыштың ең төмен саны стехиометриялық коэффициент деп аталады.

(8)

8

Мысалы, жоғарыда келтірілген метанның жану реакциясындағы стехиометриялық коэффициент 2-ге тең, өйткені метанның бір көлемі толық жануы үшін өттегінің 2 көлемі қажет. Оттегінің осы мөлшердегі қажеттілігі жану реакция теңдеуінің оң жағы мен сол жағын теңестірген кезде анықталады.

Осылайша оттегінің алдына 2 қойылады. Бұл сан стехиометриялық коэффициент деп аталады және β деп белгіленеді. Сонымен қатар бұл 2 коэффициенті реакция теңдеуіндегі 3,76 көлем азот атомына да қатысты, яғни теңдіктің оң және сол жағындағы 3,76 көлем азоттың алдына да 2 коэффициенті қойылады.

Мысалы:

СН4 + 2О2 + 2 ∙3,76N2= СО2 + 2Н2О + 2 ∙3,76N2 β = 2 (1.4) Немесе бұл теңдеуді төмендегідей түрде де жазуға болады, яғни теңдеудің сол жағындағы оттегі мен 3,76 көлем азотты жақшаға алып алдына екі қойылады:

СН4 + 2(О2 + 3,76N2) = СО2 + 2Н2О + 2 ∙3,76N2 (1.5)

2. Жану процестерінің жіктелуі. Түрлері мен режимдері.

Жанғыш қоспа компоненттерінің агрегаттық күйіне байланысты жіктелу.

Заттардың үш агрегаттық күйде қатты, сұйық, газ күйлерінде болатыны белгілі. Жану аймағында жанғыш зат компоненттерінің агрегаттық күйлеріне байланысты жанудың екі режимі немесе түрі бар: гомогенді және гетерогенді.

Егер жану аймағында екі компонент бірдей фазада (гомогенді жанғыш жүйе) болатын болса, бұндай жану гомогенді жану деп аталады, Мысалы: CH4 (г.)+ 2O2

(г.) = CO 2 (г.) + 2H2O (бу) басқа да газ тәрізді тотықтырғыштардың қатысында жану: H2(г.) + Cl2(г.) = 2HCl (г.)

Ал егер жанғыш қоспа компоненттері әртүрлі агрегаттық күйде (гетерогенді жанғыш жүйе) болса жану гетерогенді болады. Мысалы:

Сұйық гидрозиннің жануы:

N2H4(с.) + O2(г.) = N2(г.) + 2H2O(бу)

Көміртегінің жануы:

C(қ.) + O2(г.) = CO2(г.) Тұрақсыз заттардың ыдырауы (ацетилен)

C2H2(г.) = 2C (тв.) + H2(г.)

Көп жағдайда жану процесі гомогенді болып табылады. Гетерогенді жануға антрациттің (сурет 2), кокстың жануын келтіруге болады, ал өрт жағдайында – қатты жанғыш материалдардың әсіресе ағаштың ыдырауынан қалған қатты көміртекті қалдықтардың жануын жатқызуға болады.

(9)

9

Сурет 2 - Антрацит және оның жануы

Себебі, бұнадай жағдайларды ұшқыш пиролиз өнімдері жанып бітіп, жану процесі тікелей қатты зат беткейінде жүреді.

Жанғыш компоненттердің түзілу шартына байланысты жіктелу.

Жанғыш компоненттердің түзілу шартына және химиялық жану реакциясы мен жанғыш қоспаның түзілуінің қатынасына қарай жану режимінің екі түрі бар: кинетикалық және диффузиялық жану. Жану режимінің кинетикалық немесе диффузиялық екендігі, жану процесі кезінде жанғыш қоспаның түзілу жылдамдығының немесе қоспа компоненттерінің химиялық жану өнімдеріне түрлену жылдамдығының лимиттеуші болатындығына байланысты анықталады.

Химиялық біртекті емес жүйенің толық жану уақыты жанғыш зат пен тотықтырғыштың физикалық түйісуіне жұмсалған уақыттан τф және химиялық реакцияның жүру уақытынан τx тұрады:

τгор = τд + τx.р. (1.6) Өрт жағдайында әдетте алдын ала араласпаған газдардың жануы кездеседі. Жанғыш қоспа жану аймағында түзіледі. Реакция компоненттері жану аймағына әртүрлі орталардан келеді. олардың әрқайсысында тек бір ғана жанғыш компонент болады. Бұл жағдайда химиялық жану реакциясы жанғыш компоненттердің жану аймағына диффузияланып өткеннен кейін ғана жүреді.

Химиялық біртекті емес жанғыш жүйелердің жануы кезінде оттегінің жанғыш затқа физикалық диффузиялану уақыты τд химиялық жану реакциясының жүру уақытынан τx.р артық, яғни τд ˃ τx.р. Бұл дегеніміз жану уақыты жанғыш затқа оттегінің диффузиялану уақытымен анықталады дегенді білдіреді. Бұндай жану диффузиялық жану деп аталады. Барлық өрттер диффузиялық жануға жатады.

Егер, оттегінің жанғыш затқа физикалық диффузиялану уақыты τд

химиялық жану реакциясының жүру уақытынан τx.р. кем болса, яғни τд ˂ τx.р.

онда жану процесінің жылдамдығы химиялық жану реакциясының жылдамдығымен анықталады. Бұндай жану кинетикалық жану деп аталады.

Бұндай жану химиялық біртекті жүйелерге тән. Себебі оларды жанғыш зат молекуласы оттегі молекулаларымен жақсы араласқан болады және оттегінің жанғыш затқа өтіп онымен араласып қоспаныың түзілуіне уақыт жұмсалмайды

(10)

10

(газдардың жануы, 5 дәріс). Кинетикалық жану әдетте өрттердің бастапқы сатыларында жүреді.

Егер, бұндай газ - ауа қоспасының жануы жабық ыдыста немесе кеңістігі шектелген ортада жүретін болса, жану процесі жарылыс сипатына ие болады.

Себебі жанғыш қоспа жанған кезде түзілген энергия жану ортасынан шығып үлгермейді, осы кезде қысым артып конструкциялардың қыйрауына әкеледі.

Химиялық реакция аймағына жанғыш компоненттердің келіп түсу қарқындылығына байланысты жіктелу, аэродинамикалық шарттарға байланысты:

а) Ламинарлы жану – жалын фронты тегіс.

б) Турбулентті жану – жалын фронты қатты қыйсайған.

Химиялық жану реакциясы аймағының таралу жылдамдығы бойынша жіктелу.

а) дефлаграциялық жану - процестің баяу таралуы (жылуөткізгіштік немесе диффузия көмегімен).

б) детонациялық жану. Процесс жылдам таралады. Детоноциялық жану процесі дыбыс жылдамдығынан жоғары жылдамдықпен жүреді яғни секундына 100 деген метрмен, секундына 1 километр.

Бу немесе газдардың жанып жатқан кеңістігі жалын деп аталады.

Төмендегі суретте шамның жану мысалында диффузиялық жанудың мысалы көрсетілген (сурет 1).

Сурет 1 - Диффузиялық жалынның құрылысы

Суреттегі (1) - жанғыш зат қызған кезде одан бөлінген бу мен ыдырау өнімдеріне толған аймақ. Қоршаған орта ауасынан диффузияланатын оттегінің мөлшері бұл аймақта аз және бұл аймақтағы температура аса жоғары болмайды. Бірінші аймақтың көгілдір түсті екендігі суреттен жақсы көрініп тұр, бұның себебі, бұл аймақта толық емес жану жүреді нәтижесінде СО түзіледі, ал көгілдір түстің болуы көміртегі монооксидіне (СО) тән. Жалын аймағының шеткі жақтарында диффузияланатын оттегінің мөлшерінің арту салдарынан жану едәуір белсенді түрде жүреді, бұл өз кезегінде жfлынның шеткі

(11)

11

аймақтарының түсінің өзгерісінен айқын көрінеді. (2) аймаққа аздаған мөлшерлерде оттегі өтеді, соның салдарынан булар мен жану өнімдерінің тотығуы жүреді, бірақ оттегінің жеткіліксіз болу салдарынан бұл аймақта шайырлану процесі жүріп көмірдің ұсақ бөлшектері түзіледі. Сол себепті бұл аймақ жарқыраған болады. Жалынның жарқырауы жалында қатты фазадаға бөлшектердің болу салдарынан болады. Бұл аймақта (1) аймаққа қарағанда температура едәуір жоғары. (3) аймақта, (2) аймақта түзілген өнімдердің және осы аймақта әрекеттесіп үлгермеген булардың соңына дейін жануы жүреді.

(3) аймақта диффузияланған оттегінің ең көп мөлшері болады, себебі бұл аймақ сыртқы аймақ болып ауқымды беткейге ие. Оттегі жеткілікті болған кезде газ тәрізді өнімдердің түзілуімен булардың толық тотығуы жүзеге асады.

Сол себепті де осы аймақта жылудың ең көп мөлшері түзіледі. Бұл аймақтағы температура (2) аймаққа қарағанда жоғары, бірақ жалынның жарықтығы төмендеу, себебі бұл аймақта толық жанбаған қатты фазадағы бөлшектер болмайды.

Органикалық қосылыстардың ауада жануы кезіндегі жалынының түстері олардың химиялық құрамына тәуелді болады. Әсіресе олардың құрамындағы оттегі мен көміртегінің мөлшеріне байланысты. Жанғыш зат құрамында оттегінің мөлшері 50% және одан артық болған жағдайда жалынның жарқырауы болмайды. Ал оттегінің мөлшері бұдан аз болса жалын жарқырайды. Жанғыш зат құрамында көміртегінің мөлшері 60 % және одан жоғары болған кезде түтінденген жалын түзіледі.

Жанғыш заттардың жалынының түсі оның құрамында көміртегінің қатты бөлшектерінің болуына байланысты. Егер жалынға көміртегінің орнына басқа заттың бөлшектерін ендіретін болсақ, онда жалынның түсі ендірілген заттың түріне байланысты басқа түстерге боялады. Мысалы, метил спиртінің түссіз жалынына стронций тұздарын ендіретін болсақ, онда жалын қызыл түске боялады. Барий тұздары жасыл түске, мыс тұздары көк түске, натрий тұздары сары түске бояйды. Жалынға ендірілген тұз жоғары температураның әсерінен дисссацияға ұшырап диссосация өнімдеріне айналып өздеріне тән сәулелерді сәулелендіреді. Мысалы, хлорлы барий жоғары температураның әсерінен төмендегідей диссосацияланады:

2BaCl2 => 2BaCl + Cl2

Барийдің монохлориді ВаСl жасыл жолақты спектрде сәуле шығарады.

Металл тұздарының бұндай қасиеттері олардан әртүрлі пиротехникалық құрамды заттар даярлау үшін қолданылады.

Тотықтырғыштың жеткілікті немесе жеткіліксіз болуына байланысты жіктелу. Тотықтырғыштың жеткілікті немесе жеткіліксіз болуына байланысты жану толық және толық емес жану болып жіктеледі. Жану ортасында оттегі жеткілікті болған жағдайда жану толық жүзеге асады және толық жану өнімдері түзіледі және олар әрі қарай жануға қабілетсіз: көміртегі диоксиді, су, азот, күкірт ангидриді.

Мысалы: С + О2 = СО2

(12)

12

Егер жану ортасында оттегі жеткіліксіз болса, онда жану толық жүзеге аспайды және толық емес жану өнімдері түзіледі. Толық емес жану өнімдеріне:

көміртегі монооксиді (угарный газ), сажа, кетондар және т.б. органикалық қосылыстар жатады.

Мысалы: 2С + О2 = 2СО Бақылау сұрақтары

1. Жану процесі дегеніміз не?

2. Неліктен жану процесі физикалық және химиялық үрдіске жатады?

3. Жанып тұрған электр лампасы неліктен жану процесіне жатпайды?

4. Жану процесінің классикалық үшбұрышы дегеніміз не?

5. Тотықтырғыш дегеніміз не?

6. Стехиометриялық коэффициент деген не?

7. Стехиометриялық қоспа деп қандай қоспаны айтады?

8. Жану процестері қалай жіктеледі?

Дәріс №2 Тақырыбы: Жану процестерінің негізгі параметрлері. Жану процестерінің материалдық және жылулық балансы.

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Жану процестерінің материалдық және жылулық балансы.

2. Жануға қажетті ауа келемі. Ауаның артык мөлшері.

3. Жану өнімдері, құрамы мен көлемі. Түтін және оның қасиеттері.

1. Жану процесінің материалдық баланс теңдеуі.

Жану кезінде жанғыш зат пен тотықтырғыш молекулалары белсенді түрде соқтығысады. Соның нәтижесінде жаңа молекулалар - жану өнімдері түзіледі және жылу бөлінеді.

Жану реакциясының материалды және жылулық баланс теңдігінің жалпы түрін былайша жазып алуға болады:

   

i k

ж Ж n O i m

n 0 0 [ЖӨ]iQж.р (2.1)

мұндағы: [Ж] - жанғыш заттың химиялық формуласы;

[О]- тотықтырғыштың химиялық формуласы;

[ЖӨ]i - iзатының химиялық формуласы, жану реакциясы нәтижесінде түзілген;

n ж, n0, mi - сәйкес заттар кезінде стехиометриялық коэффициенттері;

k– заттың саны,химиялық реакция нәтижесінде түзілген;

Qж.p .- жану реакциясының жылулық эффектісі, кДж.

Химиялық процесс теңдеуі әркеттесуші жүйенің күйін ғана бейнелейді, аралық фаза арқылы өту жолын көрсетпейді. Сондықтан (2.1) теңдігі суммалық реакция теңдеуі немесе брутто-реакция деп аталады. Есептеу кезіндегі

(13)

13

практикалық анализдер үшін, ереже бойынша бұл теңдікті қарастырған жеткілікті.

Жану реакциясының негізгі ерекшелігі оның жүруі кезінде жылудың көп мөлшерде бөлінуі болып табылады.

Өртте жану қауіптілігінің жоғары себептерінің бірі үлкен жылулық эффект болып табылады, реакция аймағында оның әсерінен температура артады. Жану ошағының қоршаған ортамен әрекеті (жанғыш материал және зат, құрылыс конструкциялары, адам организмімен, технологиялық аппарат, техника және т.б. оның қасында орналасқанда) өрт кезінде жүргізілетін жұмыстарға қиындық әкелуі мүмкін.

Жанғыш заттың бірлік санын есептеуде жану аймағының жылулық балансын былайша жазуға болады:

Жогал о

Ж реализ

Т з Ж

Т Q Q Q Q

Q. ,.. .  (2.2)

ж Р Ж

Т n

Q Q . - жанғыш заттың төменгі жану жылуы;

Т з

QЖ. , - жанғыш зат және тотықтырғышпен жану аймағына бірге келетін жылу мөлшері;

Реализ.

Q - жану аймағында химиялық және механикалық жану кезінде реализацияланбайтын жылу мөлшері;

.о.

QЖ - жанғыш зат бірлігін және жану өнімінің қызуына жұмсалған жылу мөлшері;

Жогал.

Q - жану аймағынан қоршаған ортаға таралған,жылу мөлшері.

Теңдеудің оң жағындағы бөлік (2.2) өрт жағдайының ерекшілігін сипаттайды. QП.Г. есебінен, мысалы жану өнімдері жоғары температураға дейін (1000 0С) қызады, адамдарға қаупін тигізетін, жанғыш және жанғыш емес заттар мен материалдарды қыздырады, соның салдарынан құрылыс конструкциялары беріктік қасиеттерін жоғалтады. Жоғары температураға дейінгі қыздырылған жану өнімдері конвективті ағындарды түзеді.

2. Жануға қажетті ауа келемі. Ауаның артык мөлшері. Заттардың жануына қажетті ауның минималды көлемі, жануға қажетті ауаның теориялық көлемі деп аталады. V0а - деп белгіленеді. Жанғыш заттар үшін ауаның теориялық көлемін реакция теңдеуі арқылы анықтайды. Реакция теңдеуіндегі қосылыстардың мольдік мөлшерін киллограмм арқылы көрсетеміз, мысалы:

12,01 кг С + 32,06 кг О2 = 44,07 кг СО2

Жану реакциясының теңдеулері бойынша жанғыш заттың m кмоль мөлшеріне n кмоль оттегі және азот келеді. Жанғыш зат массасын кг арқылы белгілеп және молекулалық массасын М деп белгілеп пропорция құрамыз:

m М кг – 22,4 м3 1кг – V0а м3

(14)

14

22,4 м3 - 1 кмоль газдың қалыпты жағдайдағы (00С және 101325 Па) көлемі. n – жану реакциясының теңдеуі бойынша оттегі мен азоттың мөлшері.

m – жану реакциясы бойынша жанғыш заттың моль саны. Осы пропорциядан 1 кг зат жану үшін қажетті оттегінің теориялық көлемі тең болады:

(2.3) Егер, қажетті оттегінің теориялық көлемін басқа жағдайларда, яғни қалыпты жағдайдан басқа жағдайда есептеу қажет болатын болса, келесі формула қолданылады:

(2.4)

Мұндағы Т – газдар температурасы, К; р – берілген қысым, Па.

1 м3 жанғыш газдар үшін ауаның қажетті көлемі келесі формула бойынша анықталады:

V0а = n/m (2.5) Мысалы: 200С температура және 99992 Па қысымда 1кг бензолдың жануына қажетті ауаның теориялық көлемін анықта. Ол үшін бензолдың жану реакциясының теңдеуін жазамыз

С6Н6 + 7,5О2 + 7,5 ٠3,76N2 = 6СО2 + 3Н2О + 7,5 ٠3,76N2

Реакция теңдеуіне сәйкес 1 кмоль бензол жану үшін n=7,5٠ 7,5 ٠3,76 = 35,7 кмоль ауа қажет. Бензолдың молекулалық массасы 78. (1) формула бойынша 1 кмоль бензолдың жануына қажетті ауа көлемін қалыпты жағдайда анықтаймыз:

= 35,7٠22.4 / 78= 10,25 м3/кг

Есептің берілгеніндегі жағдайларда бұл көлем тең болады (2) формула:

Мысал 2: 4м3 ацетилен жануына қажетті ауаның теориялық көлемін есепте. Ацетиленнің ауада жану реакциясын құрамыз:

С2Н2 + 2,5О2 + 2,5 ٠3,76 N2 = 2CO2 + H2O + 2,5 ٠3,76 N2

Реакция теңдеуіне сәйкес 1 кмоль ацетилен жану үшін 2,5 + 2,5 ٠3,76 = 11,9 кмоль ауа қажет. Жануға қажетті ауа көлемін есептейміз:

(15)

15

С, S,O, H элементтерінен тұратын күрделі химиялық қоспалардың жануына қажетті ауаның көлемін келесі формула арқылы есептейді:

(2.6) Ол үшін жанғыш заттың элементтік С, S,O, H, N құрамын және ылғал (W), күл (А) мөлшерін білу қажет. Жанғыш заттың элементтік құрамы зертханаларда анықталады.

Мысал 3. 40 % С, 4,0% Н, 13,0% О және 20,0 % N элементтерінен тұратын 5 кг торфтың жануына қажетті ауа көлемін есепте, А=10%, W=13. %. Азот, күл және ылғал ескерілмейді, себебі олар реакцияға қатыспайды. 1 кг торфтың жануына қажетті ауа көлемін (4) формула арқылы есептейміз:

Сонда 5 кг торфтың жануына қажетті ауа көлемі 4,3 ٠5 = 21,5 м3

Практикада өр болған жағдайларда оттегі көлемі теориялыққа қарағанда көп жұмсалады. Оттегінің практикалық және теориялық көлемдеріндегі айырымашылық оттегінің артық мөлшері деп аталады. Практикалық ауа көлемінің теориялық ауа көлеміне қатынасы оттегінің артық мөлшерінің коэффициенті деп аталады:

(2.8)

Оттегінің артық мөлшерінің коэффициенті жану өнімдерінің құрамы арқылы анықтауға болады, егер оларға газдық талдау жүргізілген болса.

Оттегінің ауадағы концентрациясын біле отырып 21%, ал, жану өнімдері құрамындағы бос оттегі мөлшері анализден анықталатын болса оттегінің артық мөлшерінің коэффициентін төмендегі формула арқылы оңай анықтауға болады:

(2.9) 3. Жану өнімдері.

Жану процесінде жанғыш зат оттегімен қосылуы нәтижесінде түзілетін газ тәрізді, сұйық және қатты заттар жану өнімдері деп аталады. Олардың құрамы жанғыш зат құрамы және жану жағдайына байланысты. Өрт жағдайында көбінесе органикалық заттар жанады (ағаш, мата, бензин, керосин, резина және т.б.), олардың құрамына көміртегі, сутегі, оттегі және азот кіргендіктен. Олардың жану кезінде ауа мөлшері жеткілікті болғанда және жоғары температура кезінде толық жану өнімдері түзіледі: СО2, Н2О, N2. Ауа

(16)

16

мөлшерінің жеткіліксіз жануы кезінде немесе төмен температура кезінде толық жану өнімдерінен басқа толық емес жану өнімдері түзіледі: СО, С (күйе).

Жанбайтын қоспа компоненттері жану өніміне ауысады, ал қоспадағы оттегі құрамы азот санын төмендетеді.

Өрт жағдайында заттар мен материалдар жануы кезінде, толық және толық емес газ тәрізді жанулардан басқа, әр түрлі қатты және сұйық бөліктер түзілуі мүмкін, смола, қышқылдар, тұз, су және т.б. сияқты.

Қатты және сұйық ұсақ бөлшектерден тұратын, газ тәрізді дисперстік ортада өлшенген дисперстік жүйе түтін деп аталады. Түтін дисперсті фаза бөлшектері (10-8-10-5 ) м өлшем аралықтарында болады.

Өрт кезінде түзілетін түтін, келесі себептермен қауіпті:

• жоғары температура;

• кейбір жану өнімдерінің улы зат мөлшері және тотықтырғыштың термиялық ыдырауы, оның құрамына (HCN, СО, HCI, Na2O, СО2және т.б.) кіреді;

• түтіннің тұнықсыздығы, өрт кезінде адамдардың қимылын қиындататы;

• өнімдермен термототықтырғышты ыдырау және толық емес жану өнімдері түтін құрамына кіреді және ауамен жарылыс қауіпті қоспа түзуі мүмкін.

Осылайша, реакция аймағынан шығатын түтін 1000 0С температураға ие, ал ортаның критикалық температурасы, адам ұзақ уақыт бойы жүре алатын температура 60 0С.

Түтіннің дисперсті ортасындағы HCN, HCI,СО тәрізді газдар, төмен концентрация кезінде де демалу үшін өте қауіпті. Осылайша, құрамында 0,4 % СО бар ауамен демалған кезде 300 с ішінде адам өліміне әкелуі мүмкін.

Жану өнімдеріндегі СО2 болуы түтіннің қауптілігін арттыра түседі:

көмірқышқылгазының 8÷10% аралығындағы концентрациясы тез арада естен тануға және өлімге әкеледі. Жану өнімдерінде бұл газдың құрамы 10 ÷12 %.

Түтінмен күресудің бірнеше әдісі бар, оларға жататыды:

• шашыратылған су ағыстарын қолдану, бұл жағдайда түтін температурасы төмендейді, ылғалдылығы ұлғаяды, зарядталған бөлшектер нейтралданады;

• бұдан басқа, түтінмен күрес мынадай механикалық жолмен жүзеге асады, түтінденген бөлмеден түтін сорғыштары немесе табиғи конвективті ағын арқылы түтін сыртқа шығарылады, мысалы түтін люктары көмегімен.

Бақылау сұрақтары

1. Жану процесінің материалдық жылулық балансына түсінік бер.

2. Ауаның артық мөлшері дегеніміз не?

3. Жану өнімдері дегенімз не, оларды ата.

(17)

17

Дәріс№3 Тақырыбы: Заттар мен материалдардың жанғыштығын бағалау.

Заттардың негізгі өрт кауіпті көрсеткіштері. Жанғыштыққа байланысты топтарға жіктеу. Газ шаң-аау қоспасының тұтану обласы.

Бірнеше ғасырлар бұрын, адамзат отты тауып, оны өздерінің пайдалы іс- әрекеттеріне пайдаланған. Бірақ от, ол тек пайда ғана әкелмейді, сонымен қатар өзінің зартдаптарын да тигізеді. Өрттен тұрмыстық үйлер мен өндірістік ғимараттар, ұшақтар және т.б. тұрмыстық қажетті заттар жойылып кетеді.

Өрт дегеніміз материалдық шығынға әкелетін бей-берекет жану процесі.

Өттің пайда болуына және дамуына қолайлы жағдайлар өрт қауіпін тудырады.

Өрт қауіпі дегеніміз, өрттің туындау және даму мүмкіндігі. Өрт қауіпін заттар мен материалдар туындатады, егер олар қасиеттері жағынан өрттіңпайда болуы мен дамуына қолайлық жағдайлар жасайтын болса. Бұндай заттар мен материалдар өрт қауіпті болып есептеледі.

Өрт қауіпті заттар, жану қабілеттеріне байланысты, жанғыш, жанғыш емес және жанбайтын болып жіктеледі.

Жанғыш заттар. Жанғыш зат – бұл жануға қабілетті зат. Жанғыш заттар жанғыштық сипатымен сипатталады.

Жанғыштық – заттың немесе материалдың жалындап жануы мен түтіндеп жануды қолдауы.

Заттардың жанғыштығы физико-химиялық қасиеттерімен, агрегаттық күйлерімен, тұтану және жану ерекшеліктерімен сипатталады.

Заттар мен материалдар жанғыштығы бойынша үш топқа жіктеледі:

• жанғыш емес (несгораемые);

• қыйын жанатын (трудносгораемые);

• жанғыш (сгораемые).

Жанғыш емес заттар ауада жануға қабілетсіз (металдар, олардың құймалары, керамикалық материалдар және т.б.).

Қыйын жанатын заттар және материалдар тұтандыру көзінің әсерінен ауада тұтануға қабілетті және тұтандыру көзін алып тастағаннан соң өздігінен жануға қабілетсіз. Бұндай заттарға полихлорвинилді тақта, фенолформальдегидті стеклопластик, беткі қабаты өртке тұрақты заттармен өңделген ағаш жатады.

Жанғыш заттар - тұтандыру көзінің әсерінен от алып тұтандыру көзін алып тастағаннан соң өздігінен жануға қабілетті (ағаш, торф, тас көмір, мұнай өнімдері, органикалық қосылыстар.) Жанғыш заттар өз кезегінде тез тұтанатын және қыйын тұтанатын болып жіктеледі.

Тез тұтанатын заттар дегеніміз төмен энергиялы тұтану көздерінің қысқа уақыттық әсерлерінен от алуға қабілетті заттар (жанғыш газдар: метан, сутегі, этан, пропан, және т.б., сұйықтықтар: ацетон, бензин, бензол диэтилэфирі және т.б. және жанғыш қатты заттар: қағаз парағы, ағаш кесінділері).

Қыйын жанатын заттарды өрт қауіпі бойынша 3 топқа бөлуге болады:

1. Өздігінен тұтану температурасына жақын температураға қызған кезде ғана от алатын заттар (натрийдің үшхлорацетаты, дихлоральмочевина);

(18)

18

2. Оларды қыздыруға қабілетті температураларда белгілі бір тұтану облысына ие заттар, сонымен қатар жабық тигльде жарқ етуге қабілетті заттар (дихлорметан);

3. Газ немесе бу бөлетін заттар, бөлінген бу немесе газ ауада белгілі бір тұтану облысына ие (спирттер, кетондар, альдегидтер, органикалық қышқылдар, аммиак суы).

Заттардың өрт қауіпінің көрсеткіштері. Кез-келген жанғыш заттың өрт қауіпін бағалау үшін заттардың агрегаттық күйлеріне байланысты жанғыш заттың көрсеткіштер қатары анықталады.

Газдардың өрт қауіпінің көрсеткіштері:

1. Өздігінен тұтану температурасы;

2. Ауадағы тұтану облысы;

3. Жарылыстың максималды қысымы;

4. Жарылыс қауіпті қоспа категориясы;

5. Тұтану энергиясының төмендігі;

6. Оттегінің жарылыс қауіпті мөлшерінің минималдылығы;

7. Жанудың қалыпты жылдамдығы;

8. Шекті (өшіру) диаметр;

9. Жанғыш заттың су-көбіктің затпен әрекеттесу сипаты.

Сұйық заттардың өрт қауіпінің көрсеткіштері:

1. Өздігінен тұтану температурасы;

2. Жанғыштық тобы;

3. Жарқету температурасы;

4. Тұтану температурасы;

5. Будың ауада тұтануының температуралық шектері;

6. Жанып біту жылдамдығы;

7. Жанғыш заттың өрт сөндіру заттарымен әрекеттесу сипаты;

Тез тұтанатын сұйықтықтардың өрт қауіпіне баға берген кезде жоғарыда келтірілген көрсеткіштермен қатар газдарға қатысты параметрлерді де есекереді. Барлық қатты заттардың өрт қауіпін бағалағанда келесі көрсеткіштер анықталады:

1. Өздігінен тұтану температурасы;

2. Жанғыштық тобы;

3. Тұтану температурасы;

4. Жанғыш заттың өрт сөндіру құралымен әрекеттесу сипаты.

Балқу температуралары 300 С –ден төмен қатты заттар үшін қосымша анықталады:

1. Жарқету температурасы;

2. Булардың ауада тұтануының температуралық шектері;

Саңылаулы, талшықты материалдар үшін қосымша келесі көрсеткіштерді анықтау ұсынылады:

1. Өздігінен қызу температурасы;

2. Өздігінен тұтанудағы түтіндеп жану температурасы;

3. Жылулық өздігінен тұтанудағы температуралық шектер.

Ұнтақ тәрізді немесе шаң түзуші заттар үшін қосымша анықтайды:

(19)

19

1. Шаң-ауа қоспасының тұтануының төменгі шегі;

2. Қоспаныі жарылысының максималды қысымы;

3. Тұтанудың төменгі энергиясы;

4. Оттегінің минималды жарылыс тудыру мөлшері.

Дәріс №4 Тақырыбы: Жанғыш жүйелердің өздігінен тұтануы және жануы.

Өздігінен тұтану теориясы.

Қарастырылатын сұрақтар:

1. Жану жүйесінің өздігінент тұтануы және жануы.

2. Химиялық реакциялардың кинетикасы.

3. Жанғыш заттардың тотығу теориясы.

4. Өздігінен тұтану теориясы. Өздігінен тұтану температурасы.

1. Жану жүйесінің өздігінен тұтануы және жануы.

Жанғыш заттардың тотығу реакциялары, белгілі бір жағдайларда өздігінен жылдамдап жану реакциясына айналуы мүмкін. Жанудың туындауының бұл процес өздігінен тұтану деп аталады.

Өздігінен тұтану төмендегідей жолдармен жүзеге асады:

1. Жылулық өздігінен тұтану;

2. Тізбектік өздігінен тұтану.

Жылулық өздігінен тұтануда тотығу реакциясының жылдамдауына және жану процесінінің туындауына тотығу нәтижесінде бөлінетін жылудың бөліну жылдамдығы оның таралу жылдамдығынан артық болуы әсер етеді.

Тізбектік өздігінен тұтануда тізбектің өсу ықтималдылығы оның үзілу ықтималдылығынан жоғары болған жағдайда байқалады.

Әдетте жану, жылулық өздігінен тұтанудың салдарынан туындайды.

Мысалы:

Ыдыстағы жанғыш газдардың ауамен қоспасында төмен температурада Тт газдың ауамен тотығу реакциясы жүрмейді. Тотығу реакциясы басталу үшін газдың ауамен қоспасын белгілі бір жоғары температураға жеткізу қажет. Ал егер, газдың ауамен қоспасын Тт температурасынан жоғары Т0

температурасына дейін қыздыратын болсақ, онда жылу бөле жүретін тотығу реакциясы басталады.

Сонда, жылудың бөліну жылдамдығы q1 (кДж/сек) газдың жану жылуымен Q, қоспа көлемімен V және тотығу реакциясының жылдамдығымен υ есептеледі:

q1 = Qvυ 4.1 Мұндағы Q-газдың жану жылуы (кДж/сек); V-жанғыш қоспа көлемі м2; υ- реакция жылдамдығы, моль/м3 с.

Бөлініп шыққан жылу жанғыш қоспаға беріледі, осының салдарынан жанғыш қоспа қызады. Жанғыш қоспа температурасы сыртқы орта

Ақпарат көздері

СӘЙКЕС КЕЛЕТІН ҚҰЖАТТАР

Оларға: сабақ мазмұнына желідегі материал- дарды енгізу; жоба жұмысы бойынша оқу- шылардың жеке ізденістерін жүргізуге көмек- тесу; әр түрлі деңгейдегі

Полимер цементті материалдар – екі байланыстырғыш заттар негізінде алынған материалдардың үлкен бір тобы: минералды және полимерлі.. Минералды байланыстырғыш

Көмірдің қоры көп болғандықтан, оны синтетикалық газ тəрізді, сұйық жəне қатты отындар өндірісінде келешегі мол шикізат ретінде қарастыруға

Бұл жерде ұқсастық дегеннің ұғымы кең: заттар мен құбылыстар түр-түсі жағынан əр түрлі болып келуі мүмкін: бір атаумен аталатын зат

Қазақстанның оңтүстігіндегі тәлімі егіншілік жағдайында күздік бидайды тікелей себумен өсіру кезінде тыңайтқыштардың түрлі мөлшерлері мен оларды

Мысалы, Канаданың, Австралия мен Жаңа Зеландияның саяси дәстүрлерінде мультикультурализм этникалық және мәдени әртүрлілікті қолдау және әр түрлі этникалық және

Газ тарату станцияларында оны тарату желілеріндегі газ қысымына дейін қысқарту кезінде, оған бұрын энергия, еңбек және материалдық ресурстар шығынымен компрессорлық станцияларда

Автор: Ермекбаев Мирас Тлеубергенович Пән: Жаратылыстану Сынып: 5-сынып Бөлім: Заттар және материалдар Тақырып: Табиғи және жасанды жолмен алынған заттар Табиғи және жасанды жолмен