Чем отличаются продукты полного и неполного сгорания

Охрана Труда

Продукты сгорания. Полное и неполное горение. Газовоздушные потоки при горении

В процессе горения образуются продукты сгорания. Состав us швисит от горящего вещества и условий горения. Продукты сгорания, за исключением окиси углерода, гореть не способны.

Дым, образующийся при горении органических веществ, содержит твердые частицы и газообразные продукты (углекислый газ, окись углерода, азот, сернистый газ и другие). В зависи­мости от состава веществ и условий их горения получается различный по содержанию дым. Дымы, образующиеся при горении разных веществ, отличаются не только составом, но цветом и и пахом. По цвету дыма можно определить, какое вещество горит, хотя цвет дыма изменяется в зависимости от условий трения. При горении древесины дым имеет серовато-черный пнет; бумаги, сена, соломы — беловато-желтый; ткани и хлоп­ка— бурый; нефтепродуктов — черный и т. д.

Во время пожара продукты сгорания не только осложняют его тушение, но и способствуют распространению. Нагретые до нысокой температуры продукты сгорания, соприкасаясь с кон­струкциями и предметами, выполненными из сгораемых мате­риалов, нагревая их, создают условия для горения.

Различают два вида горения: полное, протекающее при до­статочном и избыточном количестве кислорода, и неполное, происходящее при недостаточном его количестве. При неполном горении образуется окись углерода, а при полном — углекислый газ, которые при определенной их концентрации в воздухе по­ражают органы дыхания человека.

Отравляющее действие окиси углерода при содержании ее и воздухе в пределах 0,5—1,0% проявляется очень быстро. Углекислый газ в малых концентрациях (до 2%) не приводит к заметным изменениям дыхания. Значительные его концент­рации (от 4%’ и более) опасны для жизни. При концентрации углекислого газа 10%’ в воздухе человек теряет сознание.

В процессе горения некоторых веществ выделяются также ядовитые отравляющие газы. Поэтому для защиты органов ды­хания и зрения человека от отравляющих веществ любых кон­центраций при тушении пожара следует пользоваться кислород­но-изолирующим противогазом.

Лица, не имеющие средств индивидуальной защиты, долж­ны быть немедленно эвакуированы на свежий воздух.

С момента возникновения пожара создаются условия для газового обмена. Нагретый воздух и продукты сгорания в зоне горения в силу физического свойства — теплового расширения имеют меньший удельный вес по сравнению с холодным, отно­сительно тяжелым окружающим воздухом. Вследствие этого нагретый воздух и продукты сгорания образуют восходящий по­ток газов, удаляющийся от очага пожара вверх. Одновременно к очагу пожара со свежим воздухом поступает кислород.

Скорость восходящего потока газов увеличивается,- если разность’ температур дыма и газов, окружающих очаг пожара, также повышается. Возрастание скорости восходящего потока приводит к увеличению количества воздуха, поступающего в зо­ну горения, в связи с чем усиливается интенсивность горения и повышается температура. С увеличением газового обмена не­полнота горения уменьшается.

Тепло при пожаре может передаваться тремя способами: теплопроводностью, радиацией и конвекцией.

Передача тепла теплопроводностью осуществляется при не­посредственном соприкосновении материала с источником тепла.

Основными источниками теплового импульса являются от­крытое пламя и искра.

Удаление горючих материалов от источника огня или тепло­вого импульса, непрерывное охлаждение их или экранирование исключают передачу тепла теплопроводностью.

Тепловая энергия, излучаемая путем радиации, способна рас­пространяться на всю массу реагирующих материалов и ве­ществ. С увеличением расстояния между тепловым источником и нагреваемым предметом степень воздействия лучистого тепла уменьшается и исключается возможность горения материала. На этом принципе — увеличение расстояния — разрабатываются нормы противопожарных разрывов между тепловым источни­ком и сгораемым материалом, зданием или между различными зданиями и сооружениями.

Действие лучистого тепла уменьшают: охлаждением водой нагреваемого материала, созданием тепловой изоляции (асбес­том, кошмой, песком, слоем пены); экранированием и удалением горючих материалов; снижением температуры в зоне радиации.

Влияние тепловой энергии на горючие материалы конвек­цией обусловливается перемещением масс жидкости или газа вследствие разности температур в их частях. Более нагретые, а следовательно, менее плотные массы жидкости или газа стре­мятся перемещаться вверх, а холодные, более плотные — вниз. Соприкосновение нагретых газообразных продуктов сгорания (газов) или жидкости с горючими материалами и веществами при определенной температуре может привести к их воспламе­нению.

Чтобы устранить тепловое влияние конвекционных потоков нагретых газов на материалы и конструкции сооружений, пе­рекрывают каналы, шахты и отверстия. На открытых площад­ках объектов для этого создают водяные завесы.

Источник

Разница между полным и неполным сгоранием

Главное отличие

Основное различие между полным сгоранием и неполным сгоранием состоит в том, что полное сгорание осуществляет полное окисление горящего топлива и приводит только к СО2 в качестве продукта, состоящего из атома углерода, тогда как неполное сгорание осуществляет частичное окисление горящего топлива и приводит к СО и другие частицы угольной пыли в качестве продуктов.

Полное сгорание против неполного сгорания

Полное сгорание — это сгорание топлива с кислородом без остатка несгоревшего топлива в течение необходимого времени, турбулентности и температуры, которые достаточно высоки для воспламенения всех горючих материалов в этом сгорающем топливе. Неполное сгорание — это сгорание топлива с кислородом, при котором остается несгоревшее топливо в течение определенного времени, турбулентности и температуры, что также не приводит к воспламенению всех горючих материалов.

При полном сгорании происходит полное окисление горящего топлива, а при неполном сгорании — частичное окисление горящего топлива. В результате полное сгорание приводит только к CO2 в качестве побочного продукта всех других продуктов, содержащих атом углерода, а также воду, однако в случае неполного сгорания CO образуется как побочный продукт вместе с другими частицами углеродной пыли и водой. Полное сгорание приводит к синему пламени в результате полного окисления и полного сгорания в присутствии окружающего доступного кислорода; однако неполное сгорание приводит к желтоватому пламени из-за частичного окисления топлива в отсутствие достаточного количества кислорода в окружающей среде.

Полное сгорание не производит дыма, поскольку сгорание приводит только к образованию СО2, тогда как неполное сгорание образует дым в результате нехватки окислителей, что приводит к неполному сгоранию и образованию дыма. Полное сгорание приводит к образованию CO2, как обсуждалось выше, который является одним из факторов глобального потепления; однако неполное сгорание приводит к образованию CO, который является загрязнителем воздуха.

Сравнительная таблица

Что такое полное сгорание?

Полное сгорание — это сжигание топлива вместе с кислородом без оставления каких-либо оставшихся несгоревших компонентов топлива в течение необходимого времени, турбулентности и температуры, которые достаточно высоки, чтобы воспламенить все горючие материалы. В результате полное сгорание приводит только к CO2 в качестве побочного продукта всех других углеродных продуктов вместе с молекулами воды. Полное сгорание вызывает полное окисление горящего топлива и приводит к синему пламени в результате полного окисления в присутствии окружающих достаточно доступных окислителей.

Полное сгорание приводит к большому количеству энергии в результате полного окисления. Его можно проводить в среде, где присутствует достаточно кислорода для сгорания всего топлива. Это одна из тех важных реакций, которые поддерживают нас в живых и не ограничиваются только их использованием для производства энергии.

При распаде клеток молекулы глюкозы выделяются в результате полного сгорания энергии при аэробном клеточном дыхании. Здесь глюкоза сжигается в присутствии кислорода с образованием CO2, воды и энергии в форме АТФ. При полном сгорании не образуется дыма, поскольку при сгорании образуется CO2 вместе с молекулами воды. Во время этого процесса производство CO2 является одним из факторов глобального потепления.

Что такое неполное сгорание?

Неполное сгорание — это сгорание топлива в присутствии недостаточного количества окислителей, в результате чего топливо остается несгоревшим за это время, при турбулентности и температуре. Это также не приводит к возгоранию всех горючих материалов. В этом случае CO образуется как побочный продукт вместе с другими частицами угольной пыли и водой. Что можно увидеть в образцовой реакции:

4CH4 + 5O2 à 2CO ​​+ 8H2O + 2C

Неполное сгорание — частичное окисление горящего топлива. Это не приводит к выработке меньшего количества энергии, но также производит токсичные побочные продукты, такие как CO и другие частицы углерода. Пламя в этом случае также желтоватого или оранжевого цвета в отсутствие достаточного количества кислорода в окружающей среде.

Неполное сгорание также образует дым в результате нехватки окислителей, что приводит к неполному окислению, а остатки частиц угольной пыли превращаются в дым. Неполное сгорание, как обсуждалось выше, приводит к образованию CO и других токсичных остатков, которые известны как загрязнители воздуха. Таким образом, проблема с этим типом горения заключается в том, что оно повышает уровень загрязнения и приводит к опасным последствиям, вызывая респираторные проблемы.

Ключевые отличия

Заключение

Полное сгорание — это процесс, который осуществляется при достаточном количестве окислителей, приводящий к полному окислению горящего топлива и CO2 как продукта. Однако неполное сгорание осуществляется при недостаточной подаче окислителей, что приводит к частичному окислению горящего топлива и продуктов сгорания CO и других частиц углеродной пыли.

Источник

Продукты горения (сгорания)

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.

Продукты горения сухой травы

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/м 3 (плотность воздуха при этих же условиях равна ρ = 1,29 кг/м 3 ). 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:

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

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

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

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:

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:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания, м 3 /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:

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона:

Объем влажных продуктов сгорания 1 м 3 горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле:

V_п.с. – объем влажных продуктов сгорания 1 м 3 горючего газа, м 3 /м 3 ; – 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 + О 2 + 3,76N 2 = СО 2 + 3,76N 2

При сгорании 1 кг углерода получается 22,4 / 12 = 1,86 м 3 СО 2 и 22,4 × 3,76/12 = 7,0 м 3 N 2.

Аналогично определяют объем (в м 3 ) 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.

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, м 3 :

V_п.с. = 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 м 3 /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:

СН 4 + 2О 2 + 2 × 3,76N 2 = СО 2 + 2Н 2О + 7,52N 2

Согласно этому уравнению, при сгорании 1 м 3 метана получается 1 м 3 диоксида углерода, 2 м 3 паров воды и 7,52 м 3 азота. Аналогично определяют объем (в м 3 ) продуктов сгорания 1 м 3 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.

Международная классификация болезней десятого пересмотра МКБ-10 определяет отравление продуктами горения кодом Т59 – «Токсическое действие других газов, дымов и паров».

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

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:

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

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.

Источник