Doświadczenie 3. Wykrywanie węgla i wodoru w związkach organicznych (wideo)

Doświadczenie 4. Wykrywanie halogenu w materii organicznej (test FF Beilsteina)

Doświadcz postępu

Parafinę w postaci wiórów (do 0,3 g) oraz 1-2 g tlenku miedzi(II) umieszcza się w suchej probówce z rurką wylotową gazu. Zawartość probówki dokładnie wymieszać, pokryć warstwą (1 g) tlenku miedzi (II). W górnej części probówki umieszcza się grudkę bawełny, na której trochę b / w siarczan miedzi (II). Rurka zamykana jest korkiem z rurką wylotową gazu i mocowana w stelażu z lekkim pochyleniem w kierunku rurki. Wolny koniec rurki wylotowej gazu jest opuszczany do probówki z wodą wapienną tak, aby rurka prawie dotykała powierzchni cieczy (później można ją opuścić bezpośrednio do cieczy).

Najpierw podgrzewa się całą probówkę, następnie mocno podgrzewa się część, w której znajduje się mieszanina reakcyjna, a lampę alkoholową stopniowo przesuwa się do otworu, aby wyprzeć gazy.

Na ściankach probówki oddalonych od mieszaniny reakcyjnej obserwuje się pojawianie się kropel cieczy, aw siarczanie miedzi (II) tworzą się niebieskie obszary. Wydzielony gaz powoduje zmętnienie wody wapiennej. Zapisz obserwacje i odpowiedzi na pytania po eksperymencie w zeszycie ćwiczeń.

Pytania i zadania:

1. Jaki jest powód niebieskiego koloru kawałków siarczanu miedzi (II)?
2. Co powoduje, że woda wapienna staje się mętna i pojawia się osad podczas stania?
3. Opisz zachodzące zmiany za pomocą równań reakcji.

Doświadczenie 4. Wykrywanie halogenu w materii organicznej

Doświadczenie 4. Wykrywanie halogenu w materii organicznej (test F.F. Beilsteina, 1872)

F.F. Beilstein jest używany w Chemia organiczna aby udowodnić obecność cząsteczki halogenu w kompozycji. Kiedy substancja jest spalana na miedzianym drucie, płomień lampy spirytusowej zmienia kolor na zielony z powodu tworzenia lotnych halogenków miedzi (z wyjątkiem fluorków) w wysokich temperaturach.

Sprzęt i odczynniki: lampa spirytusowa, zapałki; materia organiczna zawierający halogen (czterochlorek węgla, kawałki PVC), drut miedziany zwinięty z jednej strony i wkręcony w korek (uchwyt) z drugiej strony.

Doświadcz postępu

Włóż miedziany drut z pętlą na końcu do płomienia lampy spirytusowej i podgrzej go do czerwoności. Upewnij się, że płomień lampy spirytusowej nie plami się po zapaleniu drutu.

Po schłodzeniu poczerniałego drutu na chwilę opuść jego pętlę do cieczy testowej i przyłóż nasączony cieczą drut do dolnej części płomienia, a następnie przenieś go na najgorętszą górną część płomienia lampy spirytusowej. Obserwuj zmianę koloru płomienia.

Jeżeli substancja badana jest w stanie stałym, zanurz w nim na chwilę koniec gorącego drutu, a następnie włóż przewód zawierający substancję do płomienia lampy alkoholowej. Zapisz obserwacje i odpowiedzi na pytania po eksperymencie w zeszycie ćwiczeń.

Pytania i zadania:

1. Dlaczego drut czernieje w powietrzu?
2. Jak zmienia się kolor płomienia lampy alkoholowej po dodaniu drutu miedzianego ze śladami bromoetanu, chloroformu, PCV, fluoroplastiku?
3. Czy można odróżnić chlorek sodu od materii organicznej zawierającej halogen?

Zaleca się kalcynowanie krystalicznego siarczanu miedzi (II) bezpośrednio przed użyciem. Siarczan miedzi (II) wlewa się do porcelanowego kubka i zapala w płomieniu lampy alkoholowej, okresowo mieszając zawartość i unikając przegrzania. Kiedy zmienia się kolor, kalcynacja jest zatrzymywana. Porównaj kolor siarczanu przed i po kalcynacji.

Informacje ogólne o spalaniu

Istota procesu spalania

Jednym z pierwszych zjawisk chemicznych, jakie ludzkość spotkała u zarania swojego istnienia, było spalanie. Początkowo służył do gotowania i ogrzewania, a dopiero po tysiącleciach ludzie nauczyli się wykorzystywać go do przetwarzania energii. Reakcja chemiczna na energię mechaniczną, elektryczną i inne.

Spalanie to reakcja utleniania chemicznego, której towarzyszy uwolnienie dużej ilości ciepła i blasku. W piecach, silnikach spalinowych, podczas pożarów zawsze obserwuje się proces spalania, w którym wszelkie substancje palne i tlen w powietrzu... Między nimi zachodzi reakcja złożona, w wyniku której uwalniane jest ciepło, a produkty reakcji są podgrzewane do świecenia. Tak spalają się produkty naftowe, drewno, torf i wiele innych substancji.

Jednak procesowi spalania może towarzyszyć nie tylko reakcja połączenia substancji palnej z tlenem atmosferycznym, ale także inne reakcje chemiczne związane ze znacznym wydzielaniem ciepła. Wodór, fosfor, acetylen i inne substancje spalają się na przykład w chlorze; miedź - w oparach siarki, magnez - w dwutlenku węgla. Sprężony acetylen, chlorek azotu i wiele innych substancji może eksplodować. W procesie wybuchu następuje rozkład substancji z uwolnieniem ciepła i powstaniem płomienia. Tak więc proces spalania jest wynikiem reakcji łączenia i rozkładu substancji.

Warunki sprzyjające spalaniu

Aby nastąpiło spalanie, konieczne są pewne warunki: obecność czynnika palnego (substancja palna + utleniacz) i źródło zapłonu. Powietrze i substancje palne stanowią układ zdolny do spalania, a warunki temperaturowe decydują o możliwości zapłonu i spalania tego układu.

Jak wiecie, głównymi palnymi pierwiastkami w przyrodzie są węgiel i wodór. Znajdują się w prawie wszystkich substancjach stałych, ciekłych i gazowych, na przykład drewnie, węglu kopalnym, torfie, bawełnie, tkaninie, papierze itp.

Zapłon i spalanie większości substancji palnych następuje w fazie gazowej lub gazowej. Powstawanie par i gazów w stałych i ciekłych substancjach palnych następuje w wyniku ich ogrzewania. Palne ciała stałe, takie jak siarka, stearyna, fosfor, niektóre tworzywa sztuczne topią się i odparowują po podgrzaniu. Drewno, torf, węgiel po podgrzaniu rozkładają się, tworząc pary, gazy i stałą pozostałość - węgiel.

Rozważmy ten proces bardziej szczegółowo na przykładzie drewna. Po podgrzaniu do 110°C drewno wysycha, a żywica lekko odparowuje. Słaby rozkład zaczyna się w 130 ° C. Bardziej zauważalny rozkład drewna (zmiana koloru) następuje w temperaturze 150°C i wyższej. Produkty rozkładu powstające w temperaturze 150-200 °C to głównie woda i dwutlenek węgla, dlatego nie mogą się palić.

W temperaturze powyżej 200 ° C główny składnik drewna, włókno, zaczyna się rozkładać. Gazy wytwarzane w tych temperaturach są łatwopalne, ponieważ zawierają znaczne ilości tlenku węgla, wodoru, węglowodorów i par innych substancji organicznych. Gdy stężenie tych produktów w powietrzu stanie się wystarczające, w określonych warunkach ulegną one zapłonowi.

Wszystkie ciecze palne są zdolne do parowania, a ich spalanie następuje w fazie gazowej. Dlatego, gdy mówią o spalaniu lub zapłonie cieczy, oznacza to spalanie lub zapłon jej oparów.

Spalanie wszystkich substancji rozpoczyna się wraz z ich zapłonem. W przypadku większości substancji palnych moment zapłonu charakteryzuje się pojawieniem się płomienia, a dla tych substancji, które nie palą się płomieniem, pojawieniem się poświaty (zaatakowanej).

Początkowy element spalania, powstający pod działaniem źródeł, które mają wyższą temperaturę niż temperatura samozapłonu substancji, nazywa się zapłonem.

Niektóre substancje są w stanie generować ciepło i samonagrzewać się bez wpływu zewnętrznego źródła ciepła. Proces samonagrzewania zakończony spaleniem nazywany jest samozapaleniem.

Spontaniczne spalanie to zdolność substancji do zapłonu nie tylko po podgrzaniu, ale także w temperaturze pokojowej pod wpływem procesów chemicznych, mikrobiologicznych i fizykochemicznych.

Temperatura, do której musi zostać podgrzana substancja palna, aby mogła się zapalić bez doprowadzenia do niej źródła zapłonu, nazywana jest temperaturą samozapłonu.

Proces samozapłonu substancji przebiega następująco. Podczas ogrzewania substancji palnej, na przykład mieszaniny par benzyny z powietrzem, możliwe jest osiągnięcie temperatury, w której w mieszaninie zaczyna zachodzić powolna reakcja utleniania. Reakcji utleniania towarzyszy wydzielanie się ciepła, a mieszanina zaczyna się nagrzewać powyżej temperatury, do której została podgrzana.

Jednak wraz z wydzieleniem ciepła i wzrostem temperatury mieszaniny ciepło jest przekazywane z reagującej mieszaniny w środowisko... Przy niskiej szybkości utleniania ilość wymiany ciepła zawsze przekracza wydzielanie ciepła, dlatego temperatura mieszaniny po pewnym wzroście zaczyna spadać i samozapłon nie występuje. Jeżeli mieszanina jest podgrzewana z zewnątrz do wyższej temperatury, to wraz ze wzrostem szybkości reakcji ilość ciepła uwalnianego na jednostkę czasu wzrasta.

Po osiągnięciu określonej temperatury wydzielanie ciepła zaczyna przewyższać wymianę ciepła, a reakcja uzyskuje warunki do intensywnego przyspieszenia. W tym momencie następuje samozapłon substancji. Temperatura samozapłonu substancji palnych jest inna.

Omówiony powyżej proces samozapłonu jest charakterystycznym zjawiskiem nieodłącznym dla wszystkich substancji palnych, w czymkolwiek stan skupienia oni nie byli. Jednak w technologii i życiu codziennym spalanie substancji następuje z powodu uderzenia na nie płomienia, iskier lub żarzących się przedmiotów.

Temperatura tych źródeł zapłonu jest zawsze wyższa niż temperatura samozapłonu substancji palnych, dlatego spalanie następuje bardzo szybko. Substancje, które mogą samoistnie się zapalić, dzielą się na trzy grupy. Pierwsza obejmuje substancje, które mogą samoistnie zapalić się w kontakcie z powietrzem, druga z słabo nagrzanymi przedmiotami. Trzecia grupa obejmuje substancje zapalające się samoistnie w kontakcie z wodą.

Na przykład produkty roślinne, węgiel drzewny, siarczany żelaza, węgiel brunatny, tłuszcze i oleje mogą być podatne na samozapłon, substancje chemiczne i mieszaniny.

Z produktów roślinnych siano, słoma, koniczyna, liście, słód, chmiel są podatne na samozapłon. Szczególnie podatne na samozapłon są niewysuszone produkty roślinne, w których trwa żywotna aktywność komórek roślinnych.

Zgodnie z teorią bakteryjną obecność wilgoci i wzrost temperatury z powodu żywotnej aktywności komórek roślinnych sprzyja namnażaniu się mikroorganizmów obecnych w produktach roślinnych. Ze względu na słabą przewodność cieplną produktów roślinnych uwalniane ciepło stopniowo akumuluje się, a temperatura wzrasta.

W podwyższonych temperaturach mikroorganizmy giną i zamieniają się w węgiel porowaty, który w wyniku intensywnego utleniania ma właściwość nagrzewania się i dlatego jest kolejnym po mikroorganizmach źródłem wytwarzania ciepła. Temperatura w produktach roślinnych wzrasta do 300 ° C i samoczynnie się zapalają.

Drewno, węgiel brunatny i bitumiczny, torf również ulegają samozapłonowi w wyniku intensywnego utleniania tlenem atmosferycznym.

Tłuszcze roślinne i zwierzęce, jeśli zostaną nałożone na materiały pokruszone lub włókniste (szmaty, liny, pakuły, maty, wełna, trociny, sadza itp.) mają zdolność do samozapłonu.

Rozdrobniony lub włóknisty materiał zwilżony olejem rozprzestrzenia się po powierzchni, a w kontakcie z powietrzem zaczyna się utleniać. Równolegle z utlenianiem w oleju zachodzi proces polimeryzacji (łączenia kilku cząsteczek w jedną). Zarówno pierwszemu, jak i drugiemu procesowi towarzyszy znaczne wydzielanie ciepła. Jeśli wytworzone ciepło nie zostanie rozproszone, temperatura w zaolejonym materiale wzrasta i może osiągnąć temperaturę samozapłonu.

Niektóre chemikalia mogą samorzutnie się zapalić pod wpływem powietrza. Należą do nich fosfor (biały, żółty), wodór fosforowy, pył cynkowy, proszek aluminiowy, metale: rubid, cez itp. Wszystkie te substancje są zdolne do utleniania się w powietrzu z wydzielaniem ciepła, dzięki czemu reakcja jest przyspieszona do samoistnej spalanie.

Potas, sód, rubid, cez, węglik wapnia, węgliki metali alkalicznych i ziem alkalicznych energicznie łączą się z wodą, a podczas interakcji uwalniają łatwopalne gazy, które po podgrzaniu pod wpływem ciepła reakcji zapalają się samoistnie.

Podczas mieszania środków utleniających, takich jak sprężony tlen, chlor, brom, fluor, Kwas azotowy, nadtlenku sodu i baru, nadmanganianu potasu, saletry itp. z substancjami organicznymi zachodzi proces samozapłonu tych mieszanin.

Zagrożenie pożarowe substancji i materiałów determinowane jest nie tylko ich zdolnością do zapłonu, ale także szeregiem innych czynników: intensywnością samego procesu spalania i zjawiskami towarzyszącymi spalaniu (powstawanie dymu, toksycznych oparów itp.) , możliwość zatrzymania tego procesu. Powszechnym wskaźnikiem zagrożenia pożarowego jest łatwopalność.

Zgodnie z tym wskaźnikiem wszystkie substancje i materiały są konwencjonalnie podzielone na trzy grupy: niepalne, trudnopalne, palne.

Pod uwagę brane są substancje niepalne i materiały niepalne w powietrzu (około 21% tlenu). Należą do nich stal, cegła, granit itp. Błędem byłoby jednak klasyfikowanie materiałów niepalnych jako ognioodpornych. Silne utleniacze (azot i Kwas Siarkowy, brom, nadtlenek wodoru, nadmanganiany itp.); substancje wydzielające łatwopalne gazy po podgrzaniu, w reakcji z wodą, substancje, które reagują z wodą wytwarzając dużą ilość ciepła, np. wapno palone.

Niepalne - są to substancje i materiały, które mogą palić się w powietrzu ze źródła zapłonu, ale nie są w stanie palić się samodzielnie po jego usunięciu.

Palne - są to substancje i materiały, które mogą zapalić się samoczynnie, zapalić się od źródła zapłonu i spalić po jego usunięciu.

Spis treści książki Następna strona >>

§ 1. Ogólne informacje o spalaniu

Spalanie Jest złożonym fizykochemicznym procesem oddziaływania substancji palnej i utleniacza, któremu towarzyszy wydzielanie ciepła i emisja światła.

Powszechnym środkiem utleniającym w procesach spalania jest gazowy tlen w powietrzu. Do wystąpienia i przebiegu spalania wymagana jest obecność substancji palnej, tlenu (powietrza) i źródła zapłonu. Substancja palna i tlen są substancjami reaktywnymi, stanowią system palny.

Źródło zapłonu powoduje w tym systemie reakcja spalania. Jednak spalanie niektórych substancji może odbywać się bez tlenu. Chlor, brom i trochę złożone substancje: kwas azotowy, sól Bertholleta, nadtlenek sodu.

Systemy palne mogą być chemicznie jednorodne lub niejednorodne.

DO chemicznie jednorodny odnosi się do systemów, w których substancja palna i powietrze są ze sobą równomiernie wymieszane; na przykład mieszaniny palnych gazów, par lub pyłów z powietrzem.

Szybkość spalania jednorodnych układów palnych zależy od szybkości reakcji chemicznej. Może mieć znaczenie w wysokich temperaturach. W związku z tym spalanie takich jednorodnych układów palnych jest wybuchem lub detonacją i nazywa się spalanie kinetyczne.

DO chemicznie niejednorodny systemy palne obejmują te, w których substancja palna i powietrze nie są ze sobą zmieszane i mają interfejsy, na przykład stałe materiały palne i ciecze w powietrzu, strumienie palnych gazów i par wchodzące do powietrza itp.

Gdy palą się chemicznie niejednorodne układy palne, tlen z powietrza, stale dyfundujący (przenikający) przez produkty spalania do substancji palnej, wchodzi z nią w reakcję. Takie spalanie nazywa się dyfuzja. Jego prędkość zależy głównie od dyfuzji utleniacza do substancji palnej.

Ilość powietrza potrzebną do spalania można określić na podstawie obliczeń.

Produkty spalania nazywane są substancjami gazowymi, ciekłymi i stałymi powstałymi w wyniku połączenia substancji palnej z tlenem. Ich skład zależy od składu substancji palnej i warunków jej spalania. W pożarach w przedsiębiorstwach budowy maszyn palą się najczęściej substancje organiczne: drewno, tkaniny, rozpuszczalniki, farby i lakiery, guma itp. Składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu i azotu. Podczas spalania powstają produkty spalania: CO 2, CO, H 2 O, N 2, które w wysokich temperaturach są w stanie gazowym.

W przypadku niepełnego spalania materii organicznej produkty spalania zawierają cząstki stałe sadzy (węgla).

System rozproszony składający się z najmniejszych cząstek stałych zawieszonych w mieszaninie produktów spalania z powietrzem nazywa się palić.

Produkty całkowitego i niepełnego spalania w określonych stężeniach stanowią zagrożenie dla życia ludzkiego. Tak więc stężenie CO 2 równe 8-10% powoduje szybką utratę przytomności i śmierć. Wdychanie powietrza zawierającego 0,4% tlenku węgla również może być śmiertelne. Tymczasem w przypadku pożarów w pomieszczeniach o niskich kursach wymiany gazowej (piwnice, suszarnie, magazyny) stężenie tlenku węgla w dymie może być znacznie wyższe niż wskazane.

W produktach spalania tworzyw sztucznych znajdują się substancje szkodliwe dla oddychania. Tak więc, gdy pali się linoleum, może powstawać siarkowodór i dwutlenek siarki, gdy pali się pianka poliuretanowa - cyjanowodór i diizocyjanian toluenu, gdy pali się tworzywo winylowe - chlorowodór i tlenek węgla, podczas spalania nylonu - cyjanowodór.

Produkty niecałkowitego spalania mogą się palić, gdy ich stężenie w dymie staje się wystarczające. Mieszając się z powietrzem tworzą mieszaniny wybuchowe. Należy to wziąć pod uwagę przy gaszeniu pożarów w zamkniętych pomieszczeniach, w których nastąpiło tlenie. Eksplozje są możliwe, gdy takie pomieszczenia są otwarte.

W procesie spalania ciepło uwalniane jest jednocześnie z powstawaniem produktów spalania. Można obliczyć ilość produktów spalania i uwolnionego ciepła.

Produkty spalania nazywane są substancjami gazowymi, ciekłymi i stałymi powstałymi w wyniku połączenia substancji palnej z tlenem podczas spalania. Ich skład zależy od składu palącej się substancji i warunków jej spalania. W warunkach pożaru najczęściej spalają się substancje organiczne (drewno, tkaniny, benzyna, nafta, guma itp.), które składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu i azotu. Kiedy spalają się w wystarczającej ilości powietrza i w wysokich temperaturach, powstają produkty całkowitego spalania: CO 2, H 2 O, N 2. Podczas spalania w niewystarczającej ilości powietrza lub w niskich temperaturach oprócz produktów całkowitego spalania powstają produkty niepełnego spalania: CO, C (sadza).

Produkty spalania nazywane są mokry jeżeli przy obliczaniu ich składu uwzględnia się zawartość pary wodnej, oraz suchy jeżeli zawartość pary wodnej nie jest uwzględniona we wzorach obliczeniowych.

Rzadziej podczas pożaru spalają się substancje nieorganiczne, takie jak siarka, fosfor, sód, potas, wapń, glin, tytan, magnez itp. Ich produktami spalania w większości przypadków są ciała stałe, na przykład Р 2 О 5, Na 2 O 2, CaO , MgO. Powstają w stanie rozproszonym, więc unoszą się w powietrze w postaci gęstego dymu. Produkty spalania aluminium, tytanu i innych metali są podczas spalania w stanie stopionym.

Dym to rozproszony system składający się z najmniejszych cząstek stałych zawieszonych w mieszaninie produktów spalania z powietrzem. Średnica cząstek dymu waha się od 1 do 0,01 mikrona. Objętość dymu powstająca podczas spalania jednostki masy (kg)

lub objętość (m 3) substancji palnej w teoretycznie wymaganej objętości powietrza (L = 1) podano w tabeli. 1.2.

Tabela 1.2

Objętość dymu podczas spalania substancji palnych

Nazwa substancja łatwopalna	Objętość dymu, m 3 / kg	Nazwa gaz palny	Objętość dymu, m 3 / m 3
		Acetylen
Drewno (sosna) ( W = 20 %)
		Gazu ziemnego

W składzie dymu powstającego podczas pożaru podczas spalania substancji organicznych, oprócz produktów całkowitego i niepełnego spalania, znajdują się produkty rozkładu termooksydacyjnego substancji palnych. Powstają podczas ogrzewania niepalnych substancji palnych w środowisku powietrza lub dymu zawierającego tlen. Dzieje się to zwykle przed płomieniem lub w górnych partiach pomieszczeń, w których znajdują się ogrzane produkty spalania.

Skład produktów rozkładu termicznego utleniającego zależy od rodzaju substancji palnych, temperatury i warunków kontaktu z utleniaczem. Badania pokazują zatem, że podczas rozkładu termiczno-oksydacyjnego substancji palnych, których cząsteczki zawierają grupy hydroksylowe, zawsze powstaje woda. Jeżeli skład substancji palnych zawiera węgiel, wodór i tlen, produktami rozkładu termicznego utleniającego są najczęściej węglowodory, alkohole, aldehydy, ketony i kwasy organiczne. Jeśli w składzie substancji palnych oprócz wymienionych pierwiastków znajduje się chlor lub azot, to dym zawiera również chlorowodór i cyjanek, tlenki azotu i inne związki. Tak więc w dymie podczas spalania nylonu zawiera cyjanowodór, podczas spalania linoleum „Relin” - siarkowodór, dwutlenek siarki, podczas spalania szkła organicznego - tlenki azotu. Produkty niepełnego spalania i termicznego rozkładu oksydacyjnego w większości przypadków są substancjami toksycznymi, dlatego gaszenie pożaru w pomieszczeniach odbywa się tylko w maskach gazowych z izolacją tlenową.

Forma wzoru do obliczania objętości produktów całkowitego spalania z teoretycznie wymaganą ilością powietrza zależy od składu substancji palnej.

Substancja palna to indywidualny związek chemiczny. W tym przypadku obliczenia przeprowadza się na podstawie równania reakcji spalania. Objętość mokrych produktów spalania o masie jednostkowej (kg) substancji palnej w normalnych warunkach oblicza się ze wzoru

gdzie jest objętość mokrych produktów spalania, m 3 / kg; ,,, Jest liczbą kilomoli dwutlenku węgla, pary wodnej, azotu i materii palnej w równaniu reakcji spalania; m- masa substancji palnej, liczbowo równa masie cząsteczkowej, kg.

Przykład 1.2. Określ objętość suchych produktów spalania 1 kg acetonu w normalnych warunkach. Układamy równanie reakcji na spalanie acetonu w powietrzu

Określ objętość suchych produktów spalania acetonu

Objętość mokrych produktów spalania 1 m 3 substancji palnej (gazu) można obliczyć ze wzoru

, (1.10)

gdzie jest objętość mokrych produktów spalania 1 m 3 gazu palnego, m 3 / m 3; ,,, Jest to liczba moli dwutlenku węgla, pary wodnej, azotu i substancji palnej (gazu).

Substancja palna to złożona mieszanina związków chemicznych. Jeżeli znany jest skład pierwiastkowy złożonej substancji palnej, wówczas skład i ilość produktów spalania 1 kg substancji można określić równaniem reakcji spalania poszczególnych pierwiastków. W tym celu zestawiane są równania reakcji spalania węgla, wodoru, siarki i określana jest objętość produktów spalania na 1 kg substancji palnej. Równanie reakcji spalania ma postać

C + O2 + 3,76N2 = CO2 + 3,76N2.

Po spaleniu 1 kg węgla otrzymuje się 22,4 / 12 = 1,86 m 3 CO 2 i 22,4 × 3,76 / 12 = 7,0 m 3 N 2 .

W podobny sposób określa się objętość (wm3) produktów spalania 1 kg siarki i wodoru. Uzyskane dane przedstawiono poniżej:

Węgiel ……… ..
Wodór ……… ..
Siarka ……………

Podczas spalania węgla, wodoru i siarki z powietrza wydobywa się tlen. Jednak skład substancji palnej może zawierać tlen, który również bierze udział w spalaniu. W tym przypadku do spalania substancji zużywa się odpowiednio mniej powietrza.

Substancja palna może zawierać azot i wilgoć, które podczas spalania przechodzą do produktów spalania. Aby je uwzględnić, musisz znać objętość 1 kg azotu i pary wodnej w normalnych warunkach.

Objętość 1 kg azotu wynosi 0,8 m3, a objętość pary wodnej 1,24 m3. W powietrzu o temperaturze 0 0 C i ciśnieniu 101 325 Pa na 1 kg tlenu znajduje się 3,76 × 22,4/32 = 2,63 m 3 azotu.

Na podstawie podanych danych określa się skład i objętość produktów spalania 1 kg substancji palnej.

Przykład 1.3. Określ objętość i skład mokrych produktów spalania 1 kg węgla, składających się z 75,8% C, 3,8% H, 2,8% O, 1,1%n, 2,5 % S, W = 3,8 %, A=11,0 %.

Objętość produktów spalania będzie następująca, m 3 (tabela 1.3).

Ilość produktów spalania węgla

Skład produktów spalania
Węgiel	1,86 × 0,758 = 1,4

Wodór		11,2 × 0,038 = 0,425
Siarka
Azot w paliwie
Wilgoć w substancji palnej		1,24 × 0,03 = 0,037
Suma

Kontynuacja tabeli. 1,3

Skład produktów spalania	n 2
Węgiel	7 × 0,758 = 5,306
Wodór	21 × 0,038 = 0,798
Siarka	2,63 × 0,025 = 0,658	0,7 × 0,025 = 0,017
Azot w paliwie	0,8 × 0,011 = 0,0088
Wilgoć w substancji palnej
Suma	6,7708 - 0,0736 = 6,6972

Od całkowitej objętości azotu odejmij objętość azotu przypadającą na tlen w składzie węgla 0,028× 2,63 = 0,0736 m 3. Suma tabeli. 1.3 wskazuje skład produktów spalania węgla. Objętość mokrych produktów spalania 1 kg węgla jest równa

= 1,4 + 0,462 + 6,6972 + 0,017 = 8,576 m 3 / kg.

Substancja palna to mieszanina gazów. Ilość i skład produktów spalania dla mieszaniny gazów określa równanie reakcji spalania składników tworzących mieszaninę. Przykładowo spalanie metanu przebiega według następującego równania:

CH4 + 2O2 + 2 × 3,76N2 = CO2 + 2H2O + 7,52N2.

Zgodnie z tym równaniem spalanie 1 m 3 metanu daje 1 m 3 dwutlenku węgla, 2 m 3 pary wodnej i 7,52 m 3 azotu. W podobny sposób określa się objętość (wm3) produktów spalania 1 m3 różnych gazów:

Wodór ……………….
Tlenek węgla ……….
Siarkowodór ………….
Metan …………………
Acetylen ………………
Etylen …………………

Na podstawie podanych liczb określa się skład i ilość produktów spalania mieszanki gazowej.

Analiza produktów spalania pobranych z pożarów w różnych pomieszczeniach pokazuje, że zawsze zawierają one znaczną ilość tlenu. Jeżeli w pomieszczeniu z zamkniętymi otworami okiennymi i drzwiowymi dojdzie do pożaru, to pożar w obecności paliwa może trwać do momentu, gdy zawartość tlenu w mieszaninie powietrza z produktami spalania w pomieszczeniu spadnie do 14-16% (obj.). W konsekwencji podczas pożarów w zamkniętych pomieszczeniach zawartość tlenu w produktach spalania może wynosić od 21 do 14% (obj.). Skład produktów spalania podczas pożarów w pomieszczeniach z otwartymi otworami (piwnica, poddasze) wskazuje, że zawartość tlenu w nich może wynosić poniżej 14% (obj.):

W piwnicach ………
Na strychach …….

Przykład 1.4. Określić współczynnik nadmiaru powietrza podczas pożaru w pomieszczeniu, jeśli dym pobrany do analizy zawierał 19% (obj.) O 2. Stosunek nadmiaru powietrza określa się za pomocą wzoru (1.8).

.

Po przestudiowaniu kwestii produktów spalania rozwiąż niezależny problem.

Zadanie 1.3. Określ objętość mokrych produktów spalania 1 m 3 gazu wielkopiecowego, składającego się z 10,5% CO 2, 28% CO, 0,3% CH 4, 2,7% H 2 i 58,5% N 2.

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

______________________________________________________________________

Odpowiedź: V n.c= 1,604 m 3 / m 3.

Spalanie drewna polega na utlenianiu jego części składowych do dwutlenku węgla CO 2 i wody H 2 O.

Aby przeprowadzić ten proces, potrzebujesz odpowiedniej ilości utleniacza (tlenu) i podgrzania drewna do określonej temperatury.

Po podgrzaniu bez dostępu tlenu drewno ulega rozkładowi termicznemu (pirolizie), w wyniku czego powstaje węgiel, gazy, woda i lotne substancje organiczne.

Zgodnie z teorią opracowaną przez G.F. Knorre'a i innych naukowców spalanie drewna można przedstawić w następujący sposób.

Na początku ogrzewania z drewna odparowuje wilgoć. Następnie następuje rozkład termiczny jego części składowych. Części składowe drewna są w dużej mierze utlenione, więc rozkładają się w niskich temperaturach. Tworzenie się substancji lotnych osiąga maksimum (do 85% masy zaczyna się około 160°, a suche drewno) przy 300°.

Produkty pierwotnego rozpadu drewna w wyniku złożonych procesów utleniania i redukcji przechodzą w stan gazowy, w którym łatwo mieszają się z cząsteczkami tlenu, tworząc palną mieszaninę palną w określonych warunkach (nadmiar tlenu, odpowiednio wysoka temperatura ). W zależności od stanu jakości drewno zapala się przy 250-350 °.

Produkty zgazowane palą się na zewnętrznej krawędzi płomienia, podczas gdy wewnątrz płomienia lotne produkty pirolizy drewna przechodzą w stan gazowy.

Blask płomienia jest powodowany przez żarzące się cząsteczki węgla, które na zewnętrznej krawędzi spalają się w CO 2 z nadmiarem tlenu. Wręcz przeciwnie, przy braku tlenu, gdy temperatura jest stosunkowo niska, płomień ma czerwonawy kolor, podczas gdy znaczna ilość sadzy jest uwalniana z powodu niespalonych cząstek węgla.

Im więcej tlenu jest dostarczane, tym wyższa temperatura, większy i jaśniejszy płomień.

Wygląd płomienia zależy również od składu drewna, a przede wszystkim od zawartości węglowodorów i żywic. Większość żywic znajduje się w sosnach i brzozach, które po spaleniu tworzą gęsty, jasny płomień. Płomienie osiki, których składniki lotne zawierają więcej tlenku węgla, a mniej węglowodorów, są małe, przezroczyste i mają niebieskawy odcień. Płonąca olcha, uboga w żywicę, również wytwarza krótszy i przezroczysty płomień.

Sekwencja rozkładu termicznego trocin podczas powstawania dymu wędzarniczego może być konwencjonalnie reprezentowana przez następujące etapy.

W pierwszym etapie kolejna „świeża” cząstka trocin pod wpływem gorącej mieszaniny par i gazów oraz promieniowanie cieplne sąsiednie palące się cząstki nagrzewają się do 150-160°. W tym okresie wilgoć jest głównie odparowywana, nie obserwuje się zauważalnego spadku objętości cząstek.

W kolejnych etapach wzrasta również temperatura cząstki, w wyniku czego następuje rozkład termiczny masy organicznej cząstki drewna i zapłon części zgazowanych produktów pirolizy z wydzieleniem ciepła; część substancji lotnych, wraz z pewną ilością niespalonego węgla (sadzy), unosi się w górę przez prądy konwekcyjne, tworząc dym. Pod koniec rozkładu drewna i uwolnienia lotnych związków wielkość cząstek wyraźnie się zmniejsza.

Węgiel (węgiel stały), powstający podczas termicznego rozkładu trocin, jest ogrzewany ciepłem uwalnianym podczas utleniania niektórych lotnych związków i zaczyna reagować z dwutlenkiem węgla i tlenem:

C + CO 2 → 2 CO

2CO + O2 → 2CO2

W ten sposób powstaje mały, półprzezroczysty, niebieskawy płomień tlenku węgla.

Objętość cząstek nadal się kurczy; na finałowy etap powstaje popiół. Pod wpływem uwolnionego ciepła kolejna „świeża” cząstka trocin zaczyna się nagrzewać.

Mechanizm i chemia spalania drewna w postaci kłód drewna opałowego, zrębków czy pryzmy trocin jest taki sam. Istnieją różnice w ilościowych i jakościowych aspektach rzeczywistego procesu spalania, tj. utleniania związków organicznych tlenem przy użyciu drewna opałowego lub trocin.

Tutaj mamy do czynienia z pojęciami tzw. spalania całkowitego i niepełnego. Przy całkowitym spalaniu substancje lotne, pary i gazy są całkowicie utleniane (lub spalane) do dwutlenku węgla i pary wodnej.

Przykładem całkowitego spalania jest reakcja utleniania jednego ze składników dymu wędzarniczego - alkoholu metylowego CH 3 OH:

CH3OH + O2 → CO2 + 2H2O

Podobnie mogą przebiegać reakcje, utlenianie i inne związki organiczne powstające w wyniku termicznego rozkładu drewna.

W wyniku całkowitego spalania powstaje mieszanina parowo-gazowa, która składa się z dwutlenku węgla i pary wodnej, nie zawiera składników palących i nie jest cenna do wędzenia.

Aby uzyskać dym odpowiedni do produkcji wędzenia, konieczne jest stworzenie warunków do niepełnego spalania drewna. W tym celu np. warstwę zwilżonych trocin umieszcza się na wierzchu drewna, w wyniku czego strefa i intensywność spalania ulegają znacznemu zmniejszeniu. Przy niepełnym spalaniu lotne substancje organiczne są tylko częściowo utleniane, a dym jest nasycony składnikami wędzarniczymi.

Głębokość utleniania produktów pirolizy drewna zależy od ilości tlenu, a także od temperatury spalania i szybkości usuwania substancji lotnych ze strefy spalania.

Przy braku tlenu utlenianie substancji lotnych, na przykład alkoholu metylowego, przebiega zgodnie z następującą reakcją:

2СН 3 ОН + O 2 → 2C + 4H 2 O

Niespalone cząstki węgla opuszczające strefę płomienia szybko stygną i wraz z innymi produktami rozkładu drewna nie do końca utlenionymi tworzą dym. Część z nich osadza się na ścianach komór wędzarniczych w postaci sadzy (sadzy). W przypadku niedostatecznie dobrej izolacji komór wędzarniczych, na ich ścianach osadzają się również skondensowane lotne substancje dymu (smoła, smoła).

Przy głębszym, ale także niepełnym utlenianiu substancji palnych powstaje tlenek węgla:

CH3OH + O2 → CO + 2H2O

Tak więc ilość tlenu jest jednym z najważniejszych czynników wpływających na skład chemiczny dym, w szczególności w celu zmiany zawartości w nim alkoholu metylowego, formaldehydu i kwasu mrówkowego. Tak więc, przy ograniczonym dostępie powietrza do strefy spalania, aldehyd mrówkowy powstaje z alkoholu metylowego:

CH3OH + O2 → CH2O + 4H2O

Gdy dostarczana jest większa ilość powietrza, a w konsekwencji tlenu, powstały formaldehyd utlenia się do kwasu mrówkowego:

2СН 2 О + O 2 → 2CHOOH

Przy nadmiarze powietrza kwas mrówkowy jest całkowicie utleniany do dwutlenku węgla i wody:

2CHOOH + O2 → 2CO2 + 2H2O

Podczas spalania innych produktów pirolizy, w zależności od stopnia utlenienia, podobnie tworzą się substancje organiczne, które wpływają na skład dymu.

Temperatura spalania zależy również od ilości tlenu wchodzącego do warstwy spalania. W normalnych warunkach drewno w postaci kłód nie może palić się bez płomienia, a zatem bez ciepła. Utlenianiu ulega wówczas znacznie większa ilość substancji powstających z masy organicznej drewna niż podczas spalania (tlenia) trocin. Dlatego znaczna część substancji lotnych podczas spalania drewna opałowego nie jest wykorzystywana do palenia, a dym z dymu ma gorszy skład niż dym uzyskany podczas powolnego spalania trocin. Wypełnianie palącego się drewna mokrymi trocinami zwiększa ilość dymu, ale nawet w tym przypadku drewno jest zużywane nieekonomicznie.

Reżim temperaturowy naturalnego spalania (tlenia) trocin jest znacznie łagodniejszy w porównaniu do spalania drewna. Mały płomień powstaje podczas spalania węgla pozostałego po uwolnieniu substancji lotnych. Powstałe ciepło zużywane jest głównie na ogrzewanie sąsiednich warstw trocin, które ulegają rozkładowi termicznemu bez dostępu tlenu, ponieważ powietrze jest wypychane przez opary i gazy płonącej warstwy.

Spalanie jest powolne. Znaczna część produktów rozkładu termicznego nie ulega utlenieniu w płomieniu, dlatego stosunkowo dużo substancji lotnych jest usuwanych przez przepływy konwekcyjne.

Przykładem niepełnego spalania trocin jest ich spalanie przy niewymuszonym dolnym dopływie powietrza. W tym przypadku tylko dolna warstwa trociny. Gorące gazy i opary wypierają powietrze i podgrzewają górne warstwy trocin, powodując suchą destylację drewna, z którego powstaje węgiel, gazy, woda i związki organiczne. Przy równomiernym dopływie świeżych trocin z góry pali się tylko dolna warstwa węgla, powstała w wyniku suchej destylacji warstwy wierzchniej. Powoduje to wytwarzanie dymu, który jest bardziej nasycony lotnymi związkami organicznymi.

Najlepszym sposobem uzyskania dymu bogatego w składniki wędzarnicze jest jego formowanie w dymogeneratorach pracujących na trocinach z ogrzewaniem czynnika wędzarniczego gazem, parą głuchą lub energią elektryczną oraz w dymogeneratorach ciernych. W tym przypadku dym uzyskuje się o podwyższonej zawartości lotnych związków organicznych, co jest spowodowane niskimi temperaturami powstawania dymu i nieznacznym utlenianiem pierwotnych produktów rozpadu drewna.

Jeśli znajdziesz błąd, wybierz fragment tekstu i naciśnij Ctrl + Enter.