52.Пределы воспламенения и взрыва. Механизмы вопламенения.

Взрыв – это процесс быстрого выделения энергии в ограниченном пространстве с образованием ударной волны. Различают цепной и тепловой взрывы.

Цепной взрыв (или воспламенение) происходит при протекании разветвленной цепной реакции. В этом случае наблюдается т.н. «полуостров воспламенения» с верхним и нижним пределами воспламенения, положение которых зависит от температуры, давления (концентрации), геометрии и материала реакционной зоны и наличия в ней примесей (рис. 19).

Р 4 3 2 1	Рис. 19. Полуостров воспламенения (заштриховано) в смеси водорода с кислородом: 1-2- нижний предел;2-3-верхний предел; 4-область теплового взрыва
Т, ˚С

Качественно наличие полуострова воспламенения объясняется следующим образом. При малых давлениях, ниже Р_1-2, акты обрыва цепей преобладают над разветвлением, и воспламенение невозможно. В этой, по сути, диффузионной области наблюдается слабая зависимость предела от температуры (~T^0,5); положение нижнего предела зависит от геометрии реакционной зоны, материала стенки и наличия примесей. С повышением давления Р≥Р_1-2 (или увеличением диаметра сосуда, концентрации примесей) обрыв цепей на стенке затрудняется, и возможно воспламенение смеси. При дальнейшем увеличении давления выше Р_2-3 уже преобладают акты обрыва цепей (в объеме) над разветвлением, и воспламенение снова невозможно.

Поскольку обрыв цепей определяется скоростью тройных соударений, наблюдается сильная зависимость положения верхнего предела от температуры и концентрации примесей, причем геометрия реакционной зоны и материал стенки не влияют на положение предела. Наконец, при значительных давлениях (область 4) воспламенение снова возможно, однако оно имеет тепловую природу.

Рассмотрим подробнее тепловые эффекты реакции в связи с их важностью при оценке устойчивости режима работы технологических аппаратов. Когда реакция протекает намного быстрее, чем скорость отвода (подвода) тепла в реакционную зону, в этой зоне наблюдаются неизотермические эффекты. В случае эндотермической реакции, система обладает устойчивостью к флуктуации температуры благодаря наличию отрицательной обратной связи. Например, если возрастает температура реакционной смеси, также возрастает и скорость реакции, для протекания которой требуется больше тепла, и реакционная смесь остывает (и наоборот). Таким образом, стационарное состояние в случае эндотермической реакции является устойчивым к любому термическому возмущению.