一级消防工程师消防安全技术实务知识点:燃烧过程

燃烧过程
可燃物质的燃烧一般是在气相进行的。由于可燃物质的状态不同,其燃烧过程也不相同。气体最易燃烧,燃烧所需要的热量只用于本身的氧化分解,并使其达到着火点。气体在极短的时间内就能全部燃尽。
液体在火源作用下,先蒸发成蒸气,而后氧化分解进行燃烧。与气体燃烧相比,液体燃烧多消耗液体变为蒸气的蒸发热。固体燃烧有两种情况:对于硫、磷等简单物质,受热时首先熔化,而后蒸发为蒸气进行燃烧,无分解过程;对于复合物质,受热时首先分解成其组成部分,生成气态和液态产物,而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。
固体燃烧有两种情况:对于硫、磷等简单物质,受热时首先熔化,而后蒸发为蒸气进行燃烧,无分解过程;对于复合物质,受热时首先分解成其组成部分,生成气态和液态产物,而后气态产物和液态产物蒸气着火燃烧。

物质燃烧时的温度变化
T初为可燃物开始加热时的温度。最初一段时间,加热的大部分热量用于熔化或分解,可燃物温度上升较缓慢,到T氧(氧化开始温度)时,可燃物开始氧化。由于温度尚低,故氧化速度不快,氧化所产生的热量,还不足以克服系统向外界所放热量,如果此时停止加热,仍不能引起燃烧。如继续加热,则温度上升很快,到T自氧化产生的热量和系统向外界散失的热量相等。若温度再稍升高,超过这种平衡状态,即使停止加热,温度亦能自行上升,到T′自出现火焰而燃烧起来。T自为理论上的自燃点,T′自为开始出现火焰的温度,即通常测得的自燃点。T自到T′自这一段延滞时间称为诱导期。

诱导期在安全上有实用价值。在可燃气体存在的车间中使用的防爆照明,当灯罩破裂或密封性丧失时,即使能自动切断电路熄灭,但灼热的灯丝自3000℃冷到室温还需要一定的时间,爆炸的可能性取决于可燃气体的诱导期。对于诱导期较长的甲烷或汽油蒸气(数秒),普通灯丝不致有危险,但对于诱导期很短的氢(0.01秒)就需要寻求冷却得特别快的特殊材料作灯丝,才能保证安全。

燃烧的活化能理论
燃烧是化学反应,而分子间发生化学反应的必要条件是互相碰撞。但并不是所有碰撞的分子都能发生化学反应,只有少数具有一定能量的分子互相碰撞才会发生反应。这少数分子称为活化分子。活化分子的能量要比分子平均能量超出一定值。这超出分子平均能量的定值称为活化能。活化分子碰撞发生化学反应,故称为有效碰撞。
当明火接触可燃物质时,部分分子获得能量成为活化分子,有效碰撞次数增加而发生燃烧反应。例如,氧原子与氢反应的活化能为25.10kJ·mol-1,在27℃、0.1MPa时,有效碰撞仅为碰撞总数的十万分之一,不会引发燃烧反应。而当明火接触时,活化分子增多,有效碰撞次数大大增加而发生燃烧反应。

燃烧的过氧化物理论
在燃烧反应中,氧首先在热能作用下被活化而形成过氧键—O—O—,可燃物质与过氧键加和成为过氧化物。过氧化物不稳定,在受热、撞击、摩擦等条件下,容易分解甚至燃烧或爆炸。过氧化物是强氧化剂,不仅能氧化可形成过氧化物的物质,也能氧化其他较难氧化的物质。如氢和氧的燃烧反应,首先生成过氧化氢,而后过氧化氢与氢反应生成水。反应式如下:

H2+O2→H2O2
H2O2+H2→2H2O

有机过氧化物可视为过氧化氢的衍生物,即过氧化氢H—O—O—H中的一个或两个氢原子被烷基所取代。所以过氧化物是可燃物质被氧化的最初产物,是不稳定的化合物,极易燃烧或爆炸。如蒸馏乙醚的残渣中常由于形成过氧乙醚而引起自燃或爆炸。

燃烧的连锁反应理论
在燃烧反应中,气体分子间互相作用,往往不是两个分子直接反应生成最后产物,而是活性分子自由基与分子间的作用。活性分子自由基与另一个分子作用产生新的自由基,新自由基又迅速参加反应,如此延续下去形成一系列连锁反应。连锁反应通常分为直链反应和支链反应两种类型。
直链反应的特点是,自由基与价饱和的分子反应时活化能很低,反应后仅生成一个新的自由基。氯和氢的反应是典型的直链反应。在氯和氢的反应中,只要引入一个光子,便能生成上万个氯化氢分子,这正是由于连锁反应的结果。