Жану үрдісіне қажетті жағдайлар. Жану түрінің жіктелуі

Жанудың екі түрі болады: толығымен – оттегі жеткілікті немесе артық мөлшерде болғанда, және жартылай жану - оттегі жетпеген жағдайда. Гомогенді дегеніміз газ тәрізді затардың, гетерогенді – басқа да агрегатты күйдегі заттар арасында жану болғанда жүретін үрдіс.

Жану үрдісі кезінде жану өнімдерінің түзілуімен қатар, жылу бөлінеді. Жану жылуы – жанғыш заттардың ең маңызды жылу техникалық сипаттамасы. Жану жылуы кезінде, жанғыш заттардың бірлік көлемінде жылу сандық мөлшерін анықтаймыз. Жану жылуы жоғарғы және төменгі болып бөлінеді.

Құрамы бірдей емес заттардың жану жылуы (мұнай, тас көмір), менделеевтің эмприкалық формуласын қолдана отырып, элементтік құрамы бойынша анықтауға болады.
Q_н^р = 81 С^р + 246Н^р – 26 (О^р -S^p) – 6 (9Н^р + W^P)
Мұдағы С^р Н^р О^р S^p W^P – көміртегінің, сутегінің, оттегінің ( азотпен бірге) үлесі, органикалық күкірттің және ылғалдылықтың жұмыс уақытындағы массасы, %.

Газ және бу тәрізді заттар жанғанда, жылу жалын аймағында бөлінеді, ал қатты заттар жанған кезде газ бен бу беткі жарық деңгейінде бөлінеді. Жану аймағында жылу жану өнімдерімен жанасып, жану температурасы деп аталатын температураға дейін қызады.

Жану температурасы калориметрлік, теориялық және нақты болып бөлінеді.

Жанудың калориметрлік температурасы деп, жану кезінде бөлінген жылудың барлығы қыздыруға жұмсалып, өнімнің толығымен жануы.

Жанудың теориялық температурасы деп, жылудың шығыны жанған өнімнің диссоциациясымен анықталатын температура.

Өрт кезінде жоғарлайтын температураның 30-50%-ті теориялық температурадан қоршаған ортадағы жылудың жоғарлауымен түсіндіріледі. Ағаштың анық жану температурасы 1090⁰С, ал бензиндікі 1400⁰С.

Қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың жану үрдісі бірнеше фазадан тұрады: тотығу, өздігінен жалынның болуы, жану. Реакцияның жылу жылдамдығын артқан сайын өздігінен тұтанып, жалын пайда болады.

Жану үрдісінің механизмі. Жанатын жүйеде тотығу реакциясының болуы, жалынның әсерінен жылу жүйесінің қызуына байланысты. Жану жүйесін қыздрған кезде жанатын молекуланың энергиясы мен тотығуының жоғарлап, белгілі бір шекке жеткен кезде, активацияланады да нәтижесінде жанатын зат молекуласы ауадағы оттегімен жеңіл әрекеттеседі.

Тотығу экзотермиялық реакция және белгілі бір жағдайда өздігінен жылдам жүреді. Бұл тотығу реакциясының өздігнен жылдам жүруі, жануға айналуы өздігінен тұтану деп аталады.

Өздігінен тұтану температурасы бірнеше факторларға тәуелді:

• 
  жанғыш қоспаның құрамы (жанғыш заттың компоненттерімен ауа арасындағы қатынас)
  
• 
  жанғыш қоспаның көлемі; көлемнің ұлғайуынан өздігінен жану температурасы төмендейді,
  
• 
  қысым; қысым жоғарлауынан, өздігінен жану температурасы төмендейді.
  

• 
  екі немесе үш сұйықтықтан тұратын бу қоспасының өздгінен жану температурасы, жеке сұйықтықтардың өздігінен жану температурасы орташа арифметикалық есеппен тзмен болады.
  
• 
  өздігінен жану температурасы гомологиялық қатардың шегінде заттың молекулалық массасының ұлғайуынан төмендейді, тармақталған тізбекті заттың молекуласы қалыпты құрылысты заттың температурасынан жоғары болады.
  
• 
  қаныққан көмірсутектердің өздігінен жану температурасы сәйкес келетін қанықпаған көмірсутектермен салыстырғанда неғұрлым жоғары болады.
  

• 
  көмірсутектердің өздігінен жану температурасы, сәйкес келетін спирттермен альдегидтерден жоғары болады.
  

Тұтанудың концентрациялық шегі, көлемдік пайызбен және массасына байланысты концентрациясымен өрнектеледі. Бастапқы температураны көбейткенде жану аймағы кеңейеді. Бастапқы температураның мөлшері, әр 100⁰С – та жанудың төменгі шегі, бастапқы көрсеткіштен 10% - ке кемиді, ал жоғарғы шегі 15% - ке ұлғаяды.

Қысымды 3-4 МПа дейін көтеру жанудың концентрациялық шегіне әсер етпейді. Жану аймағының азайуы қысымның төмендеуінен болады. Қысымның беогілі шегіне жеткен кезде жану аймағының төменгі және жоғарғы шегі бір-бірімен жанасады.

Сұйықтықтың қопарылыс беретін буы жанудың температуралық шегімен сипатталады. Төменгі температура шегі деп, қаныққан будың концентрациясы жабық ыдыста тұтатса, белгілі бір шекке дейін тұтана алатын, сұйықтық температурасын айтамыз. Жоғарғы температура шегі деп, қаныққан будың концентрациясы жабық ыдыста тұтатса, белгілі бір шекке дейін тұтануға қабілеті бар, сұйықтық температурасын айтамыз.

Тез тұтанатын сұйықтықтар - өздігінен жануға қабілетті, жабық тигельде температураның ұшқындануы 61⁰С-тан жоғары болмайтын, ал жабық тигельде 66⁰С болатын сұйықтықтар.

Жанғыш сұйықтықтар - өздігінен жана алатын, жабық тигельде температураның ұшқындануы 61⁰С-тан жоғары болмайтын, ал жабық тигельде 66⁰С болатын сұйықтықтар.

Тез тұтанатын сұйықтықтарға эфир, бензин, керосин, ал жанғыш сұйықтыщтарға майлар, мазут, глицирин, және т.б. Қыздыру температурасы ұшқындану температурасын жоғарлап кететін жанғыш сұйықтықтар жарылыс беретін заттардың құрамына жатады.

Жанғыш заттардың шаңы өрт қауіпті болады. Ауадағы шаң (аэрозольдер) қопарылыс беретін қоспа түзуі мүмкін.

Ұсақ дисперсті шаңның меншікті беттік қабаты, ірі дисперстіге қарағанда үлкен болады, химиялық активтілігі жоғары, өздігінен жану температурасы төмен, жанудың төменгі шегінде және жану аймағы үлкен болады.

Жану реакциясының жылдамдығы шаңның меншікті беттік қабатының ұлғайуынан артады. Бөлмеде ауаның қозғалу жылдамдығы артса шаңның диперстігі азайып, ауада оның концентрациясы жоғарлап, қопарылыс туғызуы мүмкін. Жанғыш шаңның өздігінен жану температурасы 700-900⁰С аралығында болады; ал өздігінен жану температурасы төмен болады (360⁰С).

Қатты заттардың жалынсыз жануы (кокс, ағаш көмір, сілтілі металлдар) және жалыныдап жану деп екіге бөлінеді (ағаш, торф).

Тотығу кезінде жалын шығармай жану екі фазаның беткі қабатында жүреді. Заттың жану жылдамдығы температураға, қысымға, заттың меншікті беттік қабатына шекаралық қабат арасындағы оттегі диффузия жылдамдығына, тотығу реакциялар жылдамдына байланысты. Көміртегі жанған кезде диоксид және көміртегі оксиді түзіледі. Бұл реакциялардан басқа екіншілк реакциялар жүреді:

С + СО₂ = 2CО 2СО + О₂ = 2СО₂

Сілтілік металдар жанған кезде балқыған металлдың бетінде поралы масса оксидтер түзіледі. Сілтілік металдар қиын балқиды. Олардың балқуы көп уақытты талап етеді.

Ең көп тараған жану көзі – электрлік ұшқын. Температуралық ұшқынға дейін қыза алатын, газдың минимальды бөлігі байланысты тұтана алатын ұшқын болады. Бензин және басқа жана алатын сұйықтық буы үшін, энергияның минимальды мөлшері 0,15мДж, сутегі мен ацетилен үшін – 0,01мДж. Метан қоспасының ауамен жану энергиясы 3,8 мДж.

Қоймаларда газдың, будың қоспалары бар жарылғыш заттар болса, ұшқын тудырмайтын металдан, материалдан тұратын құралдар қолдану керек.

Негізгі ұғымдар: өртұстағыштар; өртұстағыш тетіктер.

Бақылау сұрақтары:

1. 
   Қандай химиялық реакциялар жануға жатады?
   
2. 
   Жанудың қандай түрін білесіздер?
   
3. 
   Жану жылуының түрлері және қандай формула бойынша жану жылуын анықтауға болады?
   
4. 
   Өрт қауіпті жанғыш заттардың қандай көрсеткіштері тұтанудың концентрациялық шегін анықтайды?
   
5. 
   Жану температурасының өздігінен жану температурасынан айырмашылығы қандай?
   
6. 
   Барлық жанғыш сұйықтықтардың ұшқын температурасы немен анықталады.
   
7. 
   Жанғыш сұйықтықтар қандай класстарға бөлінеді?
   
8. 
   Жану жылуының көп тараған көзі?
   

1. 
   Өрт сөндіру құралдары мен әдістері.
   
2. 
   Өрт сөндіру тәсілдерінің жіктелуі.
   
3. 
   Өрт сөндіру құралдарын таңдау принциптері.
   

Жану төзімділігі, біріншіден қоршаған ортаның жылу алмасу жағдайларымен химиялық реакцияның аумағындағы температураға байланысты. Бөлінген жылудың жылдамдылығы q _t = q _{d /} qt мен жылу жоғалтуы арасындағы қатынасқа тәуелділігі жану аймағындағы температураның болуы үш жағдайға байланысты:

- q _{t =} Q _t болған жағдайда температура тұрақталады, жану жылу тепе-теңдігінің бұзылуына дейін, тұрақты күйде болады;

- q _t > Q _t болған жағдайда температура жоғарлайды да, реакция жылдамдығын жылу шығара отырып, жүру жылдамдығын арттырады және жану аймағында температураның көтерілуін жылдамдатады;

- q _t < Q _t болған жағдайда температура төмендеп, реакция жылдамдығы, жылудың бөлінуі қатар, жану аймағында температураның шамасы да төмендейді.

Температураның tкр дейін төмендеуі, жану үрдісінің өздігінен тоқтауына аяқталуына әкеп соғады.

Өрт сөндірген кезде жылу жылдамдығының шығынының және жылу бөліну жылдамдығының азайуы, жылу аймағында жылу тепе-теңдігінің бұзылуы мен температураның төмендеуіне әкеледі. Жану үрдісі жылу сипатында жүретін реакцияларда өрт сөдіру, қоршаған ортаның жылу шығы арқылы физикалық өрт сөндіру тәсілдерімен жүзеге асады.

Химиялық өрт сөндіру тәсілі кезінде жану реакциясы тізбекті сипатта болады, жану реакциясында жылу аз бөлінеді. Өрт кезінде жану аймағындағы жану үрдісінің толық сөнуі, өрт сөндіргіш заттар қолданған кезде ғана тоқтатылады.

өрт сөдіргіш заттар қатты, сұйық, газ күйінде де бола алады. Бұл заттарды қолдану арқылы өрт сөдіру, оның ыстық заттармен фихико-химиялық әрекеттесуіне негізделген. Өрт сөдіруде су, бу және әртүрлі қатты, газ түріндегі сөндіруге қабілеті бар заттар қолданылады.

Өрт кезінде қатты және сұйық жанғыш заттардың өрттің жүру жағдайына байланысты үшке бөлінеді:

1. 
   өрт аймағында төменгі температурада, жану тұрақсыз болады. Бұл жағдайда қарапайым заттардың қолданылуы дереу тоқтатылады.
   
2. 
   ыдырау үрдісінің нығайуы, жанғыш заттардың булануы. Бұл жағдайда қоршаған ортаның температурасы, энергияның әрекеті көтеріледі
   
3. 
   жану аймағының ұлғайуы, температураның, зерттелетін беттік қабаттың неғұрлым көтерілуі, құрлымдардың бұзылуы, деформациялануы.
   

Төзімді өрт сөндіргіш көбіктің химиялық және ауа-механикалық түрі кеңінен қолданылады.

Химиялық көбік натрий карбонаты мен бикарбонатының қышқылмен, көбік түзуші қатысында түзілетін зат. Көбік түзуші порошок күкірт қышқылды алюминийден мен бикарбонат натрий қоспасынан және лакри қабығының экстрактысынан немесе басқа көбік түзушіден тұрады. Күкірт қышқылды алюминийден мен бикарбонат натрий қоспасы сумен әрекеттесіп, көбік түзуші еріп, көміртегі диоксидін түзе отырып, көбікке төзімділік қасиет береді.

Ауа-механикалық көбік ауаның, судың, беттік активті заттардың механикалық әрекеттесуінен пайда болады. Ауа-механикалық көбіктің 90%-ті ауадан, 10%-ті көбік түзушінің сулы ерітіндісінен тұрады.

Сұйық өрт сөндіргіш заттар, өрт сөндіргіш қасиеті суларға қарағанда, қосымша жылу сіңіре алатын, жанғыш заттардың беттік қабатында қосымша қабық түзетін инертті газдар.

1. 
   Өндірісте туындайтын өрт пен қопарылыстың негізгі себептері және өрт қауіпсіздігін қамтамасыз етудің қандай шараларын бар?
   
2. 
   Бөлінген жылудың жылдамдылығы q _t = q _{d /} qt мен жылу жоғалтуы арасындағы қатынасқа тәуелділігі қандай үш жағдаймен сипатталады?
   

1. 
   Мұнай өнеркәсібінің қалдық заттарымен атмосфераны ластанудан қорғаудың негізгі бағыттары.
   
2. 
   Ластану көзі және су қоймаларын ластанудан қорғау.
   
3. 
   Суды үнемдеп пайдаланудың тәсілдері.
   

Қоршаған ортаны ластанудан қорғау – қазіргі таңдағы өте маңызды мәселелердің бірі. Табиғатты өнеркәсіптік қалдықтан қорғаудың принцпиальды бағыты, қалдықсыз және аз қалдықты технологиялық үрдістер дайындау.

Зауыттар ауаға ұсақ дисперсті қалдықтарды, көміртегі оксиді, күкірт сутек сияқты күшті улы заттарды шығарады. Күкірт ангидриді ауада SO₃ дейін тотығады, ал атмосфералық ауамен әрекеттсіп, өсімдіктерге зиян келтіретін, топырақта қышқыл орта жасайтын, металл коррозиясын түзетін үрдіске әкеп соғатын күкірт қышқылы түзеді.

Тұрғылықты мекен ететін жерлерде, атмосферадағы қалдық заттардың шекті рұқсат етілген концентрациялары бекітілген. Бір күндік шекті рұқсат етілген концентрацияның максимальды көрсеткіштен аспаса, онда адам ағзасына зияны болмайды. Атмосфераға түсетін ең қауіпті көмірсутекті қалдық технологиялық құрылғылардан және факельді шаруашылықтан бөлінген өнімдер. Бұндай қалдықтар өте көп мөлшерде бөлінетіндіктен оларамен қарсы күресу өте қиын. Көміртегі оксидінің қалдықтарын, көміртегі екі оксидіне дейін каталитикалық күйдіру арқылы азайтуға болады. Күкірт ангидридінің қалдықтарын қолданылатын отынды алдын-ала күкірттендіру арқылы жүзеге асыруға болады.

Шаң қалдықтарын газдарға қарағанда тазалау оңайға түседі. Шаң тазалайтын құрылғыларды бірнеше түрге бөлуге бөледі: 1. механикалық тазалау құрылғылары, ауырлық күшінің әсерінен шаңның ұсақ бөлшектері тұнады немесе ротационды шаң ұстағыш, орталық күш –циклондардың пайда болунынан, 2. дымқыл тазалау құрылғылары, 3. матадан немесе ұсақ сүзгі материалдан тұратын фильтр, 4. электрофильтрлер. Мұнай өңдеу өнеркәсіптерінде көбінесе бірінші топтың құрылғылары және циклондар қолданылады.

Мұнай өңдеу өнеркәсіптерінен әртүрлі органикалық заттар шығарылады. Бұл заттар микроорганиздер қатысында атмосферадағы келетін және су қоймаларындағы оттегінің пайдалана отырып, тотығады. Бұл үрдісті схемалық түрде төмендегідей көрсетуге болады:

Еріген және эмульцияланған мұнай өнімдері микроорганизмдермен қиын тотығатын заттар болғандықтан, оларады тазалау үлкен алқапта жүреді. Концентрациясы 0,2 мг/л күкіртті мұнай жас шабақтарға үлкен зиян келтіреді. Концентрациясы 0,1 мг/л болатын автокөлік бензині ауыз суын жарамсыз етеді. Беттік-активті заттар жағымсыз иіс пен дәм береді де берік көбік түзіп, суда аэрацияның болуына кедергі келтіреді.

Жоғарыда айтылғандарды қорыта келсек ағын суларды су қоймаларынң суларымен араластырған кезде, оның тазалығы нормативтік заңдылықтарға толығымен сәйкес болу қажет. Ағын суларды су қоймаларының суларымен араластырған кезде, оттегінің мөлшері 4 мг/л ден аспау керек, оттегінің биологиялық қажеттілігі 3 мг/л, өлшенген заттардың мөлшері 0,75 мг/л, хлоридтер-359 мг/л, сульфаттар - 500 мг/л болуы керек. Судың иісі, дәмі болмау керек, сутектік көрсеткіш 6,5 ≤ рН ≤ 8,5 аралығынан аспау керек.

Ағын суларды тазалау. Ағын суларды тазалау тәсілдері негізгі принциптеріне байлнысты бірнеше түрге бөлінеді: 1. механикалық тазалау, 2. физико-химиялық, 3. химиялық, 4. биохимиялық, 5. термиялық тазалау.

1. Механикалық тазалау, жалпы тазалаудың алғашқы стадиясында, ірі дисперсті тұнбаларды тазалау үшін жүгізіліді. Мұнай өңдеу өнеркәсіптеріде ағындарды тазалау біртіндеп жүреді. Алдымен ауыр ерімейтін қоспаларды тазалау үшін құмұстағыштар қолданылады. Бөлініп алынған құмды қырғышпен қырып алып қабылдағыш бункерге салады. Одан кейін ағынды су мұнайұстағыштарда, яғни онда мұнай өнімдері беткі қабатқа шығады да, ал қоспалар түбінде тұнады, ал су ұстағыштан бөлініп шығады.

2. Физико-химиялық тазалау . Бұл әдіс кезінде көбінесе реагенттер қолданылады. Бұл әдіске флотация жатады. Флотаторда бөлшектер коагулянттың әсерінен іріленеді де қысылған ауаның әсерінен көбік түзгіш қабатқа өтеді. Бұл физико-химиялық тазалауға тетраэтил қорғасынды бензинмен экстрагирлеу немесе ағынды суды фенолдан экстракциялау тәсілі жатады.

3. Химиялық тазалау. Ластайтын зат пен реагент арасында жаңа зат түзе жүретін химиялық реакция нәтижеснде ағын сулардан оңай тазалау жолы.

4. Биохимиялық тазалау, кейбір микроорганизмдер суда еріген органикалық және бейорганикалық заттармен қоректене алу қабілетіне негізделген.

5. Термиялық тазалау. Жоғарғы температурада органикалық заттардың газ тәрізді зат түзіп, толығымен тотығу. Жаңа мұнай өңдеу зауыттарының жобасын жасаған кезде, суқоймаларына қалдықтардың түспеуі үшін термиялық тазалау қарастырылады.

1. 
   Мұнай өңдеу өнеркәсіптерінен атмофераға қандай зиянды заттар келіп түседі?
   
2. 
   Зиянды қалдықтар үшін қандай шектелген шекті . концентрация қарастырылған?
   
3. 
   Атмоферадағы зиянды заттар қандай тазалау үшін қандай әдістер мен құрылғылар қолданылады?
   
4. 
   Су қоймаларындағы оттекке биологиялық қажеттілік үшін шекті жоғарлату қандай әсер туғызады?
   
5. 
   Су қоймасының өзін-өзі тазалау қабілеті деген не?
   
6. 
   Су қоймалары үшін мұнай өнімдері қандай ластану формасын түзеді?