自燃理論燃燒學(xué)基礎(chǔ)

1、一、熱自燃理論的一、熱自燃理論的基本出發(fā)點(diǎn)基本出發(fā)點(diǎn) 體系能否著火取決于化學(xué)反應(yīng)體系能否著火取決于化學(xué)反應(yīng)放熱因素放熱因素與體系與體系 向環(huán)境向環(huán)境散熱因素散熱因素的相對(duì)大小。如果反應(yīng)放熱占優(yōu)勢(shì)，的相對(duì)大小。如果反應(yīng)放熱占優(yōu)勢(shì)， 體系就會(huì)出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，出體系就會(huì)出現(xiàn)熱量積累，溫度升高，反應(yīng)加速，出 現(xiàn)自燃。反之，不能自燃。現(xiàn)自燃。反之，不能自燃。 二、謝苗諾夫自燃理論二、謝苗諾夫自燃理論 謝苗諾夫自燃理論的基本出發(fā)點(diǎn)：自然體系的謝苗諾夫自燃理論的基本出發(fā)點(diǎn)：自然體系的 著火成功與否取決于著火成功與否取決于放熱因素放熱因素和和散熱因素散熱因素的相互關(guān)的相互關(guān) 系。系。 放熱因

2、放熱因 素素 散熱因素散熱因素 放熱因素放熱因素 散熱因散熱因 素素 熱量熱量 積累積累 熱量熱量 積累積累 能能 不能不能 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （一）放熱速率與散熱速率（一）放熱速率與散熱速率 RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率： )( 02 TTAhQ散熱速率：散熱速率： cVdT/dtQQ 21 能量守恒：能量守恒： dt dT cVTThAeZVQ 0 E/RT )( n A 數(shù)形結(jié)合法：數(shù)形結(jié)合法： RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T Q 1 Q 2 Q T0 決定曲線位

3、置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ： T0，h，P RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： ;PT,f 1 Q)()(h,Tf 2 Q 0 T q 1 Q T q 2 Q 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ： T0，h，P 不變不變不變不變 不變不變不變不變 不變不變不變不變 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！ T q 1 Q 2 Q a b c T03 RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T02T01 T q 1

4、Q 2 Q a b c 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！ a a點(diǎn)：點(diǎn)： 穩(wěn)定點(diǎn)，穩(wěn)定點(diǎn)，體系只能穩(wěn)定在交點(diǎn)處體系只能穩(wěn)定在交點(diǎn)處 作低溫、緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng)作低溫、緩慢的氧化反應(yīng)，反應(yīng) 無(wú)法加速，體系不能著火；無(wú)法加速，體系不能著火； b b點(diǎn)：點(diǎn)： 非穩(wěn)定點(diǎn)，非穩(wěn)定點(diǎn)，但是熱力學(xué)非自發(fā)狀但是熱力學(xué)非自發(fā)狀 態(tài)。態(tài)。 c c點(diǎn)：點(diǎn)： 臨界點(diǎn)，臨界點(diǎn)，標(biāo)志著體系處于由維持標(biāo)志著體系處于由維持 低溫、穩(wěn)定氧化反應(yīng)狀態(tài)到不能低溫、穩(wěn)定氧化反應(yīng)狀態(tài)到不能 維持這種狀態(tài)（即到加速反應(yīng)狀維持這種狀態(tài)（即到加速反應(yīng)狀 態(tài)）的態(tài)）的過(guò)渡狀態(tài)過(guò)渡狀態(tài)，體現(xiàn)了體

5、系熱，體現(xiàn)了體系熱 自燃著火條件。自燃著火條件。T Tc c出現(xiàn)火焰的出現(xiàn)火焰的最最 低臨界溫度低臨界溫度，為該條件下的，為該條件下的自燃自燃 點(diǎn)點(diǎn)。 Tc RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T03T02T01 T q 1 Q 2 Q a b c 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！ T03 相交：相交： 不能自燃；不能自燃； 相切：相切： 發(fā)生自燃的發(fā)生自燃的臨界條件臨界條件； 相離：相離： 放熱放熱 散熱，熱量積散熱，熱量積 累溫度升高，累溫度升高，一定能自一定能自 燃燃。 Tc R

6、TEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T02T01 T q 1 Q 2 Q a b c 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：h，P一定；一定； T0變！變！ T0 Tc RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T02T01 3 自燃重要的準(zhǔn)則：自燃重要的準(zhǔn)則： 壁溫壁溫T02是個(gè)臨界值，是個(gè)臨界值， 超過(guò)這個(gè)溫度，反應(yīng)超過(guò)這個(gè)溫度，反應(yīng) 就會(huì)不斷加速直至著就會(huì)不斷加速直至著 火，該溫度稱為火，該溫度稱為臨界臨界 環(huán)境溫度環(huán)境溫度，用，用Ta,cr表表 示。示。 決定曲

7、線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ： T0，h，P 變變 變變 變變 不變不變不變不變 不變不變不變不變 不變不變不變不變 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！ T q 1 Q 2 Q T0 RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！ T q 1 Q 2 Q T0 RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： a a點(diǎn)：點(diǎn)： b b點(diǎn)：點(diǎn)： c c點(diǎn)：點(diǎn)： 相

8、交：相交： 相切：相切： 相離：相離： a b c 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，P一定；一定； h變！變！ T q 1 Q 2 Q T0 RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： a b c 自燃重要的準(zhǔn)則：自燃重要的準(zhǔn)則： 斜率斜率h02是個(gè)臨界值，是個(gè)臨界值， 超過(guò)這個(gè)對(duì)流換熱系超過(guò)這個(gè)對(duì)流換熱系 數(shù)，反應(yīng)就會(huì)不斷加數(shù)，反應(yīng)就會(huì)不斷加 速直至著火，該斜率速直至著火，該斜率 稱為稱為臨界對(duì)流換熱系臨界對(duì)流換熱系 數(shù)數(shù)，用，用Ha,cr表示。表示。 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ： T0，h，P

9、變變 變變 變變 不變不變不變不變 不變不變不變不變 不變不變不變不變 T q 1 Q 2 Q T0 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！ RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： T q 1 Q 2 Q T0 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！ RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： a a點(diǎn)：點(diǎn)： b b點(diǎn)：點(diǎn)： c c點(diǎn)：點(diǎn)： 相交：相交： 相切：相切： 相離：相離： a b c T q

10、 1 Q 2 Q T0 決定曲線位置關(guān)系的因素決定曲線位置關(guān)系的因素 ：T0，h一定；一定； P變！變！ RTEn Ae ZQVQ / 1 放熱速率：放熱速率：)( 0 TTAhQ2散熱速率：散熱速率： a b c 自燃重要的準(zhǔn)則：自燃重要的準(zhǔn)則： 反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力P02是個(gè)臨界是個(gè)臨界 值，體系超過(guò)這個(gè)壓值，體系超過(guò)這個(gè)壓 力，反應(yīng)就會(huì)不斷加力，反應(yīng)就會(huì)不斷加 速直至著火，該壓力速直至著火，該壓力 稱為稱為臨界反應(yīng)壓力臨界反應(yīng)壓力， 用用Pa,cr表示。表示。 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、

11、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5 5、新舊程度、新舊程度 6 6、壓力、壓力 放熱量越大，越容易自燃；放熱量越小，越不容易自放熱量越大，越容易自燃；放熱量越小，越不容易自 燃。燃。 放熱量的增大，放熱量的增大，臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)C C的位置的位置左移左移，說(shuō)明自燃點(diǎn)隨，說(shuō)明自燃點(diǎn)隨 放熱量的增大而減小。放熱量的增大而減小。 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度提高，放熱量增大，易發(fā)生自溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速度提高，放熱量增大，易發(fā)生自 燃。燃。

12、1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5 5、新舊程度、新舊程度 6 6、壓力、壓力 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 催化物降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度。催化物降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速度。 少量水分少量水分可以起到可以起到催化劑催化劑的效果，的效果， 自燃點(diǎn)較高的物質(zhì)含有少量的自燃點(diǎn)較高的物質(zhì)含有少量的低自燃點(diǎn)物質(zhì)低自燃點(diǎn)物質(zhì)。 1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5

13、 5、新舊程度、新舊程度 6 6、壓力、壓力 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 在散熱條件相同的情況下，比表面積在散熱條件相同的情況下，比表面積越大越大，越容易自越容易自 燃燃。 1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5 5、新舊程度、新舊程度 6 6、壓力、壓力 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 不同的物質(zhì)有不同的影響不同的物質(zhì)有不同

14、的影響 新煤、新制備的金屬粉末；新煤、新制備的金屬粉末； 舊硝化棉舊硝化棉 1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5 5、新舊程度、新舊程度 6 6、壓力、壓力 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （二）放熱速率的影響因素（二）放熱速率的影響因素 壓力越大壓力越大，反應(yīng)物密度越大，單位體積，反應(yīng)物密度越大，單位體積 產(chǎn)生的熱量越多，產(chǎn)生的熱量越多，易發(fā)生自燃易發(fā)生自燃。 1 1、發(fā)熱量、發(fā)熱量 2 2、溫度、溫度 3 3、催化物質(zhì)、催化物質(zhì) 4 4、比表面積、比表面積 5 5、新舊程度

15、、新舊程度 6 6、壓力、壓力 RTEn Ae ZQVQ / 1 三、熱自燃理論的著火條件三、熱自燃理論的著火條件 （三）散熱速率的影響因素（三）散熱速率的影響因素 1 1、導(dǎo)熱作用、導(dǎo)熱作用 導(dǎo)熱系數(shù)越小，越易蓄熱，易自燃；導(dǎo)熱系數(shù)越小，越易蓄熱，易自燃； 2 2、對(duì)流換熱作用、對(duì)流換熱作用 對(duì)流換熱作用差的，容易自燃。如：通對(duì)流換熱作用差的，容易自燃。如：通 風(fēng)不良角落處的浸油紗團(tuán)或棉布；風(fēng)不良角落處的浸油紗團(tuán)或棉布； 3 3、堆積方式、堆積方式 大量堆積的粉末或疊加的薄片物體。如大量堆積的粉末或疊加的薄片物體。如 ：桐油布雨傘、雨衣。：桐油布雨傘、雨衣。 注意：評(píng)價(jià)堆積方式的參數(shù)是注意：

16、評(píng)價(jià)堆積方式的參數(shù)是表面積表面積/ /體積體積 比，此比值越大，散熱能力越強(qiáng)，自燃點(diǎn)越比，此比值越大，散熱能力越強(qiáng)，自燃點(diǎn)越 高。高。 )( 0 TTAhQ2 四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期 直觀定義直觀定義：可燃體系由：可燃體系由開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)到到著著 火燃燒火燃燒的一段時(shí)間。的一段時(shí)間。 熱著火理論中的定義熱著火理論中的定義：可燃體系在已滿足熱著：可燃體系在已滿足熱著 火條件的情況下，由火條件的情況下，由初始狀態(tài)初始狀態(tài)到到溫度開(kāi)始驟然溫度開(kāi)始驟然 上升上升瞬間所需要的時(shí)間。瞬間所需要的時(shí)間。 著火感應(yīng)期的著火感應(yīng)期的存在原因存在原因：可燃體系在

17、著火前由：可燃體系在著火前由 低溫化學(xué)反應(yīng)到高溫燃燒反應(yīng)，需要有個(gè)低溫化學(xué)反應(yīng)到高溫燃燒反應(yīng)，需要有個(gè)熱量熱量 逐漸積累、溫度逐漸上升過(guò)程逐漸積累、溫度逐漸上升過(guò)程，反應(yīng)才能自動(dòng)，反應(yīng)才能自動(dòng) 加速，而這個(gè)過(guò)程是需要時(shí)間的。加速，而這個(gè)過(guò)程是需要時(shí)間的。 T q l q a b c T0Tc T Tc t （一）（一）T-tT-t曲線圖曲線圖 四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期四、熱自燃理論中的著火感應(yīng)期 理論分析理論分析 基本出發(fā)點(diǎn)：基本出發(fā)點(diǎn)： 理論：理論： 謝氏理論：謝氏理論： 自熱體系能否著火取決于其自熱體系能否著火取決于其 放熱因素放熱因素和和散熱因素散熱因素的相互關(guān)系的相互關(guān)系 自熱體系能否著火，取決于自熱體系能否著火，取