Lekcje Chemii

Granice i parametry wybuchowości związane z gazami

Aby zaistniało spalanie w układzie musi znaleźć się:

• paliwo,
• utleniacz,
• energia do zainicjowania procesu.

W praktyce chemicznej rolę substratów mogą przyjmować różne substancje. Do palnych gazów zaliczamy:

• metan,
• etan,
• propan,
• butan,
• acetylen,
• etylen,
• opary alkoholi,
• organiczne ciecze lotne,
• wodór,
• amoniak,
• siarkowodór,
• disiarczek węgla,
• tlenek węgla (II),
• i inne.

Poza tlenem z powietrza rolę utleniacza mogą przejąć grupy bogate w tlen (azotanowe, nitrowe, chloranowe i inne), chlorowce (fluor, chlor, brom), a także siarka.

Źródłem zapłonu mogą stać się różne postacie energii cieplnej i różne przemiany energetyczne. Najczęściej jest to otwarty ogień, gorąca powierzchnia lub iskra.

Wybuch

Wybuchem nazywamy zjawisko szybkiego, nie kontrolowanego przejścia układu z jednego stanu równowagi w drugi, połączone z wyzwoleniem w krótkim czasie (ułamek sekundy) znacznej ilości energii w postaci pracy mechanicznej.

Zapłon oraz następujące po nim samoczynne przemieszczenie się płomienia w mieszaninach gazowych jest możliwe w pewnym zakresie stężeń obu substratów reakcji, określonym przez dolną i górną granicę wybuchowości.

Dolna granica wybuchowości jest to najniższe stężenie gazu palnego w powietrzu, przy którym następuje zapłon mieszaniny i płomień przemieszcza się.

Górna granica wybuchowości jest to najwyższe stężenie gazu palnego w powietrzu, przy którym następuje zapłon mieszaniny i płomień przemieszcza się.

W pobliżu granicy palności wybuch jest „łagodny”. W przedziale pomiędzy granicami wybuchowości znajduje się punkt odpowiadający stężeniu mieszaniny stechiometrycznej, w której stosunek obu substratów odpowiada teoretycznemu równaniu całkowitego spalania. Po zainicjowaniu reakcji w mieszaninie o takim składzie gazy osiągają maksymalne ciśnienie. O gwałtowności wybuchu zadecyduje prędkość spalania i dynamika wzrostu ciśnienia.

Atmosfera ochronna

Zapobieganie wybuchom gazów jest konieczne ze względu na bezpieczeństwo człowieka i przyrody.   Aby zapobiegać wybuchom gazów stosuje się atmosferę ochronną, czyli taki skład fazy gazowej, w którym stężenie tlenu (lub innego gazu utleniającego, np. Cl₂) jest niewystarczające do wytworzenia mieszaniny wybuchowej. Jest to jednoznaczne z obniżeniem stężenia tlenu poniżej wartości C_O2min (minimalna zawartość tlenu w mieszaninie z gazem palnym i azotem, przy której mieszanina ta ulega zapłonowi i płomień przemieszcza się). W praktyce stosuje się połowę minimalnego stężenia tlenu.

Do wytwarzania atmosfery ochronnej stosuje się azot, dwutlenek węgla lub mieszaninę tych gazów – gazy spalinowe. W specjalnych wypadkach stosuje się gazy szlachetne lub środki gaśnicze.

Z notatek szkolnych