Шаң әуе қосындыларының тұтануы, жануы және жарылуы

1.4.3 Шаң әуе қосындыларының тұтануы, жануы және жарылуы

Шаң әуе қосындыларының тұтануы, жануы және жарылуы күрделі кешенділігін көрсетеді. Сонымен қатар ол физико-химиялық процесстермен өзара байланысын көрсетеді.

Жалындап тұтану деп тұтанып жанудың пайда болу процесін айтамыз.

Жану – бұл ауада жанғыш бөліктердің қышқылданып химиялық реакциясын айтамыз. Ол жылу бөліп, жалын пайда болады және газ тәріздес жану өнімдерін құрайды. Сонымен қатар оттың жайылу жылдамдылығы дыбыс жылдамдылығынан аспайды. Егерде шаңауа қосындыларының жануында тығыздалған газдар қаралса, механикалық жұмысты жасауға қабілеттері артады, онда бұл жануды жарылыс немесе дефлаграционды жану деп атайды.

Шаң жарылысы – бұл жарылыс (дефлаграционды) жанудың бақыланбайтын процесі болады.

Шаң әуе қосындаларының газ тәріздестерден жану ерекшеліктернің айырмашылықтары, бұл жанғыш және қышқылдану арасындағы өзара әрекеттері тек жоғарғы химиялық белсенді фазалар жүйесінің бөлімдерінде жүзеге асырылады. Сонымен қатар бастапқы заттардың соңғы өнімге айналу жылдамдылығы тек химиялық процестермен анықталмайды, сонымен қатар масса айырбастау процестерімен де анықталады. Ол диффузия, конвекция, жылу өткізгіш және сәулелендіру нәтижелерінде пайда болады.

Жылылулық теориясына сәйкес Шаң әуе қосындыларының тұтану және жану процестері келесідей негізгі этаптардан жасалады. Тұтану көздеріне жақын орналасқан шаң бөліктері, газдану (жылудың ыдырауы) температурасына дейін қызады. Сонымен қатар бұл температурада жоғарғы қабатта газ тәріздесжәне бу тәріздес өнімдер бөлінеді, арнайы бөліктерден бу-газ ауаларында бұлттарды құрайды, олар белгілі концентрация және температура жағдайларында тұтанып жанып кетеді.

Осындай Шаң әуе қосындыларының тұтану және жануы тек сәйкес концентрация диопозонда ғана болуы мүмкін. Қазіргі уақытта тұтану процесінің есептеулері инженерлік әдістерге ғылыми негізделген, Шаң әуе қосындыларының жану және жарылу әдістері қазірге өңделмеген.

Шаң жарылысының негізгі параметрлері —максимальды қысым, оның өсу жылдамдылығы, оттың таратылу жылдамдылығы және жарылыс өнімдерінің температурасы – шаңның физико- химиялық сипатына және оның жану жағдайына байланысты болады.

Шаң әуе қосындаларының жарылыс қауіпсізділігі жанғыш заттардың концентрациясына байланысты болады. Егерде оны концентрациясы жанудың шектілігіне сәйкес төмен немесе жоғары болса, онда тұтану көздерінде де өзінше таратылудың тұрақты жану процесінде шаң бұлттары пайда болмайды. Бірінші жағдайда жалын байланыс зонасынан жану көздеріне Шаң әуе қосындыларының барлық көлемі бойынша таратылуы мүмкін емес, ол арнайы бөліктер арасында қашықтықтардың үлкен болуынан болады. Екінші жағдайда- Шаң әуе қосындысының жанбауы онда кислородтың жетіспеуінен болады, ол қышқылдану процесін жылдамдатып және оны бір қалыпты ұстап тұруға қажет.

Концентрация барысында, жанғыш және қышқылдану стехиометрикалық қатынасына сәйкес, Шаң әуе қосындыларының жануы жабық көлемде қысымы максимальды көлемде көтеріледі. Жартылай жабық көлемде қысымның көлемі ашық орындарының көлеміне байланысты, ол арқылы газ тәріздес өнімдер шығып отырады.

Осы және басқа да жағдайларда қысым қалыпты көлемнен асып кетуі мүмкін, конструкцияның қаттылығын анықтайтындар, бункердің, аппараттардың, ғимарат пен жабдықтардың құлауына алып келеді, олардың көлемінде шаң жарылысы болды.

Шаң әуе қосындыларының жануында бос (шексіз) көлемде немесе басқа жағдайда жалпы көлемнің кішкене бөлігін қамтиды, себебі газ тәріздес өнімдердің жануы барлық жақтарға кеңінен жайылады.

Шаң әуе қосындыларының жабық немесе жартылай жабық созылмалы көлемдерде (тунельдерде, галереяларда, немесе трубаларда) жануында от жалының таратылу жылдамдылығы дауысталып келуі мүмкін, сонымен қатар бірден қысымы көтеріліп және қатты соққының толқыны пайда болады. Іс-жүзінде детонационды белгілі жағдайларда Шаң әуе қосындыларының дефлаграционды жануына өту туралы тәжірибелі мәліметтер бар, бұл прцесте бастапқы өнімдер реакцияланады да соңында ортада дауыстық жылдамдықпен кеңінен таратылады, олар кейбір кезде секундына бірнеше мыңдаған метрлерге жетеді.

Қатты фаза аэрозолында заттардың химиялық құрамы, жану процесіне қатысатын, жанудың жылулығын анықтайтын, температура құрамы және өнімдердің жану көлемі, тұтанудың концентрационды шектілігі, жарылыстың максимальды қысымы және оның жылдамдығының өсуі (басқа да тең жағдайларда).

Шаң ылғалдылығы Шаң әуе қосындысының жануын төмендетеді және шаң жарылысының энергетикалық сипатын төмендейді. Жану көздерінің жылу энергиясының бөлігі суды буландыруға жұмсалады, ол жанудың минимальды энергиясын жоғарлатады.

Ылғал шаңның жануында жылудың жартысы суды буландыруға жұмсалады, ол болса өнімдердің жану температурасын, жарылыстың барынша қысымын және оның өсу жылдамдылығые төмендетеді. Белгілі әр шаң түрлері үшін Шаң әуе қосындылары жарылысқа қауіпсіз болады.

Шаң ылғалдылығының жоғарлауы арнайы бөліктерде электризациялау жағдайын нашарлатады, шаң бұлттарында электросатистикалық зарядтардың жинақталу мүмкіндігін төмендетеді.

Шаңда инертті қосулардың (жанбайтын бөліктер) болуы, мысалы, кремнийдің екіқышықылы, жану процесінің энергетикалық параметрлерін төмендетеді, тұтанудың концентрационды облысын қысды, жанудың жылдамдылығын және газ тәріздес өнімдердің температурасын төмендетеді, тұтану қосындыларының минимальды энергиясын жоғарлатады.

Шаң жарылысының пайда болу динамикасы және дамуы тұтану көздеріне байланысты болады. Тұтану көздерінің күштілігі және температурасы, жоғардағы байланыс көлемдері және Шаң әуе қосындыларының тұтанумын байланысының ұзақтылығы белсенді орталықтардың санын анықтайды, сонымен қатар жану реакцияларының тізбектілігінің дамуына сәйкес интенсивтілігін қамтамасыз етеді.

Тұтану көздерінің және оның жоғарыда жану ауданының, күштіліктің жоғарлауы жанудың төменгі концентрационды шектілігін төмендетеді. Ол шаң бұлттарының барлық көлемі бойынша жанудың жылдамдылығын өсуін қамтамасыз етіп, шаң жарылысының индукционды кезеңін қысқартады.

Тұтану көздерінің орналасқан жері, оның пішіні немесе типтері Шаң әуе қосындыларының жануының жоғарғы фронтында геометриялық параметрлері анықталады және көлем бойынша жалынның таратылу көрсетіліп, шаң жарылыс динамикасының дамуына әсер етеді.

Шаң әуе қосындыларының газтермодинамикалық сипаты басқа да тең жағдайларда жанудың алдында жүйелі жағдайларын және шаңның жану процесінің ағымын анықтайтын болады. Мысалға, шаңауа өосындыларының турбулизациясы жарылыс қысымының жылдамдылығын арттырады, толықтай жануды жоғарлатады, газ пішінді өнімдер жарырылысының қысымын және температурасын барынша арттырады. Шаң әуе қосындылардың қозғалыс жылдамдылығының өсуі тұтану көздеріне қатысты оның жануының қажетті энергиясын үлкейтеді.

Тұйықталған көлемде диапозон көрсеткіштері 1-ден 1000м³ дейін шаң жарылыс динамикасын зерттеулерде, жарылыс қысымының өсу жылдамдылығы көлем бойынша ұлғайғанда кубик заңдары бойынша азайтылады:

Шаң әуе қосындыларының жану барысында аз көлемде жарылыстың максимальды қысымы жылуды жоғалту үлесінің деңгейі жоғары болғандықтан төмен болуы мүмкін. Сонымен қатар үлкен көлемге қарағанда жану толықтай болмайды. Шаң әуе қосындыларының интенсивті қозғалысының мүмкінділігі үлкен көлемде оның толықтай жануын және сәйкесінше жылу бөлінуін анықтайды.

Шаң әуе қосындыларының тұтану, жану және жарылыста белгілі ерекшеліктерінің іс-шараларын, яғни жарылысты ескерту және өндіріс жабдықтарын жарылыстан қорғау және мақтаны өңдеу бойынша кәсіпорынды жарақтандыру шараларын өңдеу барысында көрсеткіштердің ерекшеліктерін меңгеру қажет.

Берілген өндірісте келесідей заттар мен материалдар айналыста жүреді:

Таралып майдаланған мақта, жанғыш заттар, өзінен өзі жануға икемді. Үлгінің дисперстілігі 44 мкм өзінен жану температурасы аэроөлшемде 560 ^ОС, ал тұтанып шоқтану температурасы 350 ^ОС, төменгі концентрация шектілігі 100 г/м³ .(нижн. конц. предел. расп. пл. 100 г/м³)

Қорытынды: Төртінші бөлімде шаң қасиеттерінің сипаты және олардың салмақты жағдайға өту қасиеттері қарастырылған. Шаңның негізгі физико-химиялық сипаты – химиялық және дисперсті құрам, бөлікті пішін, үлестің тығыздылығы, көлемнің тығыздылығы жылу өткізгіштік, ылғалдылық, электрлі, қимылды, жабыспақ, адсорбционды қабілеттілігі, өрт жарылысының көрсеткіштері жатады. Химиялық құрамы. Шаң жаратылысының түрлері бойынша. Дисперсті құрам. Бөліктердің жоғарғы үлесі. Шынайы тығыздылығы. Көлем тығыздылығы. Ылғалдылық. Электр өткіәзгіштік. Өрт жарылыс қауіпінде шаңдардың және шаң әуе қосындыларының көрсеткіштері: өрт жарылыс қауіптілігі, жанғыштық, тұтану температурасы, жалындау, шаң әуе қосындыларының жануы мен жарылуы.