Тепловой взрыв и самовоспламенение
- Подробности
- Категория: Ответы к экзамену по производственной безопасности
- Просмотров: 325
Особенностью протекания экзотермических реакций является потенциальная возможность разогрева реагирующей массы за счет тепла реакции. В этом случае происходит непрерывное увеличение скорости реакции, и процесс приобретает характер взрыва. Т.к. причиной ускорения реакции является тепловыделение в ходе реакции, это явление называют тепловой взрыв или самовоспламенение. Условием протекания экзотермической реакции под пределом теплового взрыва является равенство теплопередачи от реагентов в стенку аппарата скорости тепловыделения в ходе реакции. Критические условия на границе перехода реакции во взрыв могут быть оценены для аппаратов идеального перемешивания с помощью критерия Семенова
или критерия Франк–Каменецкого для аппаратов, в которых теплообмен лимитируется кондуктивным переносом тепла по реагирующему веществу,
(для цилиндра δ = 2, для шара δ = 3,32)
здесь Е – энергия активации химической реакции, Дж/моль;
А – предэкспонент
Сi – концентрация i–вещества в смеси, моль/м3;
Т – температура реагирующей среды, К;
Vc – объем сосуда, м3;
Sс – поверхность сосуда, м2;
rс – радиус сосуда, м;
n – порядок реакции;
R – универсальная газовая постоянная, 8,314 Дж/моль∙град;
e – основание натурального логарифма;
qр – теплота реакции, Дж/моль;
α – коэффициент теплопередачи, вт/м2∙град;
λ – коэффициент теплопроводности, вт/м∙град.
Анализ формул показывает, что самовоспламенение реагирующих с выделением тепла веществ может произойти по следующим причинам.
1. Увеличение температуры в реакторе выше критического значения. Т.к. зависимость скорости реакции от температуры носит показательный характер, а теплопередачи линейный, с ростом температуры тепловыделение начинает обгонять теплоотвод и происходит самовоспламенение.
2. Увеличение концентрации реагентов ведет к росту скорости реакции при практически постоянном теплоотводе, что при достижении критических условий приводит к потере теплового равновесия и взрыву.
3. Увеличение диаметра реактора также приводит к тепловому взрыву, т.к. тепловыделение пропорционально объему сосуда, а теплоотвод – поверхности. С увеличением диаметра реактора его объем растет быстрее поверхности и тепловыделение становится больше теплоотвода.