После преобразования получим

(6)

Как видно из уравнения (6), числа в его числителе есть коэффициенты при кислороде в уравнениях реакций горения. Поэтому если в составе газа будут другие горючие компоненты, они могут быть поставлены в уравнение (6) с коэффициентами, взятыми из их уравнений горения.

Пример 4. Определить объем воздуха при 15°С и давлении 101325 Па, необходимый для сгорания 1 м³ природного газа, содер­жащего 86,5% СН₄; 3% С₂Н₆; 1% С₃Н₈; 7,3% СО₂ и 2,2% N₂. Определяем коэффициенты для этана и пропана

С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + ЗН₂О С₃Н₈ + 5О₂ =. ЗСО₂ + 4Н₂О

Объем воздуха определяем по уравнению (6)

м³.

Приводим объем к заданной температуре (уравнение 2)

м³.

Практически при горении во время пожара расходуется воздуха значительно больше теоретически необходимого. Разность между количеством воздуха, практически расходуемым на горение, и теоретически необходимым, называется избытком воздуха. Отношение же количества воздуха, практически расходуемого на горение (V_B.np), к теоретически необходимому называется коэффициентом избытка воздуха и обозначается

. (7)

Таким образом, в условиях пожара, когда горение протекает с естественным притоком воздуха, коэффициент избытка воздуха в большинстве случаев больше единицы и колеблется в широких пределах (2—20 и выше). Коэффициент избытка воздуха можно определить по составу продуктов сгорания, если произвести их газовый анализ. Учитывая, что концентрация кислорода в воздухе составляет 21% (об.), а процентное содержание свободного кислорода в продуктах сгорания определится из анализа, можно легко найти коэффициент избытка воздуха

(8).

Лекция

Продукты сгорания. Дым

Продуктами сгорания называют газообразные, жидкие и твердые вещества, образующиеся в результате соединения горючего вещества с кислородом в процессе горения. Состав их зависит от состава горящего вещества и условий его горения. В условиях пожара чаще всего горят органические вещества (древесина, ткани, бензин, керосин, резина и др.), в состав которых входят главным образом углерод, водород, кислород и азот. При горении их в достаточном количестве воздуха и при высокой тем­пературе образуются продукты полного сгорания: СО₂, Н₂О, N₂. При горении в недостаточном количестве воздуха или при низкой температуре кроме продуктов полного сгорания образуются продукты неполного сгорания: СО, С (сажа).

Продукты сгорания называют влажными, если при расчете их состава учитывают содержание паров воды, и сухими, если содержание паров воды не входит в расчетные формулы.

Реже во время пожара горят неорганические вещества, такие как сера, фосфор, натрий, калий, кальций, алюминий, титан, магний и др. Продуктами сгорания их в большинстве случаев являются твердые вещества, например Р2О5, Na₂O₂, CaO, MgO. Образуются они в дисперсном состоянии, поэтому поднимаются в воздух в виде плотного дыма. Продукты сгорания алюминия, титана и других металлов в процессе горения находятся в расплавленном состоянии.

Дым представляет собой дисперсную систему, состоящую из мельчайших твердых частиц, взвешенных в смеси продуктов сгорания с воздухом. Диаметр частиц дыма колеблется от 1 до 0,01 мкм. Объем дыма, образующегося при горении единицы массы (кг) или объема (м³) горючего вещества в теоретически необходимом объеме воздуха (а=1), приведен ниже:

Горючее вещество	Объем дыма, м3/кг	Горючее вещество	Объем дыма, мЗ/мЗ
Ацетон	8,14	Ацетилен	12,40
Бензин	2,59	Бутан	33,44
Бумага	4,21	Водород	2,88
Древесина (сосна): Воздушносухая (W = 20%) в конструкциях зданий	4,40 4,90	Метан	10,52
Природный газ (W = 7%)	10,40	Оксид углерода	2,88
Керосин	12,80	Пропан	25,80
Резина	10,82	Этан	18,16

В составе дыма, образующегося на пожарах при горении органических веществ, кроме продуктов полного и неполного сгорания, содержатся продукты термоокислительного разложения горючих веществ. Образуются они при нагреве еще негорящих горючих веществ, находящихся в среде воздуха или дыма, содержащего кислород. Обычно это происходит перед факелом пламени или в верхних частях помещений, где находятся нагретые продукты сгорания.

Состав продуктов термоокислительного разложения зависит от природы горючих веществ, температуры и условий контакта с окислителем. Так, исследования показывают, что при термоокислительном разложении горючих веществ, в молекулах которых содержатся гидроксильные группы, всегда образуется вода. Если в составе горючих веществ находятся углерод, водород и кислород, продуктами термоокислительного разложения чаще всего являются углеводороды, спирты, альдегиды, кетоны и органические кислоты. Если в составе горючих веществ, кроме перечисленных элементов, есть хлор или азот, то в дыме находятся также хлористый и цианистый водород, оксиды азота и другие соединения. Так, в дыме, при горении капрона, содержится цианистый водород, при горении линолеума «Релин» — сероводород, диоксид серы, при горении органического стекла — оксиды азота. Продукты неполного сгорания и термоокислительного разложения, в большинстве случаев являются токсичными веществами, поэтому тушение пожаров в помещениях производят только в кислородных изолирующих противогазах.

Вид формулы для расчета объема продуктов полного сгорания при теоретически необходимом количестве воздуха зависит от состава горючего вещества.

Горючее вещество — индивидуальное химическое соединение. В этом случае расчет ведут, исходя из уравнения реакции горения. Объем влажных продуктов сгорания единицы массы (кг) горючего вещества при нормальных условиях рассчитывают по формуле

, (9)

где Vn,c — объем влажных продуктов сгорания, м³/кг; m(co₂). M(h₂O), m(N₂). m_гор. — число киломолей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего вещества в уравнении реакции горения; М — масса горючего вещества, численно равная молекулярной массе, кг.

Пример 5. Определить объем сухих продуктов сгорания 1 кг ацетона при нормальных условиях. Составляем уравнение реакции горения ацетона в воздухе

СН₃СОСН₃ + 4О₂ + 4 • 3,76N₂ = ЗСО₂ + ЗН₂О + 4 • 3,76N₂

Определяем объем сухих продуктов сгорания ацетона

м³/кг.

Объем влажных продуктов сгорания 1 м³ горючего вещества (газа) можно рассчитать по формуле

(10),

где Vn.c — объем влажных продуктов сгорания 1 m^s горючего газа, м³/м³; т(со₂); т(Н₂О), m(N₂), т_гор. — число молей диоксида углерода, паров воды, азота и горючего газа.

Пример 6. Определить объем влажных продуктов сгорания 1 м³ метана. Составляем уравнение горения метана в воздухе

СН₄ + 2О₂+ 2-3,76N₂ = СО₂+ 2Н₂О + 2-3,76N₂