توضیحات

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

  مقاله در مورد احتراق دارای 69 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد احتراق  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد احتراق،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد


بخشی از متن مقاله در مورد احتراق :

احتراق عبارت است از اكسیداسیون سریع مواد، همراه با آزاد شدن سریع انرژی.
یكی از تعاریف اكسیداسیون عبارت است از تركیب شیمیایی یك ماده با اكسیژن. تعریف دیگر اكسیداسیون چنین است: واكنش شیمیایی كه شامل اكسیژن باشد، به طوریكه یك یا تعداد بیشتری از مواد با اكسیژن تركیب شوند.

افروزش
برای آغاز این فرآیند به یك منبع تولید گرما، مواد سوختی و هوا نیاز است. مواد از نظر قابلیت شعله وری متفاوت اند و خصوصیات فیزیكی و شیمیایی در این موضوع مؤثر است. مثلاً موادی كه به شكل ورقه ای هستند، فوم ها و یا یك تكه پارچه خیلی ساده تر از بلوكهای ضخیم مواد جامد آتش می‌گیرند. طبق تعریف، آغاز فرآیند سوختن را افروزش می‌نامند. برای پایین آوردن قابلیت افروزش مواد در مقابل منابع كوچك تولید گرما می‌توان كارهایی انجام داد اما اینها لزوماً بر روی سرعت سوختن این مواد مؤثر نخواهد بود.

آتش (حریق)
ساده ترین تعریف احتراق، چیزی است كه به آن آتش اطلاق می‌شود و عبارت است از تركیب شیمیایی سریع مواد با اكسیژن كه هم نور و هم گرما تولید می‌كند. شعله ور شدن (مشتعل شدن) و سوختن همراه با دود (سوختن سطحی) دو نوع احتراق هستند كه ممكن است اتفاق بیفتند.
برای انجام شدن عمل احتراق باید یك اكسید كننده موجود باشد. تقریباً همه آتشها با اكسیژن موجود در اتمسفر به عنوان عامل اكسیدكننده انجام می‌گیرد، اما اكسیدكننده های دیگری نیز موجود است.

بیشتر این اكسیدكننده ها زمانی كه در معرض حرارت، فشار یا هر دوی آنها قرار می‌گیرند  اكسیژن آزاد می‌كنند. علاوه بر آن اكسیدكننده های دیگری نیز وجود دارد مثل هالوژنها (فلوئور، كلر، برم و ید) كه احتراق را تقویت می‌نماید، اما در اینجا فقط احتراق با اكسیژن هوا مورد بحث است.
سوختن و بیشتر انفجارها، نمونه هایی از واكنشهای شیمیایی هستند كه از آنها به عنوان آتش (حریق) نام برده می‌شود و در واقع واكنشهای شیمیایی هستند كه شامل اكسیداسیون سریع مواد است. با وجود این، سرعت این واكنشها ممكن است صدها یا هزاران مرتبه سریعتر از یك حریق باشد. به عبارت ساده تر، سوختن واكنش اكسیداسیونی است كه به طور قابل توجهی سریعتر از حریق است، اما آهسته تر از انفجار است.

مثلث آتش
این تئوری به صورت یك مثلث ارائه گردیده است. به دلیل اینكه سه جزء (وجه) اصلی در آن وجود دارد و مثلث یك شكل بسته است كه نمایانگر یك سیستم بسته می‌باشد. قسمتی از تئوری تأكید دارد كه برای اینكه یك آتش موجود باشد بسته بودن سیستم الزامی‌است بدین معنی كه اگر یكی از سه وجه مثلث در تماس با وجه بعدی نباشد وقوع حریق ممكن نیست. در شكل (1 ـ 1) مثلث آتش نشان داده شده است.

                              سوخت                      انرژی
                        
                            اكسیدكننده

شكل ( 1ـ 1) مثلث آتش
یك روش دیگر برای بیان تئوری مثلث آتش این است كه بگوییم این سه فاكتور باید همزمان موجود باشد تا آتش وجود داشته باشد، همچنین شكل و مقدار مناسبی هم داشته باشند.
اگرچه اكسیژن هوا متداولترین اكسیدكننده هاست ولی اكسیژن به فرمهای دیگر نیز وجود دارد به علاوه هالوژنها نیز جزء اكسیدكننده ها محسوب می‌شوند. به همین ترتیب،
اگر چه گرما متداولترین فرم انرژی به عنوان منبع اشتعال است ولی باید توجه داشت كه فرمهای دیگر انرژی (نورانی، شیمیایی، الكتریكی، مكانیكی و هسته ای) نیز می‌توانند شروع كننده آتش باشند (در صورت وجود سوخت و اكسیدكننده).

به طور خلاصه، این تئوری می‌گوید؛ اگر سوخت، اكسیدكننده و انرژی به مقدار مناسب و شكل دلخواه به طور همزمان كنار یكدیگر آورده شوند، حریق (آتش) اتفاق خواهد افتاد. در مورد سوخت باید به این نكته توجه داشت كه نه تنها سوخت باید موجود باشد، بلكه باید فرم صحیح و مناسبی نیز داشته باشد. در واقع سوخت باید به صورت بخار یا گازی شكل باشد تا سوختن اتفاق بیفتند و نیز سوخت باید به مقدار كافی در دسترس باشد، كه در این صورت به آن سوخت قابل اشتعال می‌گویند (سوخت باید در محدوده شعله وری قرار داشته باشد).

محدوده شعله وری
محدوده شعله وری عبارت است از درصد سوخت به صورت گاز یا بخار در هوا، كه بین بالاترین و پایین ترین حد شعله وری قرار دارد. بالاترین حد شعله وری ماكزیمم درصد سوخت به صورت گاز بخار در داخل هواست كه بیشتر از این درصد، احتراق صورت نمی‌گیرد (در این حالت مخلوط را غنی می‌گویند). حد پایین شعله وری عبارت است از می‌نیمم درصد سوخت به صورت گاز یا بخار در  هوا، به طوریكه پایین تر از این درصد احتراق صورت نمی‌گیرد (در این حالت مخلوط را ضعیف می‌گویند).

درجه حرارت افروزش
انرژی مورد بحث در مثلث آتش به صورت زیر تعریف می‌شود.
مقدار انرژی لازم برای افزایش درجه حرارت سوخت كه به درجه حرارت افروزش (اشتعال) برسد. درجه حرارت افروزش عبارت است از می‌نمیمم درجه حرارتی كه سوخت می‌تواند داشته باشد قبل از اینكه مشعل شود.

پیشگیری و محافظت در برابر حریق
برای پیشگیری از حریق قبل از هر چیزی باید به این نكته توجه داشت كه علت اصلی برای بسیاری از آتش سوزی ها وجود یك منبع كوچك تولید گرماست، بنابراین دور كردن منابع شناخته شده تولید آتش، از مواد قابل احتراق كاری ضروری است. در جاهایی كه نمی‌توان چنین كاری را كرد، مانند افتادن ته سیگار نیم سوخته بر روی اثاث داخل ساختمان، مواد موجود باید سریعاً دچار آتش سوزی نشوند و جنس آنها طوری باشد كه حتی در صورت دچار شدن به آن، آتش به سرعت گسترش نیابد.

اگر بتوان جلوی افروزش مواد را گرفت هیچ آتش سوزی اتفاق نمی‌افتد. پس یكی از اقدامات اساسی محافظت در مقابل آتش همین مسأله (افروزش مواد) است.
همچنین باید توجه داشت كه كار كردن با مواد غیرقابل سوختن در تمام شرایط
امكان پذیر نیست و در عمل موجب محدودیت هایی می‌شود. اغلب كافی است كه این مواد غیرقابل اشتعال بوده و یا در صورت مشعل شدن، استعداد آنها برای گسترش آتش محدود باشد. با انجام آزمایشهایی مثل سرعت آزاد شدن حرارت و ; می‌توان این موضوع را مورد بررسی قرار داد.

در ضمن دوده و بخارات سمی‌حاصل از احتراق بااهمیت تر از خود آتش در مسأله محافظت در مقابل آتش به حساب می‌آید. آلودگی اصلی از احتراق عمدتاً ناشی از گاز منواكسیدكربن (CO) است. با وجود این بعضی از مواد پلیمری، مواد سمی‌چون سیانید هیدروژن (HCN) و اسید كلریدریك (HCL) تولید می‌نماید. همچنین در حین احتراق، كندسوزكننده ها (مواد افزودنی برای كاهش خطر آتش سوزی) با عناصر پلیمری تركیب شده و احتمالاً تولید محصولات سعی می‌نماید. آمار تلفات آتش سوزی ها نشانگر این مطلب است كه اكثر تلفات نه بر اثر سوختگی، بلكه ناشی از اثر گازهای سمی‌و ناتوان كننده حاصل از آتش سوزی بوده است. بنابراین تعیین نوع و مقدار این گازها از اهمیت ویژه ای برخوردار است. وسایلی از مواد مصنوعی و پلیمری زیادی در آنها وجود دارد از این نظر بسیار بااهمیت است.

مقابله با آتش
معمولی ترین روش خاموش كردن آتش، خارج كردن وجه انرژی از مثلث آتش است. بهترین راه آن این است كه گرما (انرژی) را، به وسیله خنك كردن سوخت تا زیر درجه حرارت افروزش با استفاده از آب، از نزدیكی سوخت دور كنیم. راههای دیگری نیز برای خنك كردن آتش وجود دارد. در بعضی از مواقع، آب نمی‌تواند به عنوان یك عامل خاموش كننده آتش به كار رود، مثل آتش (سیمهای الكتریكی باردار) یا آتشی كه شامل موادی باشد كه با آب واكنش دهد.

و برای خاموش كردن آتشهایی كه شامل پلاستیكها است نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. در بعضی مواقع، گرمای جذب شده توسط پلاستیكها ممكن است باعث شود آنها به صورت مایع جاری درآیند. در این مواقع استفاده از قطره های ریز آب به صورت اسپری سریعاً مایع را سرد می‌كند و آن را به حالت جامد اولیه برمی‌گرداند، همچنین این آب باعث خاموش شدن آتش نیز می‌شود.
دومین روش خاموش كردن آتشها، براساس ضلع اكسیژن مثلث آتش است. كاربرد كف برای آتشهای مایع، یا استفاده از دی اكسیدكربن  برای آتشهای مواد قابل احتراق كه از رسیدن اكسیژن اتمسفر به آتش جلوگیری می‌نماید، معمول است. استفاده از آب برای محصوركردن یك مایع درحال سوختن (مایع سوختنی باید غیرقابل حل در آب و وزن مخصوص بیشتری از آب داشته باشد) نیز می‌تواند مانع رسیدن اكسیژن به آتش شود. به طور كلی یك مایع یا جامد را می‌توان به هر طریقی پوشش داد كه اكسیژن به آن نرسد. مثلاً انداختن شیء درحال سوختن، در آب و غرق شدن جسم در زیر آب باعث می‌شود سوخت سریعاً سرد شود و اكسیژن نیز به آن نرسد.

سومین روش خاموش كردن آتش، برمبنای تئوری مثلث آتش، خارج نمودن سوخت است. این كار ممكن است سریع و ساده باشد مثل خارج كردن یك ماده سوختنی از یك خانه. یك مثال پیچیده از دور نمودن سوخت، انتقال دادن مایعی است كه درحال سوختن است از یك تانك به تانك دیگر به وسیله لوله ارتباطی، همچنانكه سطح مایع در داخل تانك درحال سوختن كمتر می‌شود، سوخت كمتری در معرض سوختن خواهد بود تا جائیكه تمام مایع از تانك خارج و از طریق لوله ارتباطی وارد تانك دیگر می‌شود. در نتیجه این عمل آتش خاموش می‌شود چون چیزی برای سوختن باقی نمانده است.

پیرولیز
ریشه كلمه پیرولیز از دو كلمه یونانی پیرو به معنای آتش و كلمه لیز به معنای تجزیه كردن گرفته شده است. بنابراین ممكن است پیرولیز به صورت ساده زیر تعریف شود:
تجزیه و شكسته شدن مولكولها بر اثر حرارت
زمانی كه یك ماده پیرولیز پیوندهای كووالانسی داخل مولكولها شكسته می‌شود و معمولاً گرمای زیادی نیز تولید می‌شود و در حقیقت عامل به وجود آورنده آتش همان شكسته شدن سوخت به مواد ساده تر است. پیرولیز كلاسیك (بهترین فرم پیرولیز) زمانی اتفاق می‌افتد كه به یك ماده جامد مثل چوب و دیگر مواد سلولزی حرارت داده می‌شود. اغلب این كار در غیاب هوا صورت می‌گیرد اگرچه در حضور هوا نیز چوب پیرولیز می‌شود. در نتیجه چنین عملی محصولات پیرولیز شده موادی هستند كه در واكنشهای احتراقی سهیم هستند. به عبارت دقیق تر، پیرولیز شكسته شدن پیوندهای كووالانسی تركیبات بر اثر حرارت است. بنابرانی می‌توان چنین استنباط كرد كه مایعات گازهای قابل اشتعال تركیباتی هستند كه دارای پیوند كووالانسی هستند.

نكته قابل توجه در اینجا این است كه مایعات نمی‌سوزند و زمانی كه ترمهایی مثل «قابل اشتعال یا قابل احتراق» همراه مایعات می‌آید فقط به این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرد كه بین دو گروه از مایعات با محدوده نقطه اشتعال متفاوت، فرقی قائل شده باشند. بسیاری از مردم معتقدند كه مایعات قابل اشتعال می‌سوزند، ولی حقیقت این است كه فقط بخار این گونه مایعات می‌سوزد. بنابراین مایع قابل اشتعال یا قابل احتراق مایعی است كه بر اثر سوختن بخار تولید نماید.
مایع قابل اشتعال، مایعی است كه نقطه اشتعال آن كمتر از 100 درجه فارنهایت و مایع قابل احتراق، مایعی است كه نقطه اشتعال آن در حدود 100 درجه فارنهایت و یا بالاتر باشد. نقطه اشتعال به صورت زیر تعریف می‌شود:

می‌نیمم درجه حرارتی كه در آن مایع، بخار كافی تولید نماید كه بتواند یك مخلوط قابل افروزش در نزدیكی سطح مایع یا ظرف به وجود آورد.
مایعات در پایین تر از نقطه جوش خود با سرعت معینی تبخیر می‌شوند و سرعت تبخیر آنها در نقطه جوش به ماكزیمم مقدار خود می‌رسد. بخار تولید شده با هوا تركیب و آماده سوختن می‌شود، اما اگر تئوری چهار وجهی آتش صحیح باشد باید یك مرحله دیگر (تشكیل رادیكالهای آزاد) نیز اتفاق بیفتد. منبع افروزش باعث شكسته شدن مولكولها و تبدیل آنها به مواد ساده تر (رادیكالهای آزاد) می‌شود و زمانی كه سوخت با درصد مناسب (در محدوده شعله وری) با هوا مخلوط می‌شود باید دمای مخلوط تا دمای افروزش سوخت افزایش یابد و در این مرحله است كه حریق شروع می‌شود.

كندسوزكننده ها
كندسوزكننده ها تركیباتی شیمیایی یا مخلوطی از تركیبات شیمیایی است كه به رزین پلاستیكها، تركیبات و مخلوطها اضافه می‌شود تا قابلیت احتراق (آسانی افروزش و سرعت سوختن) مواد را كاهش دهد یا به عبارت دیگر خصوصیات احتراقی را اصلاح نماید. در واقع از آنها به عنوان موادی نام برده می‌شود كه وقتی به ماده دیگری افزوده می‌شوند گسترش شعله را به تأخیر می‌اندازند، كاهش می‌دهند یا اینكه متوقف می‌نمایند. این مواد ممكن است علاوه بر اینكه كندسوزكننده به حساب می‌آیند به طور همزمان به عنوان پركننده یا قالب پذیر نیز عمل نمایند. در حالت ایده آل، كندسوزكننده ها اینطور عمل می‌نمایند كه در درجه حرارتی كمتر از درجه حرارت افروزش ماده مورد نظر، تجزیه می‌شوند و تجزیه این ماده قابلیت افروزش ماده را كاهش می‌دهد و سرعت سوختن را نیز پایین می‌آورد.
بنابراین می‌توان چنین استنباط كرد كه كندسوزكننده ها به دو منظور به رزین پلاستیكها، تركیبات و مخلوطها اضافه می‌شود.
1    به منظور تغییر خصوصیات احتراقی مواد پلاستیكی به طوریكه افروزش آنها مشكلتر شود.
2    فقط یك بار افروزش اتفاق بیفتد و كندسوزكننده باعث شود آتش خاموش شود یا اینكه باعث شود مواد به آهستگی بسوزند به طوریكه گسترش شعله، سرعت آزاد شدن حرارت یا هر دوی آنها به طور قابل ملاحظه ای كاهش یابند.

اگر اضافه نمودن كندسوزكننده به پلاستیكها، كلاً از افروزش ماده جلوگیری نماید یا اینكه فقط یك بار افروزش اتفاق بیفتد و آتش خاموش شود حالت ایده آل خواهد بود. ولی این امر معمولاً به خاطر طبیعت شیمیایی و فیزیكی كندسوزكننده ها اتفاق نمی‌افتد اگرچه ممكن است كندسوزكننده ها به طور مطلوبی خصوصیات احتراقی پلاستیكها را اصلاح نمایند ولی باعث می‌شوند خصوصیات دیگر ماده پلاستیكی كه به آن اضافه شده اند به مقدار خیلی زیادی بدتر شود كه در این صورت تركیب پلاستیكی همراه كندسوزكننده برای استفاده ای كه قبلاً از آن انتظار می‌رفت مناسب نخواهد بود.
به طور كلی یك كندسوزكننده ایده آل، ماده ای است كه دارای ویژگیهای زیر باشد:
1    با درصد كم هم در تركیب مورد نظر مؤثر واقع شود.
2    درعین بی خطر بودن ماكزیمم خاصیت كندسوزكننده را داشته باشد.
3    با تركیب موردنظر كاملاً سازگار باشد.
4    در تمام دستگاهها و تجهیزات فرآیندی معمول مخصوص ترموپلاستیكها به راحتی مورد فرآیند قرار گیرد.
5    در درجه حرارتهای نسبتاً بالا مقاوم باشد به طوریكه در ضمن فرآیند تهیه تجزیه نشود ولی قبل از آتش گرفتن ماده اصلی تجزیه شود.
6    زمانی كه در تركیب موردنظر قرار می‌گیرد تبخیر نشود.
7    در ضمن فرآیند تهیه یا زمانی كه به عنوان كندسوزكننده عمل می‌نماید محصولات فرعی خطرناك تولید نكند.
8    خصوصیات دیگر ماده پلاستیكی را تغییر ندهد.
9    محصول نهایی خصوصیات ظاهری مناسب خود را حفظ نماید.
10- به راحتی به رنگ مورد دلخواه محصول نهایی درآید (رنگ پذیر باشد).
11- ارزان باشد.

انواع كندسوزكننده ها
كندسوزكننده ها به دو گروه افزودنی و واكنشی تقسیم می‌شوند و در داخل این طبقه بندی، زیر مجموعه دیگری نیز قرار دارد كه نوع شیمیایی است.
كندسوزكننده های افزودنی

نمونه ای از این كندسوزكننده ها عبارتند از:
هیدروكسید منیزیم، فسفات آمونیوم، تری هیدرات آلومینیوم (هیدروكسید آلومینیوم)، پارافین كلرینه شده، پارافین برمینه شده، بورات روی، اكسید آنتیموان، پلی استایرن
برمینه شده، پلی اتیلن كلرینه شده، پلی وینیل كلراید (پی.وی. سی) و ;
كندسوزكننده های افزودنی موادی هستند كه وقتی به رزین پلاستیك یا تركیب اضافه یا با آن مخلوط می‌شوند خصوصیات احتراقی پلیمر موردنظر، جسم مركب یا رزین را تغییر می‌دهند. این كار ممكن است در مرحله تركیب نمودن (آمیختن)، زمانی كه مواد دیگری مثل پایداركننده ها، پركننده ها، رنگ پذیركننده ها یا قالب پذیر كننده ها اضافه می‌شوند، انجام شود. این نوع كندسوزكننده ها به طور یكنواخت در داخل ماده پلاستیكی پخش می‌شوند و معمولاً این كار در یك فرآیند ساده اختلاط انجام می‌شود و هیچگونه واكنش شیمیایی بین كندسوزكننده و ماده پلاستیكی در این مرحله صورت نمی‌گیرد. تركیب بدست آمده كه به حالت ذوب شده (نرم شده) درآمده به فرم دانه های مكعبی یا قرصی شكل درمی‌آید یا اینكه اجازه داده می‌شود به فرم
پودری شكل باقی بماند كه در چنین حالتی یك مخلوط فیزیكی ساده داریم و ماده مورد نظر تركیب شیمیایی جدیدی نخواهد داشت. در واقع همین موضوع اختلاف اساسی بین كندسوزكننده های افزودنی و واكنشی است.

بعضی از پلیمرها، مخصوصاً آنهایی كه شامل هالوژنها هستند و به سختی می‌سوزند ممكن است برای اصلاح خصوصیات احتراقی به پلیمرهای دیگر اضافه شوند و تركیبات آلیاژی را به وجود آورند. زمانی كه این مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد پلیمرهای هالوژن به عنوان كندسوزكننده عمل می‌نمایند.
كندسوزكننده های واكنشی
نمونه ای از این كندسوزكننده ها عبارتند از:
تترابرموفتالئیك بی آب، تتراكلروفتالئیك بی آب و ;

این نوع كندسوزكننده ها موادی هستند كه در ضمن فرآیند پلیمریزاسیون به مواد اضافه می‌شود و بنابراین به صورت جزئی از پلیمر درمی‌آیند. چون پلیمریزاسیون یك واكنش شیمیایی است این نوع كندسوزكننده ها یك نوع منومر محسوب می‌شوند و این بدان معنی است كه تركیب پلاستیكی ساخته شده با این نوع كندسوزكننده ها در واقع یك تركیب شیمیایی جدیدی خواهند داشت. در چنین وضعیتی، به احتمال زیاد تجزیه ماده پلاستیكی خالص در درجه حرارتی پایین تر از درجه حرارت افروزش ماده پلاستیكی كه شامل كندسوزكننده شیمیایی است اتفاق می‌افتد. در ضمن در یك درجه حرارت معین تجزیه محصولات پلاستیكی كه شامل كندسوزكننده است با همان ماده پلاستیكی در حالت خالص متفاوت خواهد بود.

تئوری اكسیژن مصرف شد در كالریمتر مخروطی
سرعت آزاد شدن انرژی (حرارت) از مهمترین پارامترهایی است كه می‌تواند برای توصیف نمودن خصوصیات یك آتش سوزی به كار رود. در واقع این پارامتر تعیین كننده اندازه بزرگی آتش و سرعت گسترش یا شدت آتش سوزی است. همچنین سرعت آزاد شدن حرارت، فاكتوری اساسی و تعیین كننده برای توضیح شعله وری مواد است.

با توجه به نوع محصولات و شرایط عمل احتراق، مقدار حرارت آزاد شده از اجسام مختلف متفاوت خواهد بود. زمانی كه یك مقدار كم ماده سوختنی در یك بمب كالریمتر سوخته می‌شود چون اكسیژن كافی در دسترس است مطمئن هستیم كه احتراق به طور كامل انجام می‌گیرد و از مبلمان از جنس پلی یورتان حدود (kj/g) 40 و از مبلمان چوبی حدود (kj/g) 20 انرژی آزاد می‌شود در صورتیكه، در یك آتش سوزی واقعی، احتراق به طور كامل انجام نمی‌گیرد (احتراق ناقص صورت می‌گیرد) و حرارت آزاد شده كمتر از مقدار تئوری (محاسبات براساس احتراق كامل) خواهد بود. این حرارت آزاد شده را گرمای مؤثر احتراق می‌نامند. بنابراین، با اندازه گیری سرعت از بین رفتن جرم جسم نمی‌توان سرعت آزاد شدن حرارت از سوختن واقعی را محاسبه كرد. در واقع نمی‌توان گرمای مؤثر احتراق را از این روش بدست آورد.

روش دیگر اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت این است كه حرارت آزاد شده به طور مستقیم اندازه گیری شود، ولی چون همیشه در سیستم مقداری اتلاف حرارتی داریم از این طریق نیز نمی‌توان برای اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت استفاده كرد.

در دو دهه اخیری یك قانون جدید و كامل برای اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت پیشنهاد گردیده است كه عبارت است از «اصل اكسیژن مصرف شده». به طور معمول می‌توان نشان داد برای تمام سوختهای معمول كه در حریق با آنها مواجه هستیم گرمای احتراق بر واحد جرم اكسیژن مصرف شده تقریباً مقدار یكسانی دارد. این نتیجه بدان علت است كه در فرآیند احتراق اینگونه مواد، محصولات احتراقی در واقع اكسید شده پیوندهای كربن ـ كربن و كربن ـ هیدروژن است. نمونه ای از این مقادیر برای تعدادی از گازها، پلیمرهای مصنوعی و سوختهای طبیعی انتخاب شده است.
در سال 1982 مؤسسه بین المللی استاندارد و تكنولوژی (NIST) یك دستگاه جدید برای اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت، ارائه كرد. دستگاه فوق كالریمتر مخروطی نام دارد (به این علت به آن مخروطی می‌گویند كه المان گرم كننده آن به شكل مخروط ناقص است). این دستگاه تست حریق، اطلاعات استانداردی برای مواد موردنظر كه در معرض انرژی تشعشعی كنترل شده و معین (شار حرارتی بین صفر تا  ) به طور افقی یا عمودی قرار گرفته اند، بدست می‌دهد.

اطلاعات بدست آمده از دستگاه به صورت زیر است:
الف) سرعت آزاد شدن انرژی (حرارت)
ب) زمان افروزش
ج) غلظت دودهای حاصله
د) گرمای مؤثر احتراق
ه)سرعت از بین رفتن جرم جسم
و) نسبت جرم منواكسیدكربن (CO) تولید شده از احتراق به جرم جسم
ز) نسبت جرم دی اكسیدكربن   تولید شده از احتراق به جرم جسم

از این اطلاعات برای موارد زیر استفاده می‌شود:
الف) ارزیابی مواد و محصولات (تعیین استاندارد حریق مواد)
ب) مدلسازی ریاضی در ابعاد واقعی
ج) اهداف طراحی
د) تحقیق و توسعه
گرمای احتراق بر واحد جرم اكسیژن مصرف شده، E
برای این منظور سوختن چند ماده مختلف را مورد بررسی قرار می‌دهیم. به عنوان مثال واكنش سوختن كامل گاز متان به صورت زیر است:
 
گرمای استاندار احتراق مواد در دمای  25 از رابطه زیر محاسبه می‌شود.
(2 ـ 1)                       مواد واكنش دهنده   ـ  محصولات  
برای گاز متان معادله (2 ـ 1) به صورت زیر درمی‌آید.
  = متان  
 
از طرفی جرم مولكولی متان برابر است با:
 
بنابراین خواهیم داشت:
 
علامت منفی گرمای استاندارد احتراق به این معنی است كه از واكنش احتراقی فوق گرما آزاد می‌شود.
 
 
 جدول 2 ـ 1 گرمای احتراق و گرمای احتراق بر واحد جرم اكسیژن مصرف شده برای بعضی از گازها، پلیمرهای مصنوعی و سوختهای طبیعی
      گرمای احتراق     
فرمول شیمیایی    سوخت
54/12-    01/50-    
متان
75/12-    48/47-    
اتان
78/12-    72/45-    
نرمان بوتان
78/13-    16/47-    
اتیلن
65/12-    28/32-    
پلی اتیلن
66/12-    31/43-    
پلی پروپیلن
84/12-    43/16-    
پلی وینیل كلراید
97/12-    85/39-    
پلی استایون
98/12-    89/24-    
پلی متیل متاآكریلیت
12/13-    72/29-    
پلی كربنات
60/13-    60/30-      
پلی آكریلوتیتریل
67/12-    58/29-    ـ    نایلون ـ 6،6
59/13-    09/16-    ـ    سلولز
61/13-    55/15-    ـ    كتان
40/13-    40/18-    ـ    روزنامه
51/12-    76/17-    ـ    چوب افرا

همانطور كه از واكنش سوختن متان پیداست به ازای یك مول متان مصرفی، دو مول گاز اكسیژن مصرف می‌شود، بنابراین گرمای احتراق به ازای یك گرم اكسیژن مصرفی برابر است با:
 
 
= E حرارت آزاد شده از سوختن متان به ازای یك گرم اكسیژن مصرفی
با توجه به روابط فوق، E را می‌توان به صورت زیر محاسبه كرد:
   (2 ـ 2)                                                                               
كه در معادله (2 ـ 2)،   عبارت است از:
(2 ـ 3)                                                                                   
واكنش سوختن كامل نرمال بوتان به صورت زیر است:
 
   نرمال بوتان
                                                         
 
 
 
 
به عنوان مثالی دیگر واكنش سوختن كامل سلولز را در نظر می‌گیریم كه به صورت زیر است:
 
  سلولز
 
 
 
 
به عنوان مثال آخر سوختن سلولز را در نظر می‌گیریم.
 
 
                                                                     
 
 
 
 
با توجه به مثالهای ذكر شده می‌توان دریافت كه حرارت آزاد شده بر واحد جرم اكسیژن مصرفی برای بیشتر مواد و بیشتر واكنشها تقریباً مقدار ثابتی دارد و فرض
می‌شود كه این  مقدار ثابت برابر 1/13 باشد كه این مقدار با خطای كمتر از 5% برای اكثر مواد قابل قبول است.
این واقعیت اساس روش كالریمتری بر مبنای اكسیژن مصرفی است و برای
اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت از آن استفاده می‌شود.

روش كالریمتر مخروطی برای اندازه گیری سرعت آزاد شدن حرارت
محفظه احتراق كالریمتر مخروطی را به صورت ساده زیر در نظر می‌گیریم.
 
به طوریكه:
  دبی جرمی‌هوا به داخل محفظه احتراق
  دبی جرمی‌گازهای خروجی از سیستم
با توجه به مطالب توضیح داده شده در قبل، سرعت آزاد شدن حرارت را می‌توان از رابطه زیر بدست آورد.
(2 ـ 4)                                                                        
به طوریكه:
  دبی جرمی‌اكسیژن ورودی به سیستم
  دبی جرمی‌اكسیژن خروجی از سیستم
ولی كالیمتر مخروطی طوری طراحی شده است كه در دستگاه تجزیه كننده اكسیژن آن، درصد یاكسر مولی اكسیژن در گازها اندازه گیری شود. بنابراین در معادله (2 ـ 4) به جای دبی جرمی‌اكسیژن باید از مقادیر كسر مولی اكسیژن استفاده شود. همچنین گاز دی اكسیدكربن  و بخار آب  هوای ورودی به سیستم و خروجی از آن قبل از اینكه وارد دستگاه تجزیه كننده اكسیژن شود جدا می‌شود و چون مقدار گاز منواكسیدكربن(CO) آن ناچیز است از آن صرف نظر می‌شود و بنابراین نمونه گازی كه در دستگاه تجزیه كننده اكسیژن مورد تجزیه قرار می‌گیرید فقط شامل اكسیژن  و نیتروژن  است. در نتیجه رابطه كسر مولی و دبی جرمی‌اكسیژن به صورت زیر خواهد بود.

برای دریافت اینجا کلیک کنید

سوالات و نظرات شما

برچسب ها

سایت پروژه word, دانلود پروژه word, سایت پروژه, پروژه دات کام,
Copyright © 2014 nacu.ir