Характерно для дисперсных мате­риалов. Известно, что многие дисперсные материалы реагируют с ки­слородом воздуха уже при обычной температуре. В условиях, благо­приятствующих накоплению тепла в массе материала, происходит по­вышение его температуры. Это, в свою очередь, повышает скорость реакции окисления и может привести к самовозгоранию дисперсного материала.

Тепловое самовозгорание — физико-химический процесс, скорость которого зависит от скорости химической реакции, поступления кислоро­да к реагирующей поверхности и от интенсивности теплообмена самона­гревающегося материала с внешней средой.

Дисперсные материалы имеют четкую границу соприкосновения с окружающей средой. По этой границе воздух проникает между частицами внутрь массы материала. Кислород, попадая в поры частиц или волокон дисперсного материала, адсорбируется в поверхностном слое.,

64

Глава 3. Возникновение процессов горения

Многие твердые вещества содержат в своем составе химически свя­занный кислород (например, нитросоединения, нитрозосоединения, выс­шие спирты, кислоты и т. д.), который при определенных условиях также может принимать участие в процессе окисления. Наличие развитой по­верхности твердого материала с адсорбированным на ней кислородом — необходимое условие для начала теплового самовозгорания.

Если в процессе самонагревания вещество плавится, тем самым, со­кращая свою удельную поверхность, самонагревание может прекратиться. В то же время, если сплав вещества попадает на развитую поверхность негорючего материала, развитие процесса самовозгорания может интен­сифицироваться.

Гетерогенный процесс взаимодействия вещества с кислородом про­исходит на поверхности частиц в диффузионном или кинетическом режи­ме. Если общее время процесса превышает время химического превраще­ния, то реализуется диффузионный режим, то есть скорость процесса оп­ределяется законами диффузионной кинетики.

В кинетическом режиме скорость окисления практически не зависит от притока кислорода извне. Процесс поддерживается вступающим в ре­акцию кислородом, который адсорбирован на поверхности частиц. В этом режиме может быть достигнута температура, при которой начинается тление материала. Известно, что тление многих органических материалов возможно при очень низких концентрациях кислорода в окружающем воздухе (3-5% об.).

Существенную роль в развитии процесса самовозгорания играет по­ристость материала. Воздух, заполняющий пространство между частица­ми материала и адсорбированный в порах, участвует в самонагревании. В результате диффузии он поступает к реагирующей поверхности. Поэтому наиболее склонны к тепловому самовозгоранию материалы, обладающие большой пористостью и структурой, обеспечивающей проникновение ки­слорода в зону реакции. Склонность к самовозгоранию увеличивается при повышении адсорбционной способности материала.

Самонагревающаяся масса твердого материала имеет неоднородное температурное поле вследствие различных условий теплоотвода: цен­тральные зоны объема нагреваются до более высоких температур, чем по­верхностные. В свою очередь высокая температура интенсифицирует эк­зотермические реакции окисления, протекающие в массе материала, по­вышая общую скорость процесса.

65

Корольченко А. Я. Процессы горения и взрыва __

На начальном этапе самовозгорания для многих материалов харак­терно сохранение внешнего вида, хотя во внутренней части происходит интенсивное обугливание. Затем на обугленной поверхности развивается процесс тления, который может перейти в пламенное горение. Поскольку промежуточным продуктом при самовозгорании большинства органиче­ских материалов является уголь, закономерности его самовозгорания ока­зывают существенное влияние на процесс в целом. Значительную роль в самовозгорании углей играет их способность адсорбировать на начальной стадии процесса пары влаги из окружающего воздуха. Установлено, что в результате адсорбции паров воды материал может нагреться до темпера­туры 65-70°С (при поглощении 0,01 г влаги выделяется 22,6 Дж тепла).