Температура самовоспламенения - это наименьшая температура окружающей среды, при которой в условиях специальных испытаний наблюдается самовоспламенение вещества

Температура самовоспламенения относится к числу важнейших показателей пожарной опасности. Ее используют при оценке пожаровзрывоопасности веществ, при определении группы взрывоопасности горючей смеси и т.д. Практическое определение температуры самовоспламенения основывается на следующих теоретических предпосылках (см. рис.3.1.). В точке С устанавливается равенство прихода и расхода теплоты, т.е. q+ = q_. Подставив сюда соответствующие выражения для тепловыделения (5) и теплоотвода (7), получим уравнение теплового баланса для точки С:

Q_г_op = V×k_o×C_гop×C_ок×exp(-E/RT) = a(T-To)×S (8)

Перенесем объем сосуда V в правую часть уравнения:

Q_гop×k_o×C_гop×C_ок×exp(-E/RT) = a(T-To)×S / V. (9)

Левая часть этого выражения представляет собой скорость выделения теплоты в единице объема горючей смеси, а правая - скорость отвода через поверхность стенок сосуда из этой же единицы объема. То есть выражение (24) показывает, что температура самовоспламенения зависит от множества факторов: от размера и формы сосуда (S/V); от химических свойств горючего и его способности к окислению (тепловой эффект Q_гop, энергия активации Е и константа скорости реакции k_o, от концентрации реагирующих веществ (C_г_op и С_ок) и, наконец, от теплофизических свойств горючей смеси и материала стенки сосуда (коэффициент теплоотдачи a). Это свидетельствует о том, что температура самовоспламенения не является физической константой горючих веществ.

Как будет меняться температура самовоспламенения при изменении объема сосуда, т.е. при изменении отношения площади стенок к объему S/V? Это отношение называется_ удельной поверхностью и имеет размерность 1/м или м^-1. Например, для куба с гранью, а удельная поверхность будет равна

S/V = 6а²/а³ == 6/а. (10)

Предположим, что в уравнении (9) теплового баланса меняется только температура в точке С. Тогда левая часть уравнения изменяться не будет, и соответствующая ей кривая тепловыделения останется на прежнем месте. Правая часть уравнения - прямая линия, которая касается кривой в точке С. Величина aS/V есть угловой коэффициент этой прямой илиtgb - угла ее наклона к оси абсцисс (см. рис.2.)

Рис.2. Изменение теплового баланса горючей смеси

при увеличении объема сосуда.

Увеличим грань куба в три раза. Его удельная поверхность станет равной:

S / V = 6(3а)² / (За)³ = 2 /а, (11)

т.е. уменьшится в три раза, значит уменьшится и сам угол b. В этом случае прямая теплоотвода будет располагаться более полого чем предыдущая прямая, и точка С в месте с ней переместится в точку C₁, а значит и критическая температура самовоспламенения будет ниже. Следовательно, с увеличением объема сосуда температура самовоспламенения снижается. Увеличить теплоотвод можно не только уменьшением объема горючей смеси, но и приданием ей соответствующей формы.

На рис.3. изображены равные объемы разной формы. При нагреве в кубе происходит самовоспламенение, а в пластине - нет.

Рис.3. Равновеликие объемы разной формы сосудов

с горючей смесью (размеры даны в метрах)

Температура самовоспламенения будет меняться в зависимости от состава горючей смеси. При прочих равных условиях она принимает минимальное значение при стехиометрическом соотношении
компонентов (рис.4.). Эта зависимость используется для экспериментального определения Т_с. Начиная с некоторых предельных значений, смеси как бедные, так и богатые не способны воспламеняться. Это подтверждается экспериментально. Например, кривая зависимости Т_с = f(C) для оксида углерода имеет минимум при 20 %, что соответствует стехиометрической концентрации угарного газа в воздухе.