消防燃烧课件

1、第一章第一章 燃烧的化学基础燃烧的化学基础第一节第一节 燃烧的本质和条件燃烧的本质和条件第二节第二节 燃烧反应速度理论燃烧反应速度理论第三节第三节 燃烧时空气需要量计算燃烧时空气需要量计算第四节第四节 燃烧产物及其计算燃烧产物及其计算第五节第五节 燃烧热及燃烧温度计算燃烧热及燃烧温度计算第一节第一节 燃烧的本质和条件燃烧的本质和条件一一 燃烧概念燃烧概念二二 燃烧的本质燃烧的本质三三 燃烧的基本特征燃烧的基本特征四四 燃烧的条件燃烧的条件五五 燃烧条件在消防中的应用燃烧条件在消防中的应用一一 燃烧（燃烧（Combustion）概念）概念l 放热发光的放热发光的化学反应化学反应。 l 燃烧是一种

2、放热、发光和较快的燃烧是一种放热、发光和较快的化学反应化学反应，在燃，在燃烧中原有物质性质发生改变生成新的物质。烧中原有物质性质发生改变生成新的物质。l Any chemical process accompanied by light and heat，commonly the union of substance with oxygen。l 燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象，这燃烧是物质因剧烈氧化而发光、发热的现象，这种现象又称为种现象又称为“火火”。l 燃烧燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应放热反应，通，通常伴有常伴有火焰、发光和（或）发烟火焰、发光和

3、（或）发烟的现象的现象。 二二 燃烧的本质燃烧的本质l 燃烧是一种燃烧是一种氧化还原反应氧化还原反应，但其放热、发光、发，但其放热、发光、发烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧烟、伴有火焰等基本特征表明它不同于一般的氧化还原反应化还原反应。l 燃烧是一种燃烧是一种特殊特殊的氧化还原反应。的氧化还原反应。三三 燃烧的基本特征燃烧的基本特征l放热放热l发光发光l产生新物质产生新物质开封护国寺火灾开封护国寺火灾大兴安岭等地森林火灾大兴安岭等地森林火灾 四四 燃烧的条件燃烧的条件l 可燃物可燃物：凡能与空气，氧气或其它氧化剂：凡能与空气，氧气或其它氧化剂 起燃烧反应的物质起燃烧反应的物质。（气、

4、液、固）（气、液、固） l 助燃物助燃物：凡与可燃物结合能导致和支持燃：凡与可燃物结合能导致和支持燃 烧的物质烧的物质。（空气、氧气、其他氧化剂）（空气、氧气、其他氧化剂）l 点火源点火源：凡能引起物质燃烧的点燃能源。：凡能引起物质燃烧的点燃能源。 1.燃烧的必要条件燃烧的必要条件如：明火、高温物体、化学热能、电热能如：明火、高温物体、化学热能、电热能 机械热能、光能机械热能、光能AIR (OXYGEN)FUEL IGNITION SOURCE燃烧三要素燃烧三要素着火四面体着火四面体燃烧燃烧游离基游离基可燃物可燃物助燃物助燃物点火源点火源2.燃烧的充分条件：燃烧的充分条件：一定的可燃物浓度一定

5、的可燃物浓度一定的助燃物浓度一定的助燃物浓度一定的点着火能量一定的点着火能量相互作用相互作用3.燃燃烧烧形形成成和和持持续续的的要要素素l 外加热（着火源）外加热（着火源）l 可燃物质可燃物质l 氧或助燃剂氧或助燃剂l 合理配比合理配比l 混合作用混合作用l 反应释放足够能量维持燃烧反应释放足够能量维持燃烧五五 燃烧条件在消防中的应用燃烧条件在消防中的应用1.防火措施防火措施2.灭火方法灭火方法1.防火措施防火措施l 控制可燃物质控制可燃物质l 隔绝空气隔绝空气l 消除点火源消除点火源l 设防火间距设防火间距2.灭火方法灭火方法l 隔离法隔离法l 窒息法窒息法l 冷却法冷却法l 抑制法抑制法第

6、二节第二节 燃烧反应速度理论燃烧反应速度理论一一 反应速率的基本概念反应速率的基本概念二二 质量作用定律质量作用定律三三 阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律四四 基元反应的速度方程基元反应的速度方程五五 燃烧反应速度方程燃烧反应速度方程*一一 反应速率的基本概念反应速率的基本概念1.反应速率反应速率：在一定条件下，单位时间内单位体：在一定条件下，单位时间内单位体积中反应物消耗或生成物产生的摩尔数。积中反应物消耗或生成物产生的摩尔数。2.公式表达公式表达3.任一反应的反应速率任一反应的反应速率4.反应速率之间的关系反应速率之间的关系3/dndcmolmsV dtdtfFeEbBaAAAdcdt BBd

7、cdt EEdcdtFFdcdtABEFabef代表反应系统的化学反应速率，值唯一，称之代表反应系统的化学反应速率，值唯一，称之系统反应速率系统反应速率。二二 质量作用定律质量作用定律1.质量作用定律质量作用定律：在一定温度下，：在一定温度下，化学反应速率化学反应速率与与各反应物的各反应物的浓度浓度幂（幂次等于反应方程式中该幂（幂次等于反应方程式中该物质分子式前的系数）的乘积成正比。物质分子式前的系数）的乘积成正比。2.表达式：表达式：3.速度方程为速度方程为 K 称为反应速度常数称为反应速度常数4.适用范围：只适用于适用范围：只适用于基元反应基元反应（反应物一步就直（反应物一步就直接转变为生

8、成物的反应）接转变为生成物的反应）fFeEbBaAabABVKC C三三 阿累尼乌斯定律阿累尼乌斯定律1.温度温度对化学反应对化学反应速度速度的影响的影响 ：K0：频率因子，：频率因子，E和和R分别是活化能和通用气体常数。分别是活化能和通用气体常数。2.适用范围：适于基元反应及具有明确反应适用范围：适于基元反应及具有明确反应 级数和速度常数的复杂反应。级数和速度常数的复杂反应。 0exp()EKKRT0ElnK = -+lnKRT Lnk Lnk0 - E/R 1/T0ElnK = -+lnKRT四四 基元反应的速度方程基元反应的速度方程1.质量作用定律（浓度）质量作用定律（浓度）2.阿累尼乌

9、斯定律（温度）阿累尼乌斯定律（温度）3.基元反应的速度方程基元反应的速度方程abABVKC C0exp()EKKRT0exp(-)abABEVK C CRT五五 燃烧反应的速度方程燃烧反应的速度方程0exp()absSsFoxsEWKCCRTsssMC/oxoxoxFFFMCMC,oxoxFFff,0exp()sssFoxsEWK C CRT,FoxFoxFoxffCCMM20exp()FoxsssFoxsf fEWKM MRT20exp()sssFoxsEWKffRT(1 12)ab 0exp()abABEVK CCRT001ssFoxKKM M结论：结论：l火场氧和可燃物浓度越低，燃烧反应

10、速火场氧和可燃物浓度越低，燃烧反应速度越慢；度越慢；l火灾温度越低，燃烧反应速度越慢；火灾温度越低，燃烧反应速度越慢；l可燃物活化能越高，燃烧反应速度越慢；可燃物活化能越高，燃烧反应速度越慢；l适用于适用于气态气态可燃物。可燃物。20exp()sssFoxsEWKffRT第三节第三节 燃烧时空气需要量计算燃烧时空气需要量计算一一 固体和液体可燃物的理论空气需要量固体和液体可燃物的理论空气需要量二二 气体可燃物的理论空气需要量气体可燃物的理论空气需要量三三 实际空气需要量实际空气需要量燃烧时空气需要量计算燃烧时空气需要量计算l 燃烧参数燃烧参数是按照可燃物分子与氧分子进行化学反是按照可燃物分子与

11、氧分子进行化学反 应的方程式，根据应的方程式，根据物质平衡物质平衡与与热量平衡热量平衡 原理计算出来的。原理计算出来的。l 空气需要量空气需要量：一定量可燃物燃烧所需的空气质量：一定量可燃物燃烧所需的空气质量 或体积。或体积。假定：假定：1.理想气体理想气体 2.完全燃烧完全燃烧 3.化学计量比化学计量比 4.空气的组成：按重量计为氧占空气的组成：按重量计为氧占23.2，氮，氮 占占76.8；按体积计为氧占；按体积计为氧占 21，氮占，氮占79。 一一 固体和液体可燃物的理论空气需要量固体和液体可燃物的理论空气需要量1. 组成（质量百分数）组成（质量百分数）100CHSNAWO 2. 1kg固

12、体、液体可燃物完全燃烧需要的固体、液体可燃物完全燃烧需要的氧气量氧气量100CHSONAW 1003810012441232144321222CCCOOC)/(10)38(2, 02kgkgCGO10091008100981214122HHHOHOH)/(10)838(2, 02kgkgOSHCGO3. 1kg固体、液体可燃物完全燃烧需要的固体、液体可燃物完全燃烧需要的氧气体积氧气体积220,230,822.40.7(8) 10(/)323oOGVCHSOmkg100CHSNAWO 4. 1kg固体、液体可燃物完全燃烧需要的固体、液体可燃物完全燃烧需要的空气质量空气质量20,20,18(8)

13、10 (/)0.2320.232 3OairGGCHSOkgkg5. 1kg固体、液体可燃物完全燃烧需要的固体、液体可燃物完全燃烧需要的空气体积空气体积)/(10)838(21. 07 . 021. 032, 0, 02kgmOSHCVVOair例：试求例：试求4Kg木材燃烧所需要的理论空气量。木材木材燃烧所需要的理论空气量。木材组成：组成：C43、H7、O41%、W 8、 A 1。解：解：20,20,218(8) 1040.2320.232 318(438 741) 104()0.232 322.35()OairGGCHSOkgkg 20,230,30.78(8) 104()0.210.21

14、317.30()OairVVCHSOmm二二 气体可燃物的理论空气需要量气体可燃物的理论空气需要量1、组成、组成（体积百分数）（体积百分数）222222%100%nmCOHC HHCONH OOS2、1m3气体可燃物完全燃烧需要的气体可燃物完全燃烧需要的氧气体积量氧气体积量100211002122COCOCOOCO)/(1021332, 02mmCOVO22222222221232()42nmHOH OH SOH OSOmmC HnOnCOH O)/(104232121332222, 02mmOHCmnSHHCOVmnO222222%100%nmCOHC HHCONH OOS3、1m3气体可燃

15、物完全燃烧需要的气体可燃物完全燃烧需要的空气体积空气体积20,20,222113100.212224OairnmVmVCOHH SnC HO1 .567 . 3)442(5 .22)441 ()4mnHCmn（230,111(6.85756.1) 10520.94()0.2122airVm20,0,2332220.21111310(/)0.212224OairnmVVmCOHH SnC HOmm例题例题：试求：试求5m3焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量焦炉煤气燃烧所需要的理论空气量.煤气组成煤气组成(体积百分数体积百分数)：CO6.8%, H2 57,CH422.5%,C2H43.7,CO22.

16、3%, N24.7,H2O3.解：解：三三 实际空气需要量实际空气需要量1. 过量空气系数过量空气系数：实际空气量与理论空气量之比。：实际空气量与理论空气量之比。 Coefficient of Air Consumption：物质完全燃烧时，：物质完全燃烧时，实际空气需要量与理论空气需要量的比值。实际空气需要量与理论空气需要量的比值。2. 表达式：表达式：airairVV, 0,对对气体气体可燃物：可燃物：1.021.2对对液体液体可燃物：可燃物：1.11.3对对固体固体可燃物：可燃物：1.31.7 l 作业题：作业题：l 1.解释下列基本概念解释下列基本概念:(1)燃烧燃烧 (2)火灾火灾

17、2.燃烧的本质是什么燃烧的本质是什么?它有哪些特征它有哪些特征?举例说明这举例说明这些特征些特征.3.如何正确理解燃烧的条件如何正确理解燃烧的条件?根据燃烧条件，可以根据燃烧条件，可以提出哪些防火和灭火方法提出哪些防火和灭火方法?l 4.物质浓度、体系温度和反应活化对反应速度速物质浓度、体系温度和反应活化对反应速度速率有何影响率有何影响?5.燃烧反应速度方程是如何得出的燃烧反应速度方程是如何得出的?在该方程中，在该方程中，KOS(KOS)和和ES是否有直接的物理意义是否有直接的物理意义?为什么为什么?第四节第四节 燃烧产物及计算燃烧产物及计算一一 燃烧产物的基本概念燃烧产物的基本概念二二 燃烧

18、产物计算燃烧产物计算三三 燃烧产物的毒害作用燃烧产物的毒害作用四四 热烟气的危害性作用热烟气的危害性作用一一 燃烧产物的基本概念燃烧产物的基本概念l 燃烧产物燃烧产物:由于燃烧而生成的气体、液体和由于燃烧而生成的气体、液体和 固体物质。固体物质。l 燃烧产物包括燃烧产物包括完全燃烧产物完全燃烧产物和和不完全燃烧产物不完全燃烧产物。l 完全燃烧时，生成物只有完全燃烧时，生成物只有CO2，SO2，H2O，N2，O2. 1 时产物中不会有时产物中不会有O2，燃烧产物量成为，燃烧产物量成为理论燃烧产物量。理论燃烧产物量。 1O2是是 时空气带入的。时空气带入的。实 际理 论气 体固液体气 体固液体产物

19、11二二 燃烧产物计算燃烧产物计算1.理论理论燃烧产物计算燃烧产物计算2.实际实际燃烧产物计算燃烧产物计算3.燃烧产物的百分组成计算燃烧产物的百分组成计算4.燃烧产物的密度计算燃烧产物的密度计算1.理论燃烧产物计算理论燃烧产物计算（1）计算步骤：）计算步骤：可燃物中可燃物中可燃成分可燃成分燃烧的生成物；燃烧的生成物；可燃物中可燃物中不可燃成分不可燃成分；空气中氧燃烧后空气中氧燃烧后剩余的剩余的N2。（2）固体和液体可燃物的理论燃烧）固体和液体可燃物的理论燃烧产物产物量量100CHSOANW 产物：产物：CO2 H2OSO2 N211kg1kg固体、液体可燃物完全燃烧生成的产物量固体、液体可燃物

20、完全燃烧生成的产物量1 1）可燃成分燃烧生成的产物可燃成分燃烧生成的产物100CHSOANW 2212324432441121281110031003100COCOCCC220,11() 10(/)3COGCkg kg2220,230,30,1122.422.4()10(/)4434422.4(/)12100COCOCOGVCmkgCVmkg10091008100981214122HHHOHOH2(1)30,22.4(/)2100H OHVmkg230,22.4(/)32100SOSVmkg100CHSOANW 2 2）燃烧产物中的不燃成分燃烧产物中的不燃成分2(2)30,22.4(/)181

21、00H OWVmkg2(1)30,22.4(/)28100NNVmkg3）空气带入的空气带入的N22(2)30,.79(/)100No airVVmkg100CHSOANW 230,22.4(/)12100COCVmkg230,22.4(/)32100SOSVmkg22(1)2(2)30,0,0,22.4()(/)218100H OH OH OHWVVVmkg22(1)2(2)30,0,0,0,22.40.79(/)28100NNNairNVVVVmkg4 4）燃烧产物中各组分产物量燃烧产物中各组分产物量5 5）燃烧产物总体积燃烧产物总体积22220,0,0,0,0,30,22.4()0.79

22、(/)123221828100PCOSOH ONairVVVVVCSHWNVmkg100CHSOANW （3 3）气体）气体可燃物理论燃烧产物计算可燃物理论燃烧产物计算1）燃烧产物中各组分产物量燃烧产物中各组分产物量222222%100%nmCOHC HHCONH OOS)/(10)(3322, 02mmHnCCOCOVmnCO)/(103322, 02mmSHVSO)/(10)2(332222, 02mmHCmSHOHHVmnOH)/(79. 01033, 022, 02mmVNVairN2）燃烧产物总体积燃烧产物总体积2222,222222330,2()2100.79(/)o Po COo

23、 SOo H Oo NnmairVVVVVmCOCOHH SH ONnC HVmm实实 际际氧氮N2 O2 V总1（1 1）固体和液体可燃物）固体和液体可燃物23,22.479(/)28100100No airNVVmkg23,(1) 0.21(/)Oo airVVmkg,222223,3,(1)(/)(/)COSOH OONPo Po airPVVVmkgVVVVVVmkg,22,22,22COO COSOO SOH OO H OVVVVVV2.2.实际实际燃烧产物计算燃烧产物计算（2 2）气体可燃物）气体可燃物2233,20,100.79(/)NairVNVmm)/(21. 0) 1(33

24、,0,2mmVVairO注意：注意：airV, 0,22,22,22COO COSOO SOH OO H OVVVVVV,2222233,33,(1)(/)(/)COSOH OONPo Po airPVVVmmVVVVVVmm100,22PCOCOVVY100,22PSOSOVVY100,22POHOHVVY100,22PNNVVY100,22POOVVY3.燃烧产物的百分组成计算燃烧产物的百分组成计算百分组成百分组成83. 610054.2895. 12COY69.1910054.2862. 52OHY39.7010054.2809.202NY08. 310054.2888. 02OYVCO

25、2=1.95VH2O=5.62VN2=20.09VO2=0.88（1）固体、液体固体、液体可燃物燃烧产物密度（两种方法）可燃物燃烧产物密度（两种方法）1）通过燃烧）通过燃烧产物产物中各组分百分组成计算中各组分百分组成计算)/(1004 .22322818644432222222222mkgYYYYYVMMMMMVMONOHSOCOpONOHSOCO产产222222222222,4422.44422.4100100444410022.422.4 100COCOCOCOCOCOCOCOppCOCOCOCOppMVVMVYYVVVYMYMVV4.燃烧产物的密度计算燃烧产物的密度计算2）通过）通过反应

26、物反应物的质量计算的质量计算)/(293. 1%)1 (3, 0,mkgVVAVMMVMPairP空可产反（2）气体气体可燃物燃烧产物密度（两种方法）可燃物燃烧产物密度（两种方法）1）通过燃烧产物中各组分百分组成计算）通过燃烧产物中各组分百分组成计算222222222234464182832(/)22.4 100COSOH ONOCOSOH ONOMMMMMMVVYYYYYkg m产产产2）通过反应物的质量计算）通过反应物的质量计算2222220,222222,0,3,1.2932283444183228(12)22.4 1001.293(/)nmCOCOHSOH OC HNOairnmPai

27、rPMMMMMMMMVMVVHCOH SCOH OONnm C HVVkg mV反产产燃燃 烧烧氧气氧气可燃物可燃物产物产物空气空气S、lg理论理论实际实际S、lg理论理论实际实际S、lS、lgg11质质量量体体积积体体积积CO2 H2OSO2N2CO2 H2OSO2N2O211三三 燃烧产物的毒害作用燃烧产物的毒害作用l热烟气的一般毒害作用热烟气的一般毒害作用 缺氧缺氧 高温气体的热损伤高温气体的热损伤 热烟尘的毒害作用热烟尘的毒害作用 l碳氧化合物燃烧产物的毒性碳氧化合物燃烧产物的毒性 CO CO2l高分子化工产品的毒害作用（高分子化工产品的毒害作用（HCN）l其他其他 表表1-1 氧浓度

28、下降对身体的危害氧浓度下降对身体的危害表表1-2 不同浓度不同浓度 CO2对身体的影响对身体的影响1. 毒害性毒害性 2.减光性减光性 3.爆炸性爆炸性四四 热烟气的危害性作用热烟气的危害性作用第五节第五节 燃烧热及燃烧温度计算燃烧热及燃烧温度计算一一 热容热容二二 燃烧热和热值计算燃烧热和热值计算三三 理论燃烧温度的计算理论燃烧温度的计算*一一 热容热容热容：热容：在没有在没有相变化相变化和和化学变化化学变化的条件下，的条件下，一定量一定量 物质物质温度温度每升高每升高一度一度所需要的所需要的热量热量。1）恒压热容恒压热容：在：在恒压恒压条件下，一定量的物质温度条件下，一定量的物质温度升高一

29、度所需的热量称恒压热容。用升高一度所需的热量称恒压热容。用CP表示。常表示。常用单位：用单位： ，2）恒容热容恒容热容：在：在恒容恒容条件下，一定量的物质温度条件下，一定量的物质温度 升高一度所需的热量称恒容热容，用升高一度所需的热量称恒容热容，用Cv表示。表示。VPCC KkmolkJ./KmkJ./3（1）恒压热容、恒容热容）恒压热容、恒容热容 理想理想气体气体：固体和液体固体和液体，因为升温时体积膨胀不大，因为升温时体积膨胀不大， 热容比：热容比：气体的恒压热容与恒容热容之比。气体的恒压热容与恒容热容之比。 空气空气VPCCk RCCVPVPCC 4 . 1kdTCnQTTPP21（3）

30、热容常见的表示形式：热容常见的表示形式： 2cTbTaCP（4）平均热容：平均热容： )(1221TTdTCCTTPP（2）热容与热值的关系：）热容与热值的关系：(5) 平均热容与热值的关系：平均热容与热值的关系：）（12TTCnQPP）（12TTCVQPPkJ/kmol.K3kJ/m .K 二二 燃烧热和热值计算燃烧热和热值计算Standard Heat of Combustion：在：在l01325Pa和指定温度和指定温度 下，下，lmol某物质被完全氧化时的恒压反应热称某物质被完全氧化时的恒压反应热称 为该物质的为该物质的标准燃烧热标准燃烧热。用。用 表示，表示， 单位为单位为 。0c燃

31、烧热（燃烧热（Heat of Combustion） ：可燃物与助燃物作用：可燃物与助燃物作用 生产稳定产物的一种化学反应的生产稳定产物的一种化学反应的反应热反应热。/kJmol2.热值热值 Calorific Value：单位质量或单位体积的可燃：单位质量或单位体积的可燃 物完全燃烧所放出的热量，通常用物完全燃烧所放出的热量，通常用Q表示。表示。 1 1）质量热值）质量热值)/(kgkJQm 2 2）体积热值）体积热值)/(3mkJQV3 3）热值与燃烧热之间的关系：）热值与燃烧热之间的关系： )/(1000kgKJMHQCm 对气体可燃物：对气体可燃物： )/(4 .2210003mKJH

32、QCV对固体、液体可燃物：对固体、液体可燃物： High Calorific Value：可燃物中的水和氢燃烧生成的：可燃物中的水和氢燃烧生成的 水以水以液态液态存在时的热值。存在时的热值。 Low Calorific Value：可燃物中的水和氢燃烧生成的：可燃物中的水和氢燃烧生成的 水以水以气态气态存在时的热值。存在时的热值。 3.门捷列夫经验公式门捷列夫经验公式)/()(263008118. 4kgkJSOHCQH)/(18. 4)9(6kgKJWHQQHLO可燃物中氧和氮的总质量百分数。例题：求例题：求4kg木材燃烧的高、低热值。木材燃烧的高、低热值。木材组成：木材组成：C43、H7、O41、W 8、 A 1解：解：4.18 81 43300 726 4118664(/)HQkJ kg 186646 (9 76)