خود احتراق: یک تعریف جامع (Autoignition)

سلام و به این مقاله خوش آمدید، جایی که من در مورد یک مفهوم مهم در زمینه علم احتراق بحث خواهم کرد، "خود احتراق".

در این مقاله، جنبه‌های مختلف خوداشتعال، از جمله تعریف، دمای خود اشتعال مواد مختلف مانند کاغذ، دیزل، اتانول، هیدروژن، گاز و غیره را پوشش خواهم داد.

همچنین در مورد تفاوت بین نقطه اشتعال، نقطه آتش و دمای خود اشتعال و اینکه چگونه فشار بر دمای خود اشتعال تأثیر می گذارد بحث خواهم کرد.

در پایان این مقاله، درک جامعی از خوداشتعال و پیامدهای آن خواهید داشت. بنابراین، بیایید شروع کنیم!

اشتعال خودکار چیست؟

تعریف رسمی این است:

اشتعال خودبخودی مقداری یا تمام مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق یک موتور احتراق داخلی. همچنین به عنوان احتراق خود به خود شناخته می شود.

خود اشتعال زمانی است که یک ماده به خودی خود شروع به سوختن می کند، بدون هیچ کمکی از منبع خارجی. گرمای داخل ماده باعث می شود که خود به خود آتش بگیرد.

دمای خود اشتعال چیست؟

دمای خود اشتعال کمترین دمایی است که در آن یک ماده در یک جو معمولی شروع به سوختن می کند. این دما تحت تأثیر چیزهایی مانند فشار، غلظت اکسیژن و مقدار سوخت به هوا است. مهم است که به یاد داشته باشید که دمایی که در آن یک ماده به خودی خود شروع به سوختن می کند به نوع و ترکیب آن ماده بستگی دارد.

خود اشتعال در موتورهای احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی می توانند به دلیل گرمای فشرده سازی به تنهایی یا زمانی که این گرما با تزریق سوخت ترکیب می شود، خودسوخته شوند. خود اشتعالی را احتراق خود به خودی نیز می نامند و می تواند در محفظه احتراق موتور اتفاق بیفتد.

هنگام کار با مواد قابل اشتعال، دمای خود اشتعال یک عامل کلیدی در تشخیص خطر آتش سوزی یا انفجار است. از آن برای تشخیص اینکه چقدر احتمال دارد که یک ماده در یک جو معمولی، بدون جرقه یا شعله از خارج، خود به خود آتش بگیرد، استفاده می شود.

ویدئو

نکته: در صورت نیاز دکمه زیرنویس را روشن کنید. اگر با زبان انگلیسی آشنایی ندارید، در دکمه تنظیمات، «ترجمه خودکار» را انتخاب کنید. قبل از اینکه زبان مورد علاقه شما برای ترجمه در دسترس قرار گیرد، ممکن است لازم باشد ابتدا روی زبان ویدیو کلیک کنید.

دمای خود اشتعال مواد مختلف

چوب:

دمایی که در آن چوب به خودی خود شروع به سوختن می کند حدود 482 درجه فارنهایت (250 درجه سانتی گراد) است. در دمای 700 درجه فارنهایت (371 درجه سانتیگراد)، می تواند بلافاصله آتش بگیرد، اما بین 450 درجه فارنهایت (232 درجه سانتیگراد) و 500 درجه فارنهایت (260 درجه سانتیگراد) چند دقیقه طول می کشد.

در حداقل شار حرارتی مورد نیاز برای شروع شعله مستقیم، دمای سطح بین 300 تا 365 درجه سانتیگراد (572 و 689 درجه فارنهایت) است.

https://www.cfitrainer.net/programs/35a84de0-e505-4899-be34-f31de9d9d570/document/2005_CCAI_Wood_ignition.pdf

Avgas (بنزین هوانوردی):

دمایی که در آن به خودی خود شروع به سوختن می کند 280 درجه سانتی گراد (536 درجه فارنهایت) است. Avgas نوعی بنزین است که برای موتور هواپیما ساخته می شود.

نقطه اشتعال آن 43- درجه سانتیگراد (45- درجه فارنهایت) است. مانند نفت سفید است که دمای آن نیز 280 درجه سانتیگراد (536 درجه فارنهایت) است که می تواند خود به خود شروع به سوختن کند.

http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2

اتانول:

دمای خود اشتعال اتانول 365 درجه سانتیگراد (689 درجه فارنهایت) است که کمتر از دی اتیل اتر (160 درجه سانتیگراد یا 320 درجه فارنهایت) و بالاتر از بنزین (247-280 درجه سانتیگراد یا 477-536 درجه فارنهایت) است. ).

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291

هیدروژن:

دمایی که در آن هیدروژن به خودی خود شروع به سوختن می کند 535 درجه سانتی گراد (995 درجه فارنهایت) است.

https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature

اتیلن اکسید:

دمایی که در آن اکسید اتیلن به خودی خود شروع به سوختن می کند 429 درجه سانتی گراد (804.2 درجه فارنهایت) است. اما اگر زنگ زدگی وجود داشته باشد، می تواند به 140 درجه سانتیگراد (284 درجه فارنهایت) برسد.

در دمای بالاتر از 51.3 درجه فارنهایت (10.7 درجه سانتیگراد)، اکسید اتیلن یک گاز بی رنگ است که می تواند خود به خود آتش بگیرد.

https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf

دیزل:

نقطه اشتعال: تقریباً 210 درجه سانتیگراد.

فولاد:

نقطه خود اشتعال: تقریباً 1315 درجه سانتیگراد (2399 درجه فارنهایت).

کاغذ:

نقطه اشتعال: تقریباً 218 - 248 درجه سانتیگراد.

هنگامی که آتش سوزی کاغذ شروع می شود، گرما در مرکز می تواند تا 815 درجه سانتیگراد برسد.

سایر گازها:

• متان: 580 درجه سانتیگراد
• پروپان: 493 درجه سانتیگراد
• اتیلن: 425 درجه سانتیگراد
• استیلن: 305 درجه سانتیگراد
• نفتا: 290 درجه سانتیگراد
• دی سولفید کربن: 102 درجه سانتی گراد

چگونه می توان تفاوت بین خوداشتعال، نقطه فلاش و نقطه آتش را تشخیص داد

به طور خلاصه، نقطه اشتعال، نقطه آتش و دمای خود اشتعال همگی به میزان قابل اشتعال یک ماده مرتبط هستند، اما هر اصطلاح به جنبه متفاوتی از نحوه عملکرد ماده در مواجهه با حرارت و آتش اشاره دارد.

خود اشتعال

خود اشتعال کمترین دمایی است که در آن یک ماده قابل اشتعال به خودی خود شروع به سوختن می کند، بدون اینکه جرقه یا منبع اشتعال دیگری از بیرون وجود داشته باشد.

این زمانی اتفاق می افتد که دمای مواد به دمای خود اشتعال می رسد و آن را به گاز قابل اشتعال تبدیل می کند که خود به خود شروع به سوختن می کند.

نقطه فلاش

از سوی دیگر، نقطه اشتعال پایین‌ترین دمایی است که در آن مایعی که می‌تواند آتش بگیرد، در تماس با منبع اشتعال، بخار کافی برای آتش‌گرفتن تولید می‌کند.

برای هر مایع قابل اشتعال، مقدار بخار موجود در هوا که برای ادامه آتش لازم است متفاوت است و دمای نقطه اشتعال کمترین دمایی را نشان می دهد که در آن یک مایع قابل اشتعال هنگامی که نزدیک منبع اشتعال باشد آتش می گیرد.

نقطه فلاش در مقابل نقطه احتراق خودکار:

نقطه اشتعال و نقطه خود اشتعال دو روش مهم برای اندازه گیری آسانی آتش گرفتن یک ماده هستند.

هر دو اصطلاح به دمایی اشاره می‌کنند که در آن چیزی می‌تواند شروع به سوختن کند، اما آنها در مورد بخش‌های مختلف فرآیند صحبت می‌کنند.

نقطه اشتعال دمایی است که در آن یک ماده می تواند از یک منبع بیرونی آتش بگیرد و نقطه خوداشتعال دمایی است که در آن به خودی خود آتش می گیرد.

نقطه آتش

نقطه آتش سوزی دمایی است که در آن بخار مایع قابل اشتعال پس از آتش زدن آن همچنان می سوزد.

این دمای بالاتر از دمای نقطه اشتعال است و کمترین دمایی را نشان می دهد که یک ماده پس از آتش گرفتن در آن همچنان می سوزد.

Expeltec یک اینفوگرافی بسیار زیبا برای توضیح بصری برخی از تفاوت ها ساخته است:

https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/

خود اشتعال در مقابل سایر فرآیندها

احتراق خود به خودی با خود اشتعال متفاوت است زیرا برای شروع نیازی به منبع انرژی خارجی ندارد.

دمای خود اشتعال کمترین دمایی است که در آن یک ماده در یک جو معمولی بدون جرقه ای از خارج آتش می گیرد.

خود اشتعال و نوردهی خودکار نیز فرآیندهای متفاوتی هستند. نوردهی خودکار زمانی است که آتش از طبقه ای به طبقه دیگر در ساختمانی با بیش از یک طبقه گسترش می یابد و خوداشتعال پایین ترین دمایی است که در آن یک ماده قابل اشتعال به خودی خود شروع به سوختن می کند.

اندازه گیری مقاومت سوخت در برابر احتراق خودکار

رتبه بندی اکتان

به طور خلاصه، درجه اکتان معیاری است برای اینکه یک سوخت چقدر می تواند در برابر انفجار و احتراق مقاومت کند و همچنین نشان می دهد که چقدر می تواند در هنگام شروع به کار خود مقاومت کند.

رتبه بندی اکتان یک روش استاندارد برای اندازه گیری میزان سختی سوخت هایی مانند بنزین و گازوئیل است که در موتورهای جرقه ای شروع به سوختن می کنند.

این درجه بندی بر اساس فشاری است که در آن سوخت در یک محیط کنترل شده خود به خود مشتعل می شود (خود شروع به سوختن می کند).

رتبه بندی اکتان به صورت عدد اکتان تحقیقاتی (RON) یا عدد اکتان موتور (MON) نوشته می شود.

هرچه رده اکتان بالاتر باشد، سوخت در مقابل خودسوزی مقاوم‌تر است و احتمال اینکه موتور SI در حین فشرده‌سازی ضربه بزند یا پینگ کند، کمتر می‌شود.

خود اشتعال و ویژگی های آن

در درجه های زاویه میل لنگ، تأخیر خود اشتعال مقدار زمان بین شروع تزریق سوخت (SOI) و شروع احتراق (SOC) (CADs) است.

به آن زمان تاخیر جرقه زنی (IDT) نیز می گویند و نشان می دهد که چقدر طول می کشد تا مخلوط سوخت و هوا در دما و فشار معینی واکنش نشان دهد.

دمای خود اشتعال

اتانول می تواند در دمای 685 درجه فارنهایت (363 درجه سانتیگراد) شروع به سوختن کند. این دمایی است که در آن مخلوطی از سوخت و هوا به خودی خود روشن می شود، بدون هیچ کمکی از منبع خارجی.

یکی از راه‌های تشخیص دمای خود اشتعال، اندازه‌گیری افزایش دما بین پایان ضربه فشرده‌سازی و شروع رویداد خوداشتعال است.

راه دیگر یافتن دمای خود اشتعال 1-پروپانول و 2-پروپانول است.

خود اشتعال و انتقال حرارت تشعشع

این زمانی اتفاق می‌افتد که یک مایع قابل اشتعال بالاتر از دمای اشتعال خود گرم شود و بخاراتی که آزاد می‌شوند وقتی در معرض تشعشعاتی مانند تشعشعات مادون قرمز از اجسام داغ یا ستون‌های آتش قرار می‌گیرند، خود مشتعل می‌شوند.

دو نوع مختلف جرقه زنی وجود دارد: جرقه زنی آزمایشی و احتراق خودکار. ماده قابل اشتعال به منبع گرمایی خارجی مانند جرقه یا شعله نیاز دارد تا احتراق آزمایشی را شروع کند.

از طرف دیگر، خود اشتعال به منبع گرمایی خارجی نیاز ندارد. در عوض، از انرژی خود ماده برای ایجاد آتش استفاده می کند.

دمای خود اشتعال

دمای خود اشتعال یک ماده کمترین دمایی است که در آن شروع به سوختن می کند. این دمایی است که در آن چیزی می تواند به خودی خود شروع به سوختن کند.

درک اهمیت دمای خود اشتعال

دمای خود اشتعال یک مفهوم کلیدی در علم احتراق است. این به معنای پایین ترین دمایی است که در آن یک ماده بدون جرقه ای از بیرون خودسوخته و آتش می گیرد.

دمایی که در آن یک ماده به خودی خود شروع به سوزاندن می کند، بسته به چیزهایی مانند چیز دیگری که در آن منطقه است، می تواند تغییر کند.

وقتی صحبت از مخلوط‌های سوختی می‌شود که می‌توانند آتش بگیرند، دمای خود اشتعال پایین‌ترین دمایی است که در آن سوخت خود به خود بدون جرقه‌ای از بیرون آتش می‌گیرد.

درک دمای خود اشتعال یک ماده برای ایمنی آتش سوزی و استفاده و نگهداری ایمن چیزهایی که می توانند آتش بگیرند مهم است.

گاز هیدروژن و خود اشتعال

هنگامی که گاز هیدروژن به یک موتور وارد می شود، نحوه کار خود احتراق را به روشی منحصر به فرد تغییر می دهد. نحوه سوختن آن تحت تأثیر این واقعیت است که دمای خود اشتعال و هدایت حرارتی آن بالاتر از سوخت هایی مانند متان است.

اثر هیدروژن بر خود اشتعال

هنگامی که هیدروژن با سوخت های دیگر مخلوط می شود، دمای بالاتری که در آن به خودی خود مشتعل می شود، سرعت احتراق را افزایش می دهد و فشار در سیلندر را افزایش می دهد.

اما استفاده از هیدروژن همچنین می‌تواند باعث مشکلاتی مانند مسائل ایمنی، احتراق زودهنگام، عواقب معکوس و انرژی کمتر شود.

هنگامی که بارهای خاصی روی موتورهایی با جرقه جرقه وارد می شود، خود اشتعال کنترل نشده می تواند باعث کوبیدن موتور شود.

در موتورهایی که می توانند هم از سوخت دیزل و هم از هیدروژن استفاده کنند، قرار دادن هیدروژن در منیفولد ورودی می تواند باعث شود که سوخت دیزل خود به خود شروع به سوختن کند.

دمای خود اشتعال هوا

هوا قابل اشتعال نیست، بنابراین دمایی ندارد که در آن به خودی خود شروع به سوختن کند. سوخت ها و مواد شیمیایی مانند بوتان، کک، هیدروژن و نفت اغلب دارای دمای خود اشتعال هستند.

دمای خود اشتعال آن کمترین دمایی است که در آن یک ماده شروع به خود گرمایی می کند که می تواند منجر به آتش سوزی شود.

فشار خود اشتعال

فشاری که در آن هیدروژن شروع به سوزاندن می کند بین 3.5 تا 7 Mpa (35-70 bar) است. اشتعال خودبخودی زمانی که فشار آزاد اولیه بالا باشد و شوک پیشرو قوی باشد، محتمل تر است.

فشار لازم برای شروع آتش به میزان اکسیژن و هلیوم موجود در هوا بستگی دارد.

اثر فشار بر خود اشتعال

با بالا رفتن فشار، دمایی که در آن مخلوطی از گازها یا بخارات می تواند به خودی خود شروع به سوختن کند، کاهش می یابد.

این به این دلیل است که فشارهای بالاتر واکنش را سرعت می بخشد و دمایی را که در آن واکنش شروع می شود کاهش می دهد.

ذخیره سازی آنبورد هیدروژن

بیشتر سیستم‌های ذخیره‌سازی هیدروژن روی برد تا فشار ۷۰۰ بار کار می‌کنند. حتی فشارهای بالاتری در ایستگاه های سوخت گیری برای این نوع ذخیره سازی استفاده می شود.

گازهای مشتعل شده داخلی می توانند گرما را از طریق تخلیه شوک از دست بدهند که باعث می شود شعله قبل از آتش گرفتن کل حجم خاموش شود. این می تواند از خود اشتعال گاز جلوگیری کند.

تست احتراق خودکار نفت خام

آزمایش خود اشتعال بر روی نفت خام انجام می شود تا کمترین دمایی را که در آن در دمای معمولی اتاق آتش می گیرد، مشخص شود.

انجمن تست و مواد آمریکا (ASTM) استانداردهایی را برای آزمایش توانایی خودسوزی نفت خام تعیین کرده است.

ASTM E659: دمایی که در آن یک ماده به خودی خود شروع به سوختن می کند

ASTM E659 تست استانداردی است که برای بررسی اینکه آیا نفت خام خود به خود آتش می گیرد یا خیر استفاده می شود. این روش آزمایشی نشان می‌دهد که چگونه می‌توان دمای خود اشتعال شعله داغ و شعله سرد یک ماده شیمیایی مایع را در هوا در فشار اتمسفر در یک ظرف گرم شده یکنواخت پیدا کرد.

نتایج این آزمایش نشان می دهد که کمترین دمایی که نفت خام در آن به طور معمول آتش می گیرد چقدر است.

مقایسه ASTM E659 و ASTM D2155

ASTM E659 نسبت به ASTM D2155 روشی به روزتر برای آزمایش نفت خام برای احتراق خودکار است. حتی اگر ابزارهای هر روش متفاوت باشد، نتایج یکسان است.

ASTM D93A: تعیین نقطه فلاش

ASTM D 93A راهی برای تعیین نقطه اشتعال نفت و فرآورده های نفتی است. اما تست های خود اشتعال را پوشش نمی دهد.

نقطه اشتعال دمایی است که در آن یک فرآورده نفتی به اندازه کافی بخار تولید می کند تا یک شعله کوچک آتش ایجاد کند و آن را ادامه دهد.

دمای نقطه اشتعال با دمای خود اشتعال یکسان نیست. دمای خود اشتعال دمایی است که در آن یک ماده به خودی خود بدون جرقه ای از خارج شروع به سوختن می کند.