Pozdrav i dobrodošli u ovaj članak u kojem ću raspravljati o ključnom konceptu u području znanosti o izgaranju, "samozapaljenju".
U ovom ću članku pokriti različite aspekte samozapaljenja, uključujući definiciju, temperaturu samozapaljenja različitih tvari kao što su papir, dizel, etanol, vodik, srednji plin i još mnogo toga.
Također ću raspravljati o razlici između točke paljenja, točke paljenja i temperature samozapaljenja te o tome kako tlak utječe na temperaturu samozapaljenja.
Do kraja ovog članka imat ćete sveobuhvatno razumijevanje samozapaljenja i njegovih implikacija. Dakle, počnimo!
Što je samozapaljenje?
Formalna definicija je:
Spontano paljenje dijela ili cijele smjese goriva i zraka u komori za izgaranje motora s unutarnjim izgaranjem. Također poznato kao spontano sagorijevanje.
Samozapaljenje je kada tvar počinje gorjeti sama od sebe, bez pomoći vanjskog izvora. Toplina unutar tvari uzrokuje da se sama zapali.
Što je temperatura samozapaljenja?
Temperatura samozapaljenja je najniža temperatura pri kojoj će tvar početi gorjeti u normalnoj atmosferi. Na ovu temperaturu utječu stvari poput tlaka, koncentracije kisika i količine goriva u zraku. Važno je zapamtiti da temperatura na kojoj će tvar sama početi gorjeti ovisi o vrsti i sastavu tvari.
Samozapaljenje u motorima s unutarnjim izgaranjem
Motori s unutarnjim izgaranjem mogu se samozapaliti samo zbog topline kompresije ili kada se ta toplina kombinira s ubrizgavanjem goriva. Samozapaljenje se naziva i spontano izgaranje, a može se dogoditi u komori za izgaranje motora.
Kada radite sa zapaljivim materijalima, temperatura samozapaljenja je ključni faktor u određivanju rizika od požara ili eksplozije. Koristi se za određivanje kolika je vjerojatnost da će se tvar zapaliti sama od sebe u normalnoj atmosferi, bez iskre ili plamena izvana.
Video
Savjet: Uključite tipku titlova ako vam je potrebna. Odaberite "automatski prijevod" u gumbu postavki, ako niste upoznati s engleskim jezikom. Možda ćete prvo morati kliknuti na jezik videozapisa prije nego što vaš omiljeni jezik postane dostupan za prijevod.
Temperatura samozapaljenja različitih tvari
Drvo:
Temperatura na kojoj drvo počinje samo gorjeti je oko 482°F (250°C). Na 700°F (371°C), može se odmah zapaliti, ali potrebno je nekoliko minuta između 450°F (232°C) i 500°F (260°C).
Pri minimalnom toplinskom toku potrebnom za pokretanje izravnog plamena, površinska temperatura je između 300 i 365°C (572 i 689°F).
Avgas (avionski benzin):
Temperatura na kojoj počinje sam gorjeti je 280°C (536°F). Avgas je vrsta benzina napravljena za motore aviona.
Ima točku paljenja od -43°C (-45°F). To je poput kerozina, koji također ima temperaturu od 280°C (536°F) na kojoj može početi sam gorjeti.
http://large.stanford.edu/courses/2014/ph240/ukropina2
Etanol:
Temperatura samozapaljenja etanola je 365°C (689°F), što je niže od temperature dietil etera (160°C ili 320°F) i više od temperature benzina (247-280°C ili 477-536°F). ).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6266291
Vodik:
Temperatura na kojoj će vodik početi sam gorjeti je 535°C (995°F).
https://en.wikipedia.org/wiki/Autoignition_temperature
Etilen oksid:
Temperatura na kojoj etilen oksid počinje sam gorjeti je 429°C (804,2°F). Ali ako postoji hrđa, mogla bi biti niska od 140°C (284°F).
Na temperaturama iznad 51,3°F (10,7°C), etilen oksid je bezbojni plin koji se može sam zapaliti.
https://www.petrochemistry.eu/wp-content/uploads/2018/01/Guidelines_EO_2013_UK_v6-final.pdf
Dizel:
Točka samozapaljenja: približno 210°C.
Željezo:
Točka samozapaljenja: približno 1315°C (2399°F).
Papir:
Točka samozapaljenja: Otprilike 218 - 248°C.
Nakon što se pokrene vatra papira, toplina u središtu može doseći i do 815°C.
Ostali plinovi:
- Metan: 580 °C
- Propan: 493 °C
- Etilen: 425 °C
- Acetilen: 305 °C
- Nafta: 290 °C
- Ugljikov disulfid: 102 °C
Kako prepoznati razlike između samozapaljenja, plamišta i vatre
Ukratko, točka plamena, točka plamena i temperatura samozapaljenja sve su povezane s time koliko je tvar zapaljiva, ali svaki izraz odnosi se na drugačiji aspekt djelovanja tvari kada je izložena toplini i vatri.
Samozapaljivost
Samozapaljivost je najniža temperatura pri kojoj će zapaljivi materijal početi gorjeti sam od sebe, bez iskre ili drugog izvora paljenja izvana.
To se događa kada temperatura materijala dosegne temperaturu samozapaljenja, pretvarajući ga u zapaljivi plin koji počinje sam gorjeti.
Plamište
Plamište je, s druge strane, najniža temperatura pri kojoj tekućina koja se može zapaliti oslobađa dovoljno pare da se zapali kada dođe u dodir s izvorom paljenja.
Za svaku zapaljivu tekućinu različita je količina pare u zraku koja je potrebna za održavanje požara, a temperatura plamišta pokazuje najnižu temperaturu na kojoj će se zapaljiva tekućina zapaliti kada je u blizini izvora paljenja.
Plamište u odnosu na točku samozapaljenja:
Plamište i točka samozapaljenja dva su važna načina za mjerenje koliko lako će se tvar zapaliti.
Oba pojma odnose se na temperaturu na kojoj nešto može početi gorjeti, ali govore o različitim dijelovima procesa.
Plamište je temperatura na kojoj se tvar može zapaliti iz vanjskog izvora, a samozapaljivost je temperatura na kojoj će se sama zapaliti.
Vatrena točka
Točka vatre je temperatura na kojoj para zapaljive tekućine nastavlja gorjeti nakon što je zapaljena.
Viša je od temperature plamišta i pokazuje najnižu temperaturu na kojoj će tvar nastaviti gorjeti nakon što se zapali.
Expeltec je napravio stvarno lijepu infografiku kako bi vizualno objasnio neke razlike:
https://expeltec.com/5-terminology/flash-point-auto-ignition-temperature/
Samozapaljenje u odnosu na druge procese
Samozapaljenje se razlikuje od samozapaljenja jer ne treba vanjski izvor energije za početak.
Temperatura samozapaljenja je najniža temperatura pri kojoj će se tvar zapaliti u normalnoj atmosferi bez iskre izvana.
Samozapaljenje i samoizlaganje također su različiti procesi. Autoekspozicija je kada se požar širi s jednog kata na drugi u zgradi s više katova, a samozapaljenje je najniža temperatura na kojoj će zapaljivi materijal početi sam gorjeti.
Mjere otpornosti goriva na samozapaljenje
Oktanski broj
Ukratko, oktanski broj je mjera koliko dobro gorivo može odoljeti detonaciji i prethodnom paljenju, a također pokazuje koliko dobro može odoljeti samom pokretanju.
Oktanski broj standardni je način za mjerenje koliko su čvrsta goriva poput benzina i dizela da sama počnu gorjeti u motorima na paljenje svjećicom.
Ova se vrijednost temelji na tlaku pri kojem će se gorivo samozapaliti (samo početi gorjeti) u kontroliranom okruženju.
Oktanski broj se piše ili kao istraživački oktanski broj (RON) ili kao motorni oktanski broj (MON).
Što je veći oktanski broj, to je gorivo otpornije na samozapaljenje i manja je vjerojatnost da će SI motor lupati ili zvoniti tijekom kompresije.
Samozapaljenje i njegove karakteristike
U stupnjevima kuta radilice, odgoda samozapaljenja je vrijeme između početka ubrizgavanja goriva (SOI) i početka izgaranja (SOC) (CADs).
Također se naziva i vrijeme kašnjenja paljenja (IDT), a pokazuje koliko je vremena potrebno da smjesa goriva i zraka reagira na određenoj temperaturi i tlaku.
Temperatura samozapaljenja
Etanol može početi gorjeti na temperaturi od 685°F (363°C). To je temperatura pri kojoj će se mješavina goriva i zraka zapaliti sama od sebe, bez pomoći vanjskog izvora.
Jedan od načina za određivanje temperature samozapaljenja je mjerenje porasta temperature između kraja takta kompresije i početka događaja samozapaljenja.
Drugi način je pronaći temperature samozapaljenja 1-propanola i 2-propanola.
Samozapaljenje i prijenos topline zračenjem
To se događa kada se zapaljiva tekućina zagrije iznad temperature paljenja, a pare koje se oslobađaju se same zapale kada su izložene zračenju poput infracrvenog zračenja od vrućih predmeta ili plamena.
Postoje dvije različite vrste paljenja: pilotirano paljenje i samopaljenje. Zapaljivom materijalu potreban je vanjski izvor topline, poput iskre ili plamena, kako bi se pokrenulo pilotirano paljenje.
Za samozapaljenje, s druge strane, nije potreban vanjski izvor topline. Umjesto toga, koristi vlastitu energiju materijala da zapali vatru.
Temperatura samozapaljenja
Temperatura samozapaljivosti tvari je najniža temperatura pri kojoj ona počinje gorjeti. To je temperatura na kojoj nešto može početi gorjeti samo od sebe.
Razumijevanje važnosti temperature samozapaljenja
Temperatura samozapaljenja je ključni koncept u znanosti o izgaranju. To znači najniža temperatura pri kojoj će se tvar samozapaliti i zapaliti bez iskre izvana.
Temperatura na kojoj će materijal početi sam gorjeti može se promijeniti ovisno o stvarima poput onoga što se još nalazi u tom području.
Kada je riječ o gorivnim smjesama koje se mogu zapaliti, temperatura samozapaljenja je najniža temperatura pri kojoj će se gorivo samo zapaliti bez iskre izvana.
Razumijevanje temperature samozapaljenja tvari važno je za sigurnost od požara te za sigurnu upotrebu i skladištenje stvari koje se mogu zapaliti.
Plin vodik i samozapaljivost
Kada se plin vodik stavi u motor, on mijenja način na koji funkcionira samozapaljenje na jedinstven način. Na način na koji sagorijeva utječe činjenica da su mu temperatura samozapaljenja i toplinska vodljivost viši nego kod goriva poput metana.
Učinak vodika na samozapaljenje
Kada se vodik pomiješa s drugim gorivima, viša temperatura pri kojoj se sam zapali ubrzava brzinu izgaranja i podiže tlak u cilindru.
Ali korištenje vodika također može uzrokovati probleme poput sigurnosnih problema, preranog paljenja, povratnog plamena i manje snage.
Kada se motori s paljenjem svjećicom opterete određenim opterećenjem, nekontrolirano samopaljenje može uzrokovati lupanje motora.
U motorima koji mogu koristiti i dizelsko gorivo i vodik, stavljanje vodika u usisnu granu može uzrokovati da dizelsko gorivo počne samo gorjeti.
Temperatura samozapaljenja zraka
Zrak nije zapaljiv pa nema temperaturu na kojoj počinje sam gorjeti. Za goriva i kemikalije poput butana, koksa, vodika i nafte često se navode temperature samozapaljenja.
Njegova temperatura samozapaljenja je najniža temperatura pri kojoj se materijal počinje samozagrijavati, što može dovesti do požara.
Tlak samozapaljenja
Tlak pri kojem će vodik početi gorjeti je između 3,5 i 7 Mpa (35-70 bara). Spontano paljenje vjerojatnije je kada je početni tlak otpuštanja visok i vodeći udar jak.
Tlak potreban za paljenje vatre ovisi o tome koliko kisika i helija ima u zraku.
Učinak tlaka na samozapaljenje
Kako tlak raste, temperatura pri kojoj mješavina plinova ili para može sama početi gorjeti pada.
To je zato što viši tlakovi ubrzavaju reakciju, što snižava temperaturu na kojoj reakcija počinje.
Ugrađena pohrana vodika
Većina ugrađenih sustava za pohranu vodika radi na tlaku do 700 bara. Čak se i viši tlakovi koriste na stanicama za točenje goriva za ove vrste skladištenja.
Unutrašnji zapaljeni plinovi mogu izgubiti toplinu kroz udarno pražnjenje koje uzrokuje gašenje plamena prije nego što se cijeli volumen zapali. To može spriječiti samozapaljenje plina.
Ispitivanje samozapaljivosti sirove nafte
Ispitivanje samozapaljivosti provodi se na sirovoj nafti kako bi se utvrdila najniža temperatura pri kojoj će se spontano zapaliti na normalnoj sobnoj temperaturi.
Američko društvo za ispitivanje i materijale (ASTM) postavilo je standarde za ispitivanje sposobnosti samozapaljivosti sirove nafte.
ASTM E659: Temperature pri kojima tvar počinje sama gorjeti
ASTM E659 standardni je test koji se koristi da se vidi hoće li se sirova nafta sama od sebe zapaliti. Ova ispitna metoda pokazuje kako pronaći temperaturu samozapaljenja vrućeg plamena i hladnog plamena tekuće kemikalije u zraku pri atmosferskom tlaku u jednoliko zagrijanoj posudi.
Rezultati ovog testa pokazuju koja je najniža temperatura na kojoj će se sirova nafta normalno zapaliti.
Usporedba ASTM E659 i ASTM D2155
ASTM E659 je suvremeniji način testiranja samozapaljivosti sirove nafte od ASTM D2155. Iako su alati za svaku metodu različiti, rezultati su isti.
ASTM D93A: Određivanje plamišta
ASTM D 93A je način za određivanje točke paljenja nafte i proizvoda od nafte. Ali ne obuhvaća testove samozapaljenja.
Plamište je temperatura pri kojoj proizvod na bazi nafte ispušta dovoljno pare da mali plamen zapali i nastavi vatru.
Temperatura plamišta nije ista kao temperatura samozapaljenja. Temperatura samozapaljenja je temperatura pri kojoj će tvar početi gorjeti sama od sebe bez iskre izvana.
Dijeli…
