Вопрос 2. Самовозгорание жиров и масел
Статистика показывает, что около 80 % пожаров от самовозгорания по причине обусловлено самовозгоранием промасленных волокнистых и сыпучих материалов. В промышленности и в быту применяется огромное количество жиров и масел, которые по своему происхождению можно подразделить на природные, искусственные и синтетические. Природные масла - добываются из тканей наземных, морских животных и рыб (животный жир), из семян и мякоти плодов различных растений (растительные масла).
| Ч}- |
| Ь Л |
| egs |
Искусственные масла - получают из нефти (это минеральные масла) или из смолы полукоксования каменных углей (каменноугольные масла). Синтетические масла - получают полимеризацией и поликонденсацией низших алкенов, гликолей и их эфиров, силоксанов и других мономеров, j Все они по применению подразделяются на пищевые, технические, (производство высыхающих пленкообразующих для лаков и красок, ПАВ, глицерина, жирных кислот и другие), смазочные (моторные, индустриальные, трансмиссионные и другие) и не смазочные (электроизоляционные, гидравлические, шпалопропиточные и т.д.) масла. Большинство из них имеют температуру вспышки в пределах 170-350 °С, температуру самовоспламенения выше 350 °С, поэтому относительно пожаробезопасны. В чистом виде жиры и масла не склонны к
самовозгоранию. Но при попадании на волокнистые, пористые и сыпучие вещества и материалы с большой удельной поверхностью многие из них приобретают исключительно высокую способность к окислению кислородом воздуха даже без нагревания. К ним относятся растительные высыхающие масла, подвергавшиеся нагреву минеральные, например, моторные, цилиндровые, закалочные масла и т.п. Рассмотрим их поведение на примере природных жиров и масел.
Растительные масла (льняное, конопляное, хлопковое, подсолнечное другие), а также животные жиры (тресковый, тюлений, китовый, бараний, говяжий и т.д.) представляют собой смесь сложных эфиров, глицерина и жирных предельных и не предельных кислот общей формулы СН2ОН О CH2-OCO-R
I \\ -зн2о |
СНОН + ЗС - R---------------- » CH-OCO-R . (3)
СН20Н НО CH2-OCO-R
Глицерин Кислота Глицерид
В состав глицеридов входят остатки ненасыщенных кислот: олеиновой С17Н33СООН, содержит одну двойную связь; линолевой СпН^СООН, содержит две двойные связи; линоленовой Ci7H29COOH, содержит три двойные связи.
Производные углеводородов непредельного ряда способны к реакциям присоединения по месту двойных связей. Поэтому они склонны к окислению кислородом воздуха, а значит и к самовозгоранию. Механизм окисления имеет сложный, многостадийный характер. На начальной стадии процесса кислород воздуха присоединяется по месту двойной связи с образованием нестойкого пероксида, который распадается на два активных радикала, продолжающих далее цепь
окисления до промежуточных и конечных продуктов. В общем виде схема зарождения цепи выглядит следующим образом:
О—О
R-CH=CH-R' + 02 ----------- » R-CH-CH-R' -> R-HCO' + OCH-R'. (4)
Глицерид Пероксид
Ненасыщенные соединения по месту двойных связей, помимо кислорода, легко при-соединяют галогены, в том числе и йод:
-СН=СН- + h---------- > -CHJ-CHJ- (5)
Эта реакция протекает количественно, поэтому ее используют для оценки непредельности соединений в виде йодного числа.
Йодное число - это количество йода (в граммах), поглощенное 100 граммами вещества. Может быть использовано в качестве приближенной количественной меры склонности масел и жиров к самовозгоранию (табл.1). Практика показала, что к самовозгоранию склонны жиры и масла с йодным числом выше 50.
Таблица 1. Йодные числа некоторых жиров и масел
|
Таким образом, для самовозгорания жиров и масел необходимыми и достаточными условиями являются: 1. Содержание достаточного количества ненасыщенных углерод углеродных связей (йодное число выше 50 г J2/100 г).
парогазовой смеси продуктов горения. Истечение конвективного потока и поступление свежего воздуха в зону горения представляют собой две составные части единого процесса газообмена очага горения с окружающей средой. Этот процесс также называется массообменом, поскольку любой газ, как известно, имеет массу. Таким образом, между очагом горения и окружающей средой происходит обмен теплотой и газом в результате образования и движения конвективного потока продуктов горения. Этот процесс называется конвективным тепло- и газо(массо) обменом . Часть теплоты реакции горения выделяется в виде световых и невидимых инфракрасных волн - светового и теплового излучения. Лучистый тепловой поток распространяется во все стороны от очага пожара. Большая его часть воспринимается окружающими предметами. Часть его уходит вверх с конвективным потоком и падает вниз на поверхность горящего вещества. Нагреваясь под воздействием лучистого теплового потока, горючее вещество разлагается и испаряется с выделением горючих летучих продуктов, которые непрерывно поступают в зону горения, смешиваясь при этом со свежим воздухом. Эта зона горения получила название - пламя. Пламя - газовый объем, в котором непосредственно происходит реакция горения. Пламя, как правило, излучает свет, лишь в редких случаях оно невидимо, например, при горении водорода. Наиболее высокотемпературная часть пламени, где протекают окислительно-восстановительные реакции, называется реакционной зоной или фронтом пламени.
Снизу в пламя поступает газо-парообразное горючее, а вверх уходят продукты горения. Но пламя - это несовершенный химический реактор. Из- за большой скорости массообмена и плохого смешивания газы и пары не успевают прореагировать с кислородом полностью. Поэтому часть углерода, нагретого до высокой температуры, освобождается от водорода и гетероатомов (азота, серы и др.) и конденсируется с образованием раскаленных частичек сажи, которые излучают и свет и теплоту. Кроме
2. Большая поверхность окисления и малая теплоотдача. Только будучи нанесенными на большую, развитую поверхность (вата, тряпки, ветошь, пакля, порошки, пористые твердые материалы типа пенопластов, сыпучие материалы и т.п.) масло будет способным к самовозгоранию.
3. Наличие кислорода внутри материала или доступ его к окисляющей поверхности.
Растительные, высыхающие масла находят широкое применение в производстве лаков и красок, куда обязательно добавляют сиккативы - вещества, ускоряющие, катализирующие процесс окислительной полимеризации лакокрасочных материалов. В этом случае опасность самовозгорания еще выше, что необходимо учитывать при разработке пожарно-профилактических мероприятий.