PYTANIA NA EGZAMIN Z PRZYGOTOWOANIA ZAWODOWEGO

z  „Fizykochemii spalania

i środków gaśniczych”

STUDIUM DZIENNE ASPIRANTÓW PSP 

1.                    Omów następujące pojęcia : utlenianie, spalanie, płomień, dym.

2.                   Przedstaw charakterystykę spalania : dyfuzyjnego, kinetycznego; całkowitego, niecałkowitego; płomieniowego, bezpłomieniowego.

3.                   Co to jest : energia aktywacji, ciepło spalania, wartość opałowa, zapłon i zapalenie ?

4.                   Omów budowę i przebieg spalanie drewna.

5.                   Omów zjawisko wybuchu oraz dolną i górną granicę wybuchowości.

6.                   Omów przebieg i zjawiska towarzyszące wybuchom BLEVE.

7.                   Omów przebieg i zagrożenia związane ze zjawiskiem wykipienia i wyrzutu cieczy palnych oraz sposoby postępowania podczas gaszenia pożarów zbiorników cieczy mogących doprowadzić do tych zjawisk.

8.                   Co to jest samozapalenie, w następstwie jakich zjawisk ono następuje, jakie substancje ulegają samozapaleniu?

9.                   Kiedy powstają w procesie spalania następujące gazy : CO, CO2 , HCl, HCN i jakie mają właściwości fizykochemiczne i toksyczne ?

10.                Omów sposoby przerywania procesu spalania – podaj przykłady.

11.                Mechanizm gaśniczy i zastosowanie pian do przerywania procesu spalania.

12.                Mechanizm gaśniczy proszków BC – technika podawania tego środka.

13.                Omów zalety i wady wody jako środka gaśniczego oraz podaj jakich materiałów nie można gasić wodą ?

14.                Skuteczność gaśnicza różnych prądów wodnych i sposoby ich wykorzystania.

15.                Omów parametry strukturalne pian gaśniczych (liczba spienienia i dyspersja) oraz parametry techniczno-użytkowe pian gaśniczych (trwałość i płynność).

16.                Współdziałanie proszków i piany gaśniczej w gaszeniu pożarów – kiedy można zastosować te środki łącznie ?

17.                Omów właściwości, działanie gaśnicze oraz sposoby gaszenia przy użyciu gazów gaśniczych, w szczególności CO2.

18.                Podaj i scharakteryzuj typy reakcji chemicznych oraz krótko omów następujące prawa : zachowania masy, stałości składu i Avogadro.

19.                Opisz przenoszenie ciepła poprzez konwekcję, przewodnictwo cieplne oraz promieniowanie cieplne.

20.                Co to jest termodynamika (pojęcie temperatury, praca wykonywana przez gaz).

21.                Jakie substancje stosujemy w działaniach ratownictwa chemiczno-ekologicznego?

22.                Podaj zasady neutralizacji chemicznej i przedstaw stosowane neutralizatory.

23.                Omów technikę stosowania oraz praktyczne właściwości sorbentów.

24.                Natura i działanie dyspergentów omów metodę ich stosowania.

25.                Opisz tlen i wodór – właściwości, otrzymywanie, zastosowanie.

1. Omów następujące pojęcia : utlenianie, spalanie, płomień, dym.

Utlenianie polega na egzotermicznej substancji z utleniaczem (zazwyczaj tlenem z powietrza), może zachodzić w różnych temperaturach i z różną szybkością. Szybkość utleniania jest to ilość substancji utlenionej w jednostce czasu.

Utlenianie jest jednym z wielu procesów chemicznych powszechnie występujących w przyrodzie. Jest to reakcja chemiczna polegająca na łączeniu pierwiastków z tlenem. W warunkach normalnych proces utleniania zachodzi z małą szybkością np.: rdzewienie metali, butwienie związków organicznych. W temperaturach wyższych szybkość utlenienia gwałtownie wzrasta. Proces utleniania można w prosty sposób przedstawić jako łączenie się pierwiastka z tlenem, co związane jest z podwyższeniem stopnia utlenienia pierwiastka chemicznego. Stopień utlenienia jest to wartościowość pierwiastka wobec tlenu. Proces utleniania może nastąpić nie tylko przez działanie samego tlenu, ale także związków bogatych w tlen, zdolnych do oddawania go. Związki te noszą nazwę utleniaczy. Do najczęściej spotykanych należą:

            Nadmanganian potasu      KMnO4

            Dwuchromian                  K2Cr2O7

            Woda utleniona               H2O2

            Podchloryn wapnia          Ca(CIO)2

            Ozon                                O3

            Chlor                                CI2

            Nadtlenek sodu                Na2O2

            Nadtlenek eteru               (C2H2)2O2

            Pięciotlenek azotu            N2O5

            Kwas azotowy                  HNO3

            Powietrze                         O2 + N2

Różnica pomiędzy utlenianiem, a spalaniem wynika z szybkości przebiegu chemicznej reakcji utleniania. Utlenianie zachodzi w niskich temperaturach i jest również procesem egzotermicznym. Jednak ilość wydzielanego ciepła jest zbyt niska aby powstałe produkty spalania dały zjawisko świecenia. Proces spalania ma miejsce w temperaturach znacznie wyższych od temperatur, w których przebiega proces utleniania. Produkty spalania, czyli produkty powstałe w wyniku spalania mają taki zapas energii cieplnej, że wzbudzone atomy tzn. ogrzane atomy produktów spalania emitują pewne ilości (kwanty) ciepła, co oko ludzkie odbiera jako świecenie.

Spalanie według PN-ISO 8421-1 jest to egzotermiczna reakcja substancji palnej z utleniaczem,

               której zwykle towarzyszą płomienie (żarzenie i/lub dym).

Płomień jest to widzialna objętość gazu, w której przebiegają procesy rozkładu termicznego, utleniania i spalania. Płomień powstaje w części przestrzeni w, której zachodzi chemiczna reakcja spalania.

Rozróżnia się dwa typy płomieni:

a)       płomień dyfuzyjny – płomień powstały w wyniku zapalenia tej części objętości, w której następuje mieszanie się paliwa z powietrzem (utleniaczem). Szybkość spalania w płomieniu dyfuzyjnym jest określona szybkością dyfuzji (przenikania) powietrza do strefy spalania płomienia;

b)       płomień powstały w warunkach, gdy substancja palna była już wstępnie, przed zapaleniem zmieszana z powietrzem, oznacza to, że szybkość spalania określona jest przede wszystkim szybkością przebiegu reakcji spalania;

Dym definiuje się jako gazowe produkty spalania materiałów organicznych, w których rozproszone są małe cząsteczki gazowe i ciekłe. Sposób tworzenia się dymu jest następujący: cząstki dymu powstają w wyniku niecałkowitego spalania. Powstają one zarówno podczas spalania płomieniowego jak i bezpłomieniowego (tlenia). Dym tworzący się podczas spalanie płomieniowego składa się przede wszystkim ze stałych cząstek węgla (sadzy). Część cząstek sadzy powstaje przez oblepienie ciekłych produktów spalania w warunkach oddziaływania wysokoenergetycznego strumienia ciepła z płomienia. Większość jednak cząstek sadzy tworzące się w fazie gazowej powstają jako wynik niecałkowitego spalania, wysokiej temperatury i niskiego stężenia tlenu. Ilość tworzącego się dymu jest zależna od wielu czynników.

2. Przedstaw charakterystykę spalania : dyfuzyjnego, kinetycznego;

          całkowitego, niecałkowitego; płomieniowego, bezpłomieniowego.

3. Co to jest : energia aktywacji, ciepło spalania, wartość opałowa, zapłon i zapalenie ?

Warunki energetyczne zapoczątkowania reakcji spalania – energia aktywacji

Cząsteczki substratu muszą się ze sobą zderzać aby mogła zajść reakcja chemiczna. Kiedy do tego dojdzie cząsteczki muszą mieć wystarczająca ilość  energii do spowodowania lub zainicjowania reakcji. Poziom energetyczny potrzebny do rozpoczęcia reakcji nosi nazwę bariery energetycznej.

Rzeczywista energia potrzebna do rozpoczęcia reakcji nosi nazwę energii aktywacji.

Energia aktywacji – dla większości ciał stałych wynosi 200- 400  kJ/mol.

Ciepło spalania jest to ilość ciepła, która wydziela się podczas całkowitego spalania jednostki masy danej substancji. Dla ciał stałych i cieczy ciepło spalania wyrażone jest w [kJ/kg], a dla gazów w [kJ/m3]. Podczas całkowitego spalania paliwa otrzymuje się w produktach dwutlenek węgla (CO2) i wodę (H2O). W obliczaniach ciepła spalania zakłada się, że powstała w czasie spalania woda jest w stanie ciekłym.

Wartością opałową nazywa się tę ilość ciepła wyrażoną w [kJ], która wydziela się podczas spalania całkowitego jednostki masy lub objętości, przy założeniu, że woda po spaleniu występuje w stanie pary.

Typy zapoczątkowania reakcji spalania płomieniowego

   Zapalenie – polega na równomiernym ogrzewaniu materiału do takiej

                        temperatury , w której zapala się on samorzutnie w całej swej 

                        masie bez udziału tak zwanego punktowego bodźca

                        energetycznego. 

  Temperatura zapalenia – jest to najniższa temperatura materiału, który

                        ogrzewany strumieniem ciepła dostarczonym z zewnątrz

              w wyniku rozkładu termicznego wydziela palną fazę lotną

              o stężeniu umożliwiającym jego zapalenie się – to znaczy

              samorzutne pojawienie się płomienia.

Wymienione definicje dotyczą ciał stałych i gazów.

W środowiskach inżynierskich, wielkości te określa się wymiennie jako temperaturę

samozapłonu i zapłonienia.

   Zapłon – polega na zapaleniu mieszaniny palnej punktowym bodźcem

                       energetycznym, tylko w bardzo ograniczonej przestrzeni, wokół

                                     której powstaje czoło płomienia, przemieszczając się następnie już

                                 samorzutnie na całą pozostałą część mieszaniny.

  Temperatura zapłonu – jest to najniższa temperatura cieczy ogrzewanej w   

                            ściśle określony sposób, której pary tworzą z powietrzem

                            mieszaninę zapalającą się przy zbliżeniu płomienia.

Wymienione definicje dotyczą cieczy

4. Omów budowę i przebieg spalanie drewna.

Drewno jest materiałem niehomogenicznym, nieizotropowym tzn., że właściwości drewna, w tym wszystkie cechy palności zmieniają się w zależności od kierunku ułożenia włókien, w których pomiar był wykonywany.

Drewno jest mieszaniną wysokocząsteczkowych, naturalnych polime­rów, z których najistotniejszymi są:

celuloza   50% (śr.)

hemiceluloza - 25% (śr.)

            lignina - 25% (śr.)

Termiczna analiza rozkładu drewna pokazuje, że rozkład termicznych zasadniczych składników drewna następuje w temperaturach:

              hemiceluloza               200-260 0C

                                          celuloza                        240-350 0C

lignina               ...