Tematy egzaminacyjne /ŚRODKI GAŚNICZE/ - ZSI 29

1. Czynniki niezbędne dla zachodzenia spalania.

Spalanie jest to fizykochemiczna reakcja łączenia się materiału palnego z powietrzem - jest to proces kontrolowany. Niezbędne są następujące czynniki tworzące tzw. czworościan spalania;

1. paliwo (materiał mający zdolność łączenia się z tlenem

2. utleniacz

3. ciepło

4. wolne rodniki (atomy lub fragmenty cząsteczek mające jeden lub więcej nie sparowanych elektronów zdolnych do utworzenia wiązania chemicznego. Najważniejsze z nich to atomy wodoru (H), rodniki wodorotlenowe (OH), atomy tlenu (O) oraz rodniki metylowe (CH₃).

Najważniejszy jest materiał palny i jego własności. Tlen i ciepło nie muszą koniecznie występować - materiały mają to w sobie. Każdemu spalaniu muszą towarzyszyć reakcje rozgałęziania łańcuchowego.

2. Sposoby przerywania procesów spalania.

Procesy spalania mogą być przerwane przez następujące mechanizmy gaśnicze:

3. Omówić fizyczne sposoby przerywania spalania przez różne środki gaśnicze.

Obojętne gazy gaśnicze:

ENERGETYCZNE:

• Pochłanianie i przewodzenie ciepła:

Wprowadzony do płomienia gaz gaśniczy ogrzewa się, pobierając pewną ilość ciepła, zależnie od swego molowego ciepła właściwego, jednak dobre przewodzenie ciepła pogarsza własności gaśnicze gazu.

PRZESTZRENNE:

• Rozcieńczenie reagentów:

Obniżenie stężenia tlenu jak również pozostałych reagentów

• Odłączenie strefy reakcji (zdmuchnięcie płomienia):

Strumieniowe podawanie CO₂ z gaśnicy.

4. Środki gaśnicze, działające jako inhibitory homofazowe i uproszczony sposób ich działania.

5. Mechanizm heterofazowej inhibicji spalania.

Wysoki efekt gaśniczy zawdzięczają proszki gaśnicze przede wszystkim zdolnościom inhibicyjnym. Inhibitor - jest to katalizator ujemny, który powoduje zmniejszanie szybkości reakcji chemicznej (spalania). Inhibitorami procesów spalania w proszkach gaśniczych są rozdrobnione sole nieorganiczne zawierające w swym składzie odpowiednie metale alkaiczne. W przypadku pożarów płomieniowych proszek jest inhibitorem reakcji spalania. Możliwe są przy tym dwa rodzaje inhibicji - heterofazowy i homofazowy. W przypadku inhibicji heterofazowej inhibitor stanowi inną fazę niż reagenty, w tym przypadku fazę stałą. Rodniki odpowiedzialne za propagację spalania zderzają się ze stałymi cząsteczkami proszku tracą nadmiar energii niezbędnej do reakcji propagacji. Zwiększa się udział reakcji rekombinacji i gdy osiągną one przewagę nad reakcjami propagacji palenie ustaje.

Schemat: R^. +M Ⴎ (MR)^.

R₁+ (MR)^. Ⴎ R-R₁+M

Gdzie R₁^., R^. - rodniki (np. H^. , ^.OH),

M - cząsteczka proszku

6. Omówić sposoby przerywania spalania przez różne środki gaśnicze.

7. Wskazać parametry wody wpływające korzystnie i niekorzystnie na skuteczność gaśniczą.

• Własności wody korzystne przy gaszeniu pożarów:

• działanie chłodzące (odbiera ciepło w środowisku pożarowym)
  b. duże ciepło właściwe 4,18 kJ/(deg kg) i parowania ΔHp = 2257 kJ/kg

• intensyfikuje szybkość przenoszenia (odbierania ciepła)

• chłodzenie materiału - powierzchniowe - zmniejszenie szybkości pirolizy (zmniejszenie dostarczania par produktów pirolizy do strefy spalania)

• wytworzenie dużej ilości pary wodnej która zakłóca wymianę ciepła w strefie spalania oraz rozcieńcza środowisko.

• Zjawiska obniżające skuteczność gaszenia wodą :

• zbyt szybkie odparowanie (zbyt krótki kontakt z materiałem palnym-mały stopień wykorzystania wody)

• nie zwilżanie przez wodę substancji hydrofobowych (spływanie, nie możliwość dotarcia do wnętrza materiału)

• niska temperatura krzepnięcia (ograniczenie możliwości działania w niskich temperaturach)

• opory przepływu - straty na wydajności, zasięgu (mała intensywność podawania)

• piroliza wody w wysokich temperaturach (wydzielenie wodoru)

8. Jak można zwiększyć skuteczność gaśniczą wody?

A	Krótki czas kontaktu, spływanie, zbyt szybkie parowanie, nie zwilżanie materiałów hydrofobowych	dodatki zagęszczające dodatki obniżające prężność pary wodnej dodatki obniżające napięcie powierzchniowe i poprawiające zwilżanie
B	Brak możliwości izolowania, słabe chłodzenie powierzchni	dodatki pianotwórcze prądy rozproszone zwiększenie chłodzenia płomienia
C	Brak możliwości chłodzenia paliwa	prądy kropliste i mgłowe - intensywność chłodzenia płomienia
D	Reakcja chemiczna - zwiększająca zagrożenie	Brak możliwości
A B C	Zbyt mała intensywność podawania wynikająca ze strat ciśnienia w przewodach	Dodatki zmniejszające tarcie
A B C	Zbyt mały stopień wykorzystania wody	Zwiększenia stopnia rozproszenia wody
A B C	Zamarzanie wody w niskich temperaturach	Dodatki obniżające temperaturę krzepnięcia

9. Ograniczenia stosowania wody do celów gaśniczych:

• urządzenia pod napięciem

• pożary metali (lub ich obecność) nagrzanych do wysokich temperatur

• obecność substancji reagujących z wodą z wydzieleniem palnych gazów

• obecność w zasięgu pożaru substancji reagujących z wodą egzotermicznie - wydzielają się duże ilości ciepła

• obecność w zasięgu pożaru substancji reagujących z wodą z wydzieleniem gazów toksycznych

• w przypadku kiedy woda ściekająca po gaszeniu pożarów obejmujących substancje toksyczne - może stwarzać zagrożenie dla środowiska.

10. Omówić najważniejsze modyfikacje wody:

Modyfikacje wody uzyskujemy poprzez różnego rodzaju dodatki:

• Obniżające temperaturę krzepnięcia:

• sole nieorganiczne (chlorek wapniowy)

• związki organiczne (glikol etylowy, gliceryna)

• Dodatki zagęszczające:

• zwiększające lepkość wody (sól sodowa karboksymetylocelulozy)

• Dodatki zmniejszające parowanie:

• obniżają prężność par (fosforany)

• Dodatki zmniejszające tarcie:

• pozwalające zwiększyć szybkość podawania wody przy tym samym ciśnieniu

• Dodatki zwilżające:

• zmniejszają napięcie powierzchniowe wody

• Dodatki pianotwórcze:

• pozwalają tworzenie pian o działaniu izolującym

11. Wyjaśnić zjawisko napięcia powierzchniowego.

W przedstawionym rozważaniu rozpatruję ciecz graniczącą z fazą gazową.

W fazie gazowej znajduje się znacznie mniejsza ilość cząsteczek przypadających na jednostkę objętości aniżeli w cieczy. Także odległości między cząsteczkami są większe - a to z kolei powoduje, że siły przyciągania między cząsteczkami są (proporcjonalnie do odległości między cząsteczkami) mniejsze.

We wnętrzu fazy ciekłej każdą cząsteczkę otaczają statystycznie jednakowe liczby cząsteczek sąsiednich w wyniku czego podlegają one jednakowym oddziaływaniom we wszystkich kierunkach przestrzeni.

Natomiast na granicy faz każda cząsteczka otoczona jest częściowo przez cząsteczki z warstwy powierzchniowej i z wnętrza fazy - jak na poniższym rysunku:

Z powyższego wynika, że aby przenieść cząsteczkę z wnętrza fazy na granicę faz (czemu towarzyszyć będzie powiększenie powierzchni międzyfazowej) - należy wykonać pracę, która pokona międzycząsteczkowe siły przyciągania (Van der Waalsa). Praca ta wyrażona jest wzorem:

P = σ ^. S

P - praca, σ - napięcie powierzchniowe, S - przyrost powierzchni

Z wzoru wynika, że jednostkami napięcia powierzchniowego są [J/m²] lub [N/m]

Czyli - napięcie powierzchniowe odpowiada pracy potrzebnej do utworzenia nowej, jednostkowej powierzchni międzyfazowej ciecz - gaz.

Napięciem powierzchniowym nazywa się zwyczajowo napięcie międzyfazowe na granicy faz ciecz - gaz.

II interpretacja

Cząsteczki w warstwie powierzchniowej mają większą energię i dążą do przemieszczania w głąb cieczy, co powoduje dążność do zmniejszania się powierzchni swobodnej cieczy aż do osiągnięcia stanu równowagi to znaczy do chwili, gdy maksymalna ilość cząsteczek znajdzie się we wnętrzu fazy a powierzchnia swobodna osiągnie w danych warunkach wielkość minimalną /kształt kuli/. (W zwykłych warunkach kształt kulisty ulega zniekształceniu spowodowanym siłą ciążenia lub wzajemnym oddziaływaniem cząsteczek cieczy z cząsteczkami materiału naczynia).

Ilość energii zużytej na zmniejszenie powierzchni o jednostkę = jest pracy potrzebnej do zwiększenia powierzchni o jednostkę i nosi nazwę energii powierzchniowej. Czyli występuje tu napięcie (powodujące kurczenie się rozpatrywanej objętości) działające w każdym punkcie z równą siłą i we wszystkich kierunkach stycznie do powierzchni cieczy - zwane napięciem powierzchniowym (energia powierzchniowa).

12. Za pomocą izotermy adsorpcji Gibbsa wyjaśnić aktywność powierzchniową.

W przypadku rozpuszczenia określonej substancji w cieczy cząsteczki substancji mogą przechodzić w głąb roztworu lub gromadzić się na powierzchni rozdziału faz, powodując zmiany napięcia powierzchniowego. Zależność stężenia cząsteczek w warstwie powierzchniowej od napięcia powierzchniowego przedstawia tzw. izoterma adsorpcji - wyrażana wzorem Gibbsa:

Stężenie powierzchniowe [mol/m²]

c - stężenie roztworu [mol/l]

dc - zmiana stężenia [mol/l]

zmiana napięcia powierzchniowego spowodowana zmianą stężenia [J/m²]

R - uniwersalna stała gazowa [J/mol^.K], T- temeperatura [K]

Pochodna
jest miarą aktywności powierzchniowej. Gdy
- wówczas substancję nazywamy powierzchniową czynną. Substancje dla których
- nazywamy powierzchniowo nieczynnymi.

Jeżeli dc jest ujemne to wraz ze znakiem (-) przed wzorem daje nam (+) i wtedy jest powierzchniowy nadmiar stężenia, czyli roztwór jest powierzchniowo-czynny.

Teoretyczna ilustracja izotermy Gibbsa:

Przy małych stężeniach powierzchniowych, gdy cząsteczki ZPC mają dostatecznie dużo miejsca na powierzchni, łańcuchy węglowodorowe na powierzchni wody są mniej lub bardziej nachylone. Zagęszczenie cząsteczek ZPC na granicy faz powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego (powierzchniowa warstewka cząsteczek wody zostaje zastąpiona warstwą cząsteczek ZPC).

Ponieważ oddziaływanie cząsteczek wody na grupy polarne ZPC jest znacznie silniejsze niż na grupy nie polarne, dlatego właśnie grupy polarne mają dominujący wpływ na obniżenie napięcia powierzchniowego, zwłaszcza przy nasączonej warstwie adsorpcyjnej. Stężenia, przy których osiąga się minimalne napięcie powierzchniowe, zależą od długości łańcucha alkilowego i zmniejszają się wraz ze wzrostem łańcucha.

Napięcie powierzchniowe maleje liniowo ze wzrostem temperatury i zanika w temperaturze krytycznej. Odmienna jest zależność w przypadku roztworów ZPC a mianowicie - napięcie powierzchniowe maleje liniowo wraz ze wzrostem temperatury, ale jednocześnie ze wzrostem temperatury zmniejsza się wielkość nadmiaru powierzchniowego, czyli następuje zubożenie warstwy powierzchniowej w substancję powierzchniowo czynną, a więc wzrasta napięcie powierzchniowe.

Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury dla czystych substancji opisuje równanie Eötvösa:

V_m - objętość molowa cieczy, T_k - temperatura krytyczna, T - temperatura cieczy,

k - stała dla większości cieczy = 2,1 ^. 10^-3.

13. Podział i budowa chemiczna związków powierzchniowo-czynnych (ZPC)

ZPC - są to związki chemiczne, które dzięki swojej specyficznej budowie posiadają zdolność obniżania napięcia powierzchniowego wody. Składają się z dwóch części w różnym powinowactwie do wody:

• grupy hydrofilowej (polarnej) - którą stanowią grupy funkcyjne, zawierające takie atomy jak tlen, siarka, azot i fosfor (mają dominujący wpływ na obniżanie napięcia powierzchniowego).

• Grupy hydrofobowej (niepolarnej) - są to łańcuchy węglowodorowe (nasycone lub nienasycone) lub łańcuchy węglowe perfluorowane (wszystkie atomy wodoru zostały zastąpione atomami fluoru) - mogą one być rozgałęzione i połączone z pierścieniami aromatycznymi. Ze wzrostem długości łańcucha węglowego wzrasta (do pewnej granicy, którą wyznacza zmniejszająca się rozpuszczalność związku w wodzie i mieszaninach woda-rozpuszczalnik organiczny) aktywność powierzchniowa ZPC.

Klasyfikacja związków powierzchniowo czynnych oparta jest na ich zachowaniu w roztworach wodnych.

• ZPC dysocjujące w wodzie - nazywamy jonowymi. W zależności od tego które jony mają aktywność powierzchniową nazywa się je:

• anionowo czynne - grupa hydrofobowa występuje w anionie

• alkanosulfoniany (RCH₂SO₃) , R - jest rodnikiem alkilowym C₁₁÷C₁₈

• alkilobenzenosulfoniany (RC₆H₄SO₃) , R - alkil C₁₀÷C₁₄

• alkilosiarczany (RCH₂OSO₃) , R - alkil C₁₁÷C₁₇

• olefinosulfoniany (RCH₂CH=CHCH₂SO₃) , R - alkil C₁₀÷C₁₄

• estry kwasu sulfobursztynowego [R₁OOCCH₂CH(SO₃)COOR₂] , R₁ i R₂ - rodniki alkilowe - (dobre właściwości zwilżające)

• siarczany oksyetylowanych alkoholi tłuszczowych

• sole kwasów tłuszczowych

Podane wielkości rodników alkilowych dotyczą najczęściej spotykanych ZPC. Przy krótszych rodnikach następuje zmniejszenie aktywności powierzchniowej, zaś przy dłuższych - zmniejszenie rozpuszczalności w wodzie. Anionowe ZPC występują w postaci soli sodowych, amonowych lub etanoloaminowych.

• kationowo czynne - grupa hydrofobowa występuje w kationie (bardzo dobre działanie bakteriobójcze)

• sole amoniowe amin alifatycznych - (R_1, R_2, R_3, R₄)N⁺ , [R_1, R_2, R_3, R₄] - rodniki alkilowe lub atomy wodoru (połączone bezpośrednio z atomem azotu), przy czym jeden z rodników jest długim łańcuchem węglowodorowym.

• sole zasad cyklicznych np.: pirydyny C₅H₅N⁺R, gdzie R jest długim rodnikiem alkilowym.

Przeciwjonem w związkach kationowo-czynnych jest zwykle anion chlorkowy lub bromkowy (Cl^-, Br^-)

• związki amfolityczne - w których w środowisku obojętnym występuje jednocześnie anion i kation. Amfolityczne ZPC w środowisku zasadowym zachowują się jak związki anionowe, a w kwaśnym jak kationowe.

• 
  sulfobetainy

• karboksybetainy

• ZPC nie dysocjujące w wodzie - nazywamy niejonowymi. Zawierają nie dysocjującą na jony grupę, np.: ^-OH, ^-NH₂, ^-O. Mogą to być alkohole wielowodorotlenowe, polietery, produkty kondensacji alkoholi, amin i kwasów tłuszczowych oraz alkilofenoli z tlenkiem etylenu, zawierające długi rodnik węglowodorowy.

• oksyetylowane alkohole RCH₂O(CH₂ CH₂O)_nH , R alkil C₈÷C₁₈ , n - 5÷15

• dietanolamidy kwasów tłuszczowych

• polietoksyestry kwasów tłuszczowych

Środkami pianotwórczymi mogą być przedstawiciele wszystkich wymienionych grup ZPC. Ich zdolność pianotwórcza zależy m.in. od tzw. wartości HLB - czyli równowagi hydrofilowo-lipofilowej. Wychodzi się tu z założenia, że czynność powierzchniowa zależy od liczby i struktury grup polarnych, a także od liczby i rodzaju grup węglowodorowych. Przypisując poszczególnym grupom (polarnym i niepolarnym) określone wartości liczbowe (tzw. numer grupy), i sumując te numery otrzymamy wartość HLB:

W_h - numery grup hydrofilowych

W_l - numery grup lipofilowych (hydrofobowych)

Środki o dobrych własnościach pianotwórczych mają również wysokie wartości HLB. (oleinian sodowy HLB=20, dodecylosiarczan HLB=40). Stosowanie wartości HLB jest nie zawsze uzasadnione np.:

• nie jest uwzględniony skład fazy wodnej (np. dodatek elektrolitu) bądź fazy olejowej (w przypadku emulgowania)

• gdy cząsteczka zawiera kilka grup polarnych, nie uwzględnia się ich wzajemnego położenia

14. Kąt graniczny i jego cosinus jako kryteria oceny zwilżalności.

Jeżeli na powierzchnię jakiegoś ciała stałego wprowadzimy kroplę cieczy, to styczna do powierzchni granicznej kropla cieczy - powietrze w punkcie zetknięcia się trzech faz tworzy z powierzchnią ciała stałego pewien określony kąt zwanym - kątem granicznym Θ.

Rys. Kąt graniczny w różnych przypadkach zwilżalności:

Wielkość kąta granicznego w stanie równowagi jest określona zależnością wiążącą tę wielkość z wartościami powierzchniowych energii swobodnych trzech przecinających się powierzchni granicznych:

ciecz - gaz (c-g), ciecz - ciało stałe (c-s), ciało stałe - gaz (s-g)

Jako miarę przyjęto wielkość cosinusa kata granicznego: B= cos Θ

Zjawisko zwilżania wyraża się zwykle tworzeniem i zmianą wartości kąta granicznego Θ.

Przyjęto, że:

• jeżeli kąt Θ jest ostry (rys -a) tj. B > 0 - ciecz zwilża powierzchnie ciała stałego

• jeżeli Θ = 0, tj. B = 1 - graniczny przypadek doskonałej zwilżalności

• jeżeli Θ zawiera się w przedziale 90 ÷ 180, tj. B < 0 - ciecz nie zwilża ciała stałego.

Ciecz tym lepiej zwilża daną powierzchnię, im większe są siły wiążące, działające pomiędzy cząsteczkami powierzchni i cząstkami cieczy (adhezji), w porównaniu z siłami spójności (kohezji). Jeżeli powierzchnia ciała stałego lepiej zwilża się wodą, niż jakąkolwiek cieczą o niskiej stałej dielektrycznej (np. benzenem) to nazywamy ja - hydrofilową. (Odwrotnie - nazywamy powierzchnią - hydrofobową)

15. Micele i ich budowa. Co to jest KSM?

W roztworach rozcieńczonych ZPC występują w postaci pojedynczych cząsteczek. Gdy stężenie wzrasta, wówczas przy określonym stężeniu powstają tzw. micele. Stężenie przy którym to następuje nazwane jest - krytycznym stężeniem micelarnym (KSM). Po wyżej KSM roztwór jest formą termodynamicznie trwałą w której micele pozostają w stanie równowagi z pojedynczymi cząstkami.

Krytyczne stężenie micelarne:

W roztworach o niezbyt dużym stężeniu - micele są formami kulistymi, w których polarne grupy pojedynczych cząsteczek są skierowane ku fazie wodnej, natomiast niepolarne łańcuchy węglowodorowe tworzą wnętrze miceli (rys. -1).

Przy stężeniach ZPC znacznie przekraczających KSM tworzą się micele płytkowe (rys. 2)

Po przekroczeniu KSM zmieniają się parametry fizyczne roztworu, co pozwala na określenie tego stężenia drogą pomiaru różnych wartości fizycznych.

Główne wartości fizyczne, które ulegają zmianie to:

1. napięcie powierzchniowe

2. zmiana objętości

3. zmiana współczynnika załamania światła

4. stosunek lepkości roztworu do lepkości wody

5. stosunek przewodnictwa równoważnikowego roztworu do przewodnictwa wody

Rozpuszczalność ZPC w wodzie zależy od temperatury. W niskich temperaturach rozpuszczalność zmienia się początkowo nieznacznie, lecz poczynając od pewnej temperatury charakterystycznej dla danej substancji (tzw. punktu Kraffta) - rozpuszczalność silnie wzrasta. Odwrotnie przy ochładzaniu następuje w tej temperaturze gwałtowne wydzielenie substancji powierzchniowo czynnej. W niskich temperaturach rozpuszczalność ZPC jest mała i KSM nie zostaje osiągnięte. Dopiero po wzroście temperatury, gdy KSM zostaje osiągnięte rozpuszczalność gwałtownie wzrasta. Dlatego wiele ZPC działa dobrze dopiero po wyżej punktu Kraffta. Dla danego rodzaju ZPC, KSM maleje ze wzrostem długości łańcucha węglowodorowego; zmniejsza się również pod wpływem elektrolitów obojętnych.

16. Uproszczony opis matematyczny przepływu cieczy przez złoże porowate.

Badanie zwilżalności przez analizę charakterystyki zmian cosinusa kąta granicznego stwarza utrudnienia. A mianowicie np. trudno jest stworzyć z materiałów nie posiadających gładkiej powierzchni powtarzalne próbki a przy materiałach porowatych i sypkich - niemożliwe. Również trudna jest technika pomiarowa kąta zwilżania. Dlatego w celu badania zwilżalności (przepływu cieczy przez złoże porowate) wykorzystuje się metodę pomiaru szybkości przenikania przez nie cieczy. Przepływ przez pionową kapilarę opisuje równanie Poiseuille^'a:

gdzie: V jest to objętość cieczy o lepkości η jak przepływa przez kapilarę o długości l i promieniu r w czasie τ pod wpływem różnicy ciśnień ΔP.

Średnia liniowa prędkość przepływu w kapilarze wynosi :

Przy założeniu, że przepływ w kapilarze spowodowany jest tylko ciśnieniem kapilarnym (zaniedbuje się efekty grawitacyjne), wówczas:

Po podstawienie do wzoru (2) i całkowaniu w granicach 0 -l i 0 - τ otrzymujemy:

Wzór ten pozwala na wyznaczenie kata granicznego. Należy w tym celu porównać czasy zwilżania identycznych warstw cieczą badaną i cieczą, dla której znany jest kat graniczny. Otrzymuje się wówczas zależaność:

Najczęściej, jako ciecz wzorcowo stosuje się ciecz doskonale zwilżającą, dla której można złożyć Θ = 0 (cos Θ=1). (Typowymi przykładami takich cieczy są metanol i etanol).

17. Przyczyny zahamowania przepływu ZPC przez warstwy drobno porowate:

Warunkiem, aby mogło nastąpić wnikanie cieczy w materiał porowaty jest zwilżanie tego materiału przez ciecz cos Θ > 0. Natomiast wnikanie cieczy w materiał porowaty zależy od:

1. wytworzonego ciśnienia kapilarnego, którego wartość zależy od :
   - napięcia powierzchniowego cieczy
   - promienia kapilary

2. przeciwdziałającego mu ciśnienia hydrostatycznego uzależnionego od :
   - gęstości cieczy
   - wysokości słupa wchodzącej cieczy

3. parametrów fizycznych materiału porowatego:
   - porowatości
   - powierzchni właściwej
   - przepuszczalności.

Jednak podczas przepływów ZPC przez mat. porowate istnieje wiele trudności. Oto ważniejsze przyczyny powodujące te trudności:

1. spowolnienie dyfuzji ZPC z wnętrza cieczy do jej powierzchni spowodowane zwiększeniem rozmiarów cząsteczek.

(zatem powiększenie łańcucha węglowodorowego zwiększa aktywność powierzchniową cząsteczki, ale nie musi temu towarzyszyć poprawa zdolności zwilżających, szczególnie w warunkach dynamicznych)

2. spowolnienie dyfuzji ZPC na wskutek zwiększonego stężenia roztworu.

(w roztworach stężonych po wyżej KSM mogą tworzyć się struktury, które zajmują znaczną część środowiska dyspersyjnego. W rezultacie może dojść do zmniejszenia ruchliwości rozpuszczalnika. W takich układach ma miejsce tzw. lepkość strukturalna, która znacznie przewyższa lepkość czystych cieczy i roztworów o niskich stężeniach. Stężenie ZPC w warstwie powierzchniowej może być bardzo wysokie już przy względnie małych stężeniach tej substancji w objętości roztworu).

3. podczas przepływu roztworu ZPC przez pionową kapilarę (przez warstwę materiału porowatego), w warstwie czołowej roztworu, w pobliżu menisku, zmienia się wskutek adsorpcji ZPC na ściankach kapilary stężenie roztworu, a w rezultacie napięcie powierzchniowe stanowiące siłę napędową zwilżania. W granicznym przypadku stężenie w pobliżu menisku spada do zera, a napięcie powierzchniowe osiąga wartość napięcia powierzchniowego wody, co hamuje zwilżanie w przypadku materiałów hydrofobowych.

4. Pęcznienie, któremu podlegają ciała niejednorodne, o znacznej zawartości składników hydrofilowych, które mogą tworzyć z wodą struktury o znacznie zwiększonej objętości w porównaniu ze stanem suchym. Tak zachowują się pyły pochodzenia organicznego. W miarę pęcznienia komórek zwężeniu ulegają pory w warstwie, aż do całkowitego ich zamknięcia w skrajnych przypadkach. Dalszy przepływ wody odbywa się na drodze przenikania międzykomórkowego.

18. Budowa Pian.

Piana jest układem dyspersyjnym, w którym fazą rozproszoną jest gaz, a rozpraszającą ciecz.

Pianę gaśniczą ze względu na strukturę przestrzenną dzielimy na:

• pianę o budowie kulistej

W pianie tej cząsteczki ZPC adsorbują się na powierzchni rozdziału faz roztwór wodny - powietrze w ten sposób, że grupy hydrofilowe związane są z roztworem, a grupy hydrofobowe skierowane są w stronę gazu. Zbliżenie się do siebie pojedynczych pęcherzyków powoduje tworzenie się struktury złożonej z kulistych pęcherzyków powietrza nie tworzących wspólnych ścianek złożonych z warstewek roztworu pianotwórczego. Przestrzenie między pęcherzykowe w takiej pianie zawierają bardzo dużo roztworu, który szybko wycieka, dlatego trwałość piany kulistej jest niska. Piany złożone z kulistych pęcherzyków tworzą się przy małym energicznym napowietrzaniu roztworu pianotwórczego.

• pianę o budowie wielościennej (poliendrycznej)

Zwiększając ilość powietrza w stosunku do roztworu a także zwiększając energię spienienia co jest niezbędne do rozbudowania powierzchni międzyfazowej - zmieniamy strukturę piany czyli powodujemy zbliżenie się do siebie pęcherzyków. Wobec czego ścianki pęcherzyków stają się wspólne , spłaszczone na obszarach styku i piana zyskuje budowę wielościenną. Idealnym modelem wielościennego pęcherzyka jest - dwunastościan pentagonalny.

Rzeczywista liczba ścian pęcherzyków pian zmienia się - od 8 do 18, a ich kształt - od cztero do siedmio kątów, chociaż przeważają pięciokąty.

• w każdej krawędzi wielościennej struktury piany zbiegają się 3 błonki tworząc kont 120⁰

• miejsca styku ścianek (krawędzie wielościanu) tworzą charakterystyczne zgrubienie o przekroju trójkątnym, zwane krawędziami spływu lub krawędziami Plateau. Tworzą one połączony system przenikający cały szkielet piany.

• 4 kanały Plateau schodzą się w jednym punkcie tworząc jednakowe kąty - 109⁰28^'.

Rzeczywiste piany składają się z różnych wielościanów zbudowanych z różnych wielokątów (budowa poliendryczna), ściany pęcherzyków nie są płaskie. Poszczególne fragmenty błonki mają różną krzywiznę, co sprawia, że ciśnienie p cieczy o napięciu powierzchniowym σ w błonce i kanałach Plateau jest zmienne, zależnie od lokalnego promienia krzywizny fragmentu błonki r:

19. Powstawanie pian chemicznych.

Pianę chemiczną otrzymuje się w wyniku energicznego zmieszania ze sobą dwóch roztworów: alkalicznego i kwaśnego.

Roztwór alkaliczny - zawiera kwaśny węglan sodowy i koncentrat pianotwórczy

Roztwór kwaśny zawiera - kwas siarkowy lub siarczan glinowy albo inne kwaśne związki.

W wyniku zaistniałej reakcji chemicznej na wskutek zmieszania powyższych roztworów powstaje dwutlenek węgla generujący pianę, a wzrost ciśnienia powoduje wyrzucenie wytworzonej piany na zewnątrz urządzenia gaśniczego(którym jest najczęściej gaśnica).

Metoda wytwarzania piany chemicznej należy do tzw. metody kondensacyjnej - polegającej na zmianie stanu fizycznego, którą się uzyskuje przesycając roztwór pianotwórczy gazem i w wyniku tego spienienie.

20. Wytwarzanie pian mechanicznych.

Metody wytwarzania pian mechanicznych należą do tzw. metod dyspergacyjnych. W metodach dyspergacyjnych piana tworzy się w wyniku intensywnego jednoczesnego mieszania roztworu pianotwórczego i gazu. Realizuje się to:

• przepuszczając strumień gazu przez warstwę cieczy - (metody barbotażowe)

• przepuszczając strumień gazu przez siatkę oraszaną roztworem środka pianotwórczego - (generatory i wytwornice)

• mieszania roztworu środka pianotwórczego z inżektorowo zasysanym powietrzem - (prądownice pianowe)

• mieszanie cieczy i gazu za pomocą mieszadeł, wibratorów, wytrząsarek itp.

Metody wytwarzania pian gaśniczych w pożarnictwie:

PIANA CIĘŻKA - powstaje w prądownicy pianowej przez zassanie powietrza z otoczenia (inżektorowo) przez strumień roztworu. Stosowane środki: P, FP, FFFP, AFFF, S , A.

Liczba spienienia piany powstającej w prądownicy zależy przede wszystkim od rodzaju dyszy, roztworu i czasu mieszania roztworu z powietrzem w rurze pianowej. Ponieważ czas mieszania jest krótki, uzyskane piany osiągają zależnie od konstrukcji prądownicy i rodzaju środka pianotwórczego liczby spienienia od 5 do 15. Piany te posiadają niejednorodną strukturę pęcherzyków i znaczną zawartość roztworu, co istotnie ogranicza ich trwałość.

Zasięg podawania - średni.

Stężenie środka pianotwórczego: - (3 - 6%)

PIANA ŚREDNIA - powstaje w wytwornicy, w której mieszanina rozpylonego roztworu i zassanego powietrza pada na siatkę. Stosowane środki: , FP, FFFP, AFFF, S , A.

Zastosowanie siatki i zwiększenie średnicy urządzenia powoduje wydłużenia czasu mieszania roztworu z powietrzem, a to pozwala osiągnąć wyższe liczby spienienia od 50 do 150. Jest to jednak kosztem zmniejszenia energii strumienia piany, a więc i zasięgu podawania - zasięg mały.

Stężenie środka pianotwórczego: - (3 - 6%)

PIANA LEKKA - powstaje w generatorze siatkowym, do którego powietrze na ogół dostarcza wentylator, chociaż istnieją generatory które działają na podobnej zasadzie jak wytwornice. Stosowane środki: S. Liczba spienienia uzyskana z tej metody - od 200 do 1000. Piana transportowana jest od generatora do pożaru rękawem z tkaniny - czyli zasięg bardzo mały.

Stężenie środka pianotwórczego: - (2 - 4%)

Obecnie stosowane są także inne techniki wytwarzania pian:

PIANA BEZ WSTĘPNEGO NAPOWIETRZANIA ROZTWORU - piana powstaje przy podawaniu roztworu środka pianotwórczego z prądownicy wodnej dającej prąd rozproszony. Stosowane środki: FFFP, AFFF, A. Metoda pozwala uzyskać duże intensywności podawania i duże zasięgi, dużą szybkość rozpływania przy gaszeniu pożarów cieczy (AFFF, FFFP) oraz zwiększenie wykorzystania wody przy gaszeniu pożarów materiałów stałych (A). Piany nienapowietrzane, czyli wytwarzane przez zderzenie rozpylonego roztworu z otaczającym powietrzem, uzyskują niskie liczby spienienia i ich zastosowanie do gaszenia pożarów cieczy palnych jest możliwe przy zastosowaniu środków pianotwórczych tworzących film wodny.

Liczba spienienia uzyskana z tej metody - od 2 do 4. Zasięg podawania - średni.

Stężenie środka pianotwórczego: - (3 - 6% - środki tworzące film wodny)

- (0,1 - 1% - środki - A )

METODA CIŚNIENIOWA (CAFS) - piana powstaje przez wtłaczanie pod ciśnieniem strumienia sprężonego powietrza do strumienia roztworu pianotwórczego. Stosowane środki S oraz A, chociaż możliwe jest zastosowanie środków AFFF. Metoda ta różni się od pozostałych tradycyjnych metod pod dwoma zasadniczymi względami, związanymi z przebiegiem mieszania powietrza i roztworu pianotwórczego.

• dużo większa energia mieszania, co pozwala uzyskać małe pęcherzyki

• dużo większy czas mieszania( mieszanie następuje w linii tłocznej), co zapewnia wyrównanie wielkości pęcherzyków

Liczba spienienia uzyskana z tej metody - od 4 do 40. Zasięg - duży.

Stężenie środka pianotwórczego: - (0,3 - 1,5% - specjalne środki pianotwórcze)

- (0,5 - 2% - środki - S )

Zalety systemu na sprężone powietrze:

• duża skuteczność piany „sprężonej” zwłaszcza w przypadku pożarów grupy A - kilkakrotne zwiększenie skuteczności gaśniczej w stosunku do wody

• niewielkie zużycie środka pianotwórczego

• możliwość stosowania standardowych środków pianotwórczych

• 
  możliwość regulacji liczby spienienia i jej własności (piana sucha piana mokra)

• niska masa węży tłocznych (wężami tłoczona jest piana, a nie roztwór)

• możliwość przetłaczania piany „sprężonej” na duże odległości (1000m -odl. i 100m - wysok.)

• zwiększenie zasięgu strumienia piany nawet o 50% w stosunku do konwencjonalnych systemów

• możliwość wykorzystania standardowych pożarniczych węży tłocznych

Schemat sytemu CAFS:

Piana - wytwarzana z tej metody ma znacznie lepszą trwałość, a mianowicie:

dużo większa energia mieszania, co pozwala uzyskać małe pęcherzyki a także dużo większy czas mieszania( mieszanie następuje w linii tłocznej), co zapewnia wyrównanie wielkości pęcherzyków

• piana złożona z bardzo małych pęcherzyków o wyrównanych wymiarach może mieć dużą trwałość, ponieważ działające w jej strukturze duże siły kapilarne pozwalają na dłuższe utrzymywanie roztworu w ściankach pęcherzyków. Przestrzenie pęcherzykowe są znacznie mniejsze niż w przypadku pian ciężkich wytwarzanych w prądownicach, co oznacza, że substancje pianotwórcze zawarte w roztworze mogą być lepiej wykorzystane do stabilizacji pęcherzyków.

• wyrównanie wielkości pęcherzyków ogranicza z kolei dyfuzyjny transport gazu pomiędzy pęcherzykami.

ZRZUT LOTNICZY - piana powstaje po rozpyleniu zrzuconego przez samolot roztworu hamowanego przez powietrze. Stosowane środki to przede wszystkim - S i A.

Liczba spienienia uzyskana z tej metody - od 20 do 50. Zasięg - bardzo duży.

Stężenie środka pianotwórczego: - (2 - 4%)

Taki sposób podawania piany zapewnia bardzo duże intensywności podawania.

21. Podział środków pianotwórczych.

Środki pianotwórcze dzieli się na grupy ze względu na ich właściwości wynikające ze składu chemicznego i ściśle wiążące się z zakresem ich stosowania. I tak pianotwórcze środki dzielimy na:

Proteinowe środki pianotwórcze - P

Są to wodne roztwory zhydrolizowanych białek, gdzie do pełnego składu dodaje się również stabilizatory, konserwanty (substancje zapobiegające gniciu), substancje chroniące przed zamarzaniem, substancje zmniejszające działania korozyjne.

• Przykładowe składniki w [%] : - (białka zhydrolizowane <20, glikol heksylenowy<10, glikol etylenowy<10, chlorek sodu 5-10, inne sole metali 1-5, tlenek cynku<1, konserwanty<2, woda- pozostałość).

• Charakterystyka: - otrzymane piany są sztywne, mają ograniczoną płynność, odznaczają się dużą stabilnością nawet przy cienkiej warstwie. Charakteryzują się dobrą przyczepnością do pionowych powierzchni. Mało odporne na niszczące działanie paliw - jeśli są one podawane bezpośrednio na płonącą powierzchnię cieczy.

• Zastosowanie: - z uwagi na słabe zdolności zwilżające nie znalazły szerszego zastosowania przy gaszeniu pożarów grupy A. Ich podstawowym zastosowaniem pozostaje gaszenie pożarów węglowodorowych oraz zabezpieczanie materiałów i konstrukcji palnych przed zapaleniem podczas prac pożarowo niebezpiecznych.

• Przykłady popularnych środków: - Profoam 803 3%, Regular3%, Regular 6%, Towalex P6%, Tutogen U6%

Fluoroproteinowe środki pianotwórcze - FP

Są to proteinowe koncentraty pianotwórcze z dodatkami fluorowanych związków powierzchniowo-czynnych.

• Przykładowe składniki w [%] : - (białka zhydrolizowane 25-50, glikol heksylenowy<10, glikol etylenowy<10, chlorek sodu 5-10, inne sole metali<5, fluorowane związki powierzchniowo-czynne<5, konserwanty<2, woda - pozostałość).

• Charakterystyka: - otrzymane piany są bardziej płynne niż standardowe piany proteinowe. Ma też większą zdolność do samo uszczelnienia powłoki po naruszeniu jej ciągłości na powierzchni paliw węglowodorowych, mimo iż nie posiada zdolności tworzenia filmu wodnego.

• Zastosowanie: - jest odporna na zanieczyszczenie cieczami węglowodorowymi, dzięki czemu może być z powodzeniem podawana podpowierzchniowo przez stałe urządzenia gaśnicze lub energicznie bezpośrednio na powierzchnię paliwa.

• Przykłady popularnych środków: - Fluorofoam 803 3%, Fluorofoam 803 6%, Plus 3%, Plus6%, Towalex FP6%.

Fluoroproteinowe środki pianotwórcze tworzące film wodny - FFFP

Są to również proteinowe środki pianotwórcze z dodatkami fluorowanych związków powierzchniowo-czynnych. Celem wprowadzenia do stosowania tego typu środków była chęć połączenia najlepszych własności pian typu - FP i AFFF.

• Przykładowe składniki w [%] : - (białka zhydrolizowane 10-50, glikol heksylenowy 1-10, glikol etylenowy<10, chlorek sodu 5-10, inne sole metali<5, fluorowane związki powierzchniowo-czynne<5, konserwanty<2, woda - pozostałość).

• Charakterystyka: - wyciekanie roztworu jest podobne jak w pianach typu AFFF (roztwór wycieka z piany bardzo szybko), a baza proteinowa nadaje takiej pianie odporność na wysoką temperaturę i nawrót palenia większą od wszystkich pian syntetycznych typu AFFF. Wyciekający z piany FFFP roztwór jest zdolny do tworzenia pływającego filmu na powierzchni paliw węglowodorowych (jak w AFFF). Film ten znany jest z dobrego zabezpieczenia przed ponownym zapaleniem gaszonych rozlewisk paliw i w przypadku przerwania szczelności pokrywy piany jest zdolny do szybkiego samo uszczelnienia. Piana z FFFP jest bardziej płynna aniżeli wytworzona z P i FP.

• Zastosowanie: - środki FFFP służą wyłącznie do wytwarzania pian ciężkich i gaszenia pożarów paliw węglowodorowych.

• Przykłady popularnych środków: - Aer-O-film 33 3%, Aer-O-film 66 6%, Petroseal 3%, Petroseal 6%, Tutogen A3F/P 3%.

Standardowe syntetyczne środki pianotwórcze - S (SYNDET, HI-EX)

SYNDET - detergent syntetyczny

HI-EX -wysokie/duże spienienie

Są to syntetyczne środki pianotwórcze, zwane też uniwersalnymi wprowadzono do użytku przede wszystkim celem wytwarzania pian średnich i lekkich, chociaż można je wykorzystać również do pian ciężkich oraz w charakterze zwilżaczy.

• Przykładowe składniki w [%] : - ZPC (np. dodecylosiarczan sodu) 10-20, rozpuszczalnik organiczny (np. butylokarbitol-DGBE) 15-30, dodatki hydrotropowe 3-5, inhibitory korozji 1-3, stabilizatory piany (np. C₁₂H₂₅OH)<2, barwnik<0,1, woda - pozostałość.

• Charakterystyka: - otrzymane piany ciężkie są bardziej płynne, ale mniej stabilne od pian ciężkich powstałych na bazie innych typów środków.

Warstwy piany syntetycznej mają względnie słaba odporność termiczną oraz odporność na nawrót palenia, jak również słabą odporność na niszczące działanie paliwa (cząsteczki paliwa węglowodorowego przylegają do cząsteczek węglowodorowych ZPC, który jest podstawowym składnikiem środków syntetycznych). Widzialnym efektem tego są pojawiające się języki płomieni na powierzchni piany pokrywającej rozlewisko paliwa - dlatego należy ograniczać wzburzanie powierzchni paliwa przy podawaniu pian wytworzonych tych środków.

• Zastosowanie: - mają szerokie zastosowanie ze względu na swą uniwersalność, czyli możliwości wytwarzania wszystkich rodzajów pian, dobre właściwości zwilżające i odporność na starzenie.

• Przykłady popularnych środków: Towalex MB 2-3%, Deteor 1000M 3%, Roteor M 3%, Komet Extrakt S 2-3%, Protektol SAT-10 3%.

Syntetyczne środki pianotwórcze tworzące film wodny - AFFF (A3F)

Środki te powstały ponieważ proteinowe środki jak również później syntetyczne nie miały wystarczającej skuteczność gaszenia bardzo dużych pożarów paliw płynnych.

• Przykładowe składniki w [%] : - ZPC węglowodorowy 1-10, ZPC fluorowany 1-5, rozpuszczalnik organiczny (np. butylokarbitol -DGBE) 15-40, siarczan magnezu <5%, glikol etylowy <20, woda - pozostałość.

• Charakterystyka: - AFFF różnią się znacznie sposobem gaszenia pożarów grupy B w odróżnieniu od typowych pian. Oprócz warstwy piany która izoluje powierzchnię paliwa, tworzący się na powierzchni cieczy palnej film (grubości rzędu 0,0125 mm) doskonalę izoluje i chłodzi jej powierzchnię. Może on rozprzestrzeniać się po powierzchni paliwa nawet nie pokrytej pianą. Wielką zaletą jest, że film wodny powstaje nie tylko pod warstwą piany pokrywającą paliwo, ale też w jej pobliżu (tworzy go roztwór wypływający z piany). Ma zdolność do samo odtwarzania się po uszkodzeniu, tak długo, jak długo w pobliżu znajduje się warstwa piany z zapasem roztworu.

Warunkiem powstania filmu wodnego są:

1. Odpowiednie stężenie koncentratu w roztworze, które odpowiada za wszystkie własności wytworzonej piany

2. odpowiednia temperatura gaszonego paliwa (musi być zimna powierzchnia) na gorących powierzchniach film wodny nie powstanie (badania U.S. N.W. Centre wykazały, że na paliwie lotniczym rozgrzanym po wyżej 60⁰C - powstawanie filmu nie będzie zachodziło).

3. musi być odpowiedni rozkład napięć powierzchniowych i międzyfazowych tj.:

σ_paliwo - σ_rzotwór > σ_{paliwo-roztwór}

σ_paliwo - napięcie powierzchniowe paliwa

σ_rzotwór - napięcie powierzchniowe roztworu środka pianotwórczego

σ_{paliwo-roztwór} - napięcie międzyfazowe na granicy faz: paliwo - roztwór środka pianotwórczego

Wielkości te zmieniają się wraz z temperaturą.

Poza tym film nie powstanie na większości cieczy polarnych albo paliw z dodatkiem takich cieczy. Wyjątkiem są piany, które łączą działanie pian AFFF i alkoholoodpornych - oznaczane jako AR-AFFF lub ATC-AFFF (firmy 3M).

• Zastosowanie: - środki typu AFFF przeznaczone są do wytwarzania pian ciężkich i ewentualnie średnich. (piany lekkie wyjątkowo wytwarzane są w stałych urządzeniach gaśniczych). Zalecana jest dość niska liczba spienienia 6 - 10 a to dlatego, ponieważ są one bardziej płynne od pian FP. W przypadku braku prądownic lub wytwornic, można pianę podać z prądownicy wodnej turbo-jet. Liczba spienienia osiągnie co prawda niskie wartości ok. 2 - 4, ale wytworzona piana będzie miała zdolność tworzenia filmu wodnego i akceptowalne działanie gaśnicze wobec niewielkich pożarów rozlewisk cieczy palnych węglowodorowych.

• Przykłady popularnych środków: Filmfoam 216 6%, Light Water AFFF FC-203A (3%), Light Water AFFF FC-206 (6%), 3M AFFF FC-786F (6%).

Alkoholoodporne środki pianotwórcze - AR:

Niektóre ciecze palne, określane są jako ciecze polarne (rozpuszczalniki polarne) będą w większym lub mniejszym stopniu będą powodować niszczenie pian wytworzonych ze środków pianotwórczych różnych typów przez odwadnianie pęcherzyków pian. Należą do nich - alkohole (metanol, etanol, izopropanol), estry, etery, ketony (aceton), glikole, amidy, aminy i wiele innych. Ich działanie destrukcyjne jest różne w zależności od stopnia rozpuszczalności w wodzie i lotności, można je uszeregować od braku efektu dla czystych węglowodorów do znacznych efektów dla izopropyloaminy. W najgorszym układzie będą one niszczyć zwykłe piany już przy kontakcie z ich powierzchnią co uniemożliwi ugaszenia ognia lub pokrycie rozlewisk tych cieczy w celu ich zabezpieczenia przed zapaleniem.

Z podziału środków wynika, że środki AR stanowią oddzielną grupę. W rzeczywistości jednak bazują one na wszystkich pozostałych grupach środków.

Pierwsze środki pianotwórcze alkoholoodporne wzmacniały strukturę pian proteinowych za pomocą wytrącającego się z wodnego roztworu środka pianotwórczego - nierozpuszczalnego osadu, nadającego pianie odporność na destrukcyjne działanie paliw. Piany tego typu bezpośrednio po wytworzeniu są dość płynne, jednak po upływie kilkunastu sekund (zależnie od liczby spienienia) stają się bardzo sztywne, trudno rozpływające i nabierają podatności na niszczenie w przypadku nieprawidłowego wytworzenia. Do tych pian zaliczyć można: Tutogen L, Komet Extrat A, Hochstabil, Ali Purpose.

Później nastąpił rozwój pian zawierających polimery rozpuszczalne w wodzie. Ich działanie polega na wytwarzaniu na styku piany z powierzchnią cieczy polarnej warstewki zżelowanego polimeru, która oddziela pianę i paliwo, uniemożliwiając ciągłe niszczenie piany.

Cechą wspólną wszystkich środków AR jest to, że mogą być z powodzeniem stosowane do gaszenie nie tylko cieczy polarnych, ale także typowych węglowodorowych. W niektórych przypadkach można ich używać również do gaszenia pożarów grupy A, jednak tak jak z AFFF - jest to nie uzasadnione ekonomicznie. Różnica w gaszeniu cieczy węglowodorowych a polarnych polega zmianie stężenia dozowania, np.:

W przypadku koncentratu Light Water AFFF ATC FC-602 (producent 3M)

- dla cieczy węglowodorowych - 3%

- dla cieczy polarnych - 6%

Są już produkowane środki przystosowane do podawania o jednym stężeniu 3%. Jak np.: Light Water ATC FC-603 EF, Uniwersal Gold. Należy jednak pamiętać, że przy doborze środka rośnie coraz bardziej ważny problem jego możliwego zagrożenia dla środowiska naturalnego - utrapienie zachodnich strażaków.

Sposoby gaszenia cieczy polarnych:

Najskuteczniejszymi środkami gaśniczymi są proszki i piany, zwłaszcza podawane jednocześnie.

Proszki - zapewniają szybkie ugaszenie płomieni

Piana - (poprzez izolowanie i chłodzenie powierzchni paliwa) skutecznie zabezpiecza przed ponownym zapaleniem

Warunkiem jest właściwe operowanie prądami gaśniczymi, zarówno proszku jak i piany. Większość pian gaśniczych, a szczególnie piany alkoholoodporne, wymaga bardzo łagodnego podawania na paliwo. Bezpośrednie kierowanie strumienia piany na powierzchnie płonącej cieczy zdecydowanie pogorszy efekty gaśnicze. W przypadku rozlewisk, trzeba spowodować wymuszone, lecz delikatne napływanie piany na powierzchnię paliwa, a w przypadku zbiorników - podawać strumienie piany na ścianki zbiornika.

Należy także zwrócić uwagę na dobór proszków gaśniczych, np.: proszki fosforanowe typu ABCD (tzw. uniwersalne)mogą się okazać mało skuteczne, gdyż są słabymi inhibitorami chemicznymi, a większy udział w procesie gaszenia ma w ich przypadku inhibicja termiczna. Niekorzystnym faktem jest także, że płomienie paliw polarnych mają wyższą temperaturę od paliw węglowodorowych.

Przykłady proszków AR:

		Paliwa węglowodorowe	Paliwa polarne
Moussol APS	AFFF -AR	3%	5%
Moussol G	S -AR	3%	5%
Schaumgeist A	P -AR	6%	6%
Tutogen A3F/PA	FFFP -AR	3%	5 - 6%

Środki pianotwórcze klasy - A

Na początku lat 80 - tradycyjne zwilżacze zaczęto zastępować środkami pianotwórczymi klasy A.

• Przykładowe składniki w [%] : - węglowodorowe ZPC (4 rodzaje)<20, rozpuszczalnik butylokarbito<25, rozpuszczalnik butylocellosolv 12, alkohole tłuszczowe (3 rodzaje) 0,1 - 1 woda <50.

• Charakterystyka: od typowych zwilżaczy odróżniają je zdolności do wytwarzania relatywnie trwałej piany, przy zachowaniu równie dobrych własności wnikania w porowate materiały trudno zwilżalne wodą. Są to z reguły bardzo stężone mieszaniny ZPC, rozpuszczalników i substancji nadających wytworzonym pianom względną trwałość. Mogą i powinny być stosowane w stężeniach poniżej 1% - gdyż ich zdolności zwilżające i tak nie wzrosną przy wyższych stężeniach.

• Zastosowanie: posiadają lepsze własności penetracyjne (stałych materiałów palnych, takich jak słoma, siano, poszycie leśne, papier, tkaniny) niż typowe standardowe syntetyczne środki pianotwórcze. Dużą przewagą środków A nad zwilżaczami jest możliwość wykorzystania ich do gaszenia pożarów grupy B. Mogą być wykorzystywane we wszystkich systemach mechanicznego wytwarzania pian - włącznie z samolotami.

• Przykłady popularnych środków: BIO FOR C (0,1 - 0,6%), 3M Light Water SFFF (0,1 - 1%), Forexpan S (0,1 - 1%).

REASUMUJĄC:

Porównanie własności różnych pian:

	Szybkość rozpływania	Odporność na nawrót palenia	Odporność na niszczące działanie materiałów palnych.
Proteinowe	niska	bardzo dobra	niska
Fluoroproteinowe	umiarkowana	bardzo dobra	dobra
FFFP	dobra	dobra	dobra
AFFF	bardzo dobra	dobra	dobra
Syntetyczne	dobra	niska	niska
Alkoholoodporne	dobra	bardzo dobra	bardzo dobra

22. Skład koncentratów pianotwórczych.

Koncentrat pianotwórczy to mieszanina wielu substancji chemicznych (stałych lub ciekłych), nadających odpowiednie własności pianotwórcze, obniżających temperaturę krzepnięcia, zwiększających trwałość pian i ich odporność termiczną. Zmieszanie tych składników w odpowiednim stosunku i czasami w odpowiedniej kolejności, gwarantuje wytworzenie dobrego jakościowo środka pianotwórczego, który po zmniejszaniu z wodą w zalecanym stężeniu zapewnia wytworzenie piany o wysokiej skuteczności gaśniczej. Różnice w składnikach są najbardziej widoczne pomiędzy środkami proteinowymi a syntetycznymi. Wewnątrz tych grup składniki są niekiedy identyczne. Wszystkie jednak środki pianotwórcze muszą zawierać substancje odpowiedzialne za:

• zdolność tworzenia piany,

• rozpuszczalność wszystkich składników,

• obniżenie temperatury krzepnięcia (najniższej temp. stosowania),

• obniżenie korozyjnego działania koncentratu i jego roztworów,

• stabilność i odporność termiczną wytworzonej piany

Koncentraty zawierają również szereg innych składników np.:

• konserwanty,

• barwniki,

• substancje bakteriobójcze,

• wodę - której udział wagowy jest największy

Podstawowe składniki:

• Związki powierzchniowo czynne - (opisane w pkt. 13)

Dodatek ZPC do wody powoduje poprawę zdolności zwilżających w stosunku do materiałów hydrofobowych, zdolności emulgujących w stosunku do cieczy nie rozpuszczalnych w wodzie oraz umożliwia wytwarzanie pian.

W produkcji środków syntetycznych (S, AFFF, A, AR) najczęściej wykorzystuje się anionowo czynne i niejonowe ZPC, zwane też detergentami.

ZPC są to związki z reguły trudno rozpuszczalne w wodzie lub tworzące w niej roztwory o wysokiej lepkości, dlatego niezbędnymi składnikami koncentratów są rozpuszczalniki organiczne i substancje hydrotropowe.

• Fluorowane związki powierzchniowo czynne.

Stanowią one najważniejszy składnik koncentratów pianotwórczych AFFF i FFFP, nadający ich wodnym roztworom unikalna zdolność tworzenia filmu wodnego na powierzchni paliw węglowodorowych i bardzo dobre własności gaśnicze. W powierzchniowo czynnych związkach fluorosyntetycznych grupą hydrofobową jest perfluorowany rodnik alifatyczny. Dzięki temu mają one zdolność znacznego obniżania napięcia powierzchniowego (na granicy faz roztwór wodny - powietrze) nawet do 10 - 15 mN/m. Zawsze jednak w składzie środków AFFFF i FFFP znajdują się zwykłe (niefluorowane) ZPC, które wraz z fluorowanymi tworzą kompozycję nadającą koncentratowi pianotwórczemu odpowiednie własności.

• Hydrolizaty białkowe.

Podstawowy składnik proteinowych środków gaśniczych. Są to substancje pochodzenia naturalnego, otrzymywane na drodze przeróbki chemicznej odpadowych białek zwierzęcych, na ogół nie rozpuszczalnych w wodzie, które przeprowadza się na drodze hydrolizy w rozpuszczalne formy. Do wytwarzania środków pianotwórczych stosuje się:

• Albuminy i Globuliny - znajdują się w płynach ustrojowych i tkankach roślinnych i zwierzęcych (mleko, nasiona, jaja)

• Skleroproteiny - znajdują się w częściach zwierzęcych spełniających funkcje mechaniczne. Zaliczamy do nich:

• keratyna - znajdująca się w naskórku, paznokciach i

• kolagen - będący składnikiem tkanki łącznej i kostnej

Pożarnicze środki pianotwórcze produkuje się przede wszystkim z keratyny i kolagenu będącymi odpadami przemysłu mięsnego. Składniki te są dobra pożywką dla mikroorganizmów dlatego w składzie koncentratów pianotwórczych muszą się w tym celu znaleźć konserwanty.

Niekiedy w celu poprawy zdolności pianotwórczej dodawane są do hyrolizatu białkowego - niebiałkowe środki pianotwórcze takie jak saponina, sole kwasów tłuszczowych oraz etoksylowane wyższe alkohole i alkilofenole.

• Rozpuszczalniki.

Rozpuszczalnik w koncentracie pianotwórczym ma za zadnie, aby środek pianotwórczy miał postać cieczy o niezbyt dużej lepkości. Najważniejsze z nich to:

• butanol i izobutanol ( obecnie w środkach - Deteor1000M i Roteor)

• butylokarbidol i butylocellosolv (stosowane najczęściej w koncentratach typu - AFFF i S, czasami w FFFP)

Butulokarbidol - bardzo dobry rozpuszczalnik, który poprawia zdolności pianotwórcze (jest związkiem powierzchniowo-czynnym) roztworów i zwiększa ich odporność na nawrót palenia.

W koncentratach białkowych w charakterze rozpuszczalnika stosuje się najczęściej - ługi posulfitowe (produkty uboczne podczas produkcji celulozy z drewna metodą siarczynową - które dodatkowo mają pewne zdolności pianotwórcze)

• Konserwanty.

Dodaje się zwłaszcza do proteinowych środków pianotwórczych, celem zabezpieczenia ich przed zbyt szybkim rozkładem. Są to związki chemiczne identyczne lub podobne do tych, które konserwują na ogół żywność. Mogą to być:

• sole cynku lub miedzi

• fenol

• rozpuszczalne w wodzie benzoesany, krezole i ich pochodne

• Substancje obniżające temperaturę krzepnięcia.

Dodatki tu stosuje się takie same w koncentratach proteinowych jak i syntetycznych.

Są to:

• glikole i eterowe pochodne glikoli oraz metanol (które spełniają rolę także rozpuszczalników)

• rolę taką może pełnić dodatek etylenodwuaminy

Typowe temperatury krzepnięcia środków pianotwórczych to - 5⁰C i - 15⁰C. Niewielka ilość środków charakteryzuje się temperatura krzepnięcia - 25⁰C i - 30⁰C.

• Inhibitory korozji.

Środki pianotwórcze, dzięki niskiemu napięciu powierzchniowemu stosowanych roztworów, mogą przyśpieszać korozję różnych materiałów konstrukcyjnych (zarówno pożarniczych jak też innych które nie uległy zniszczeniu czy pożarowi a miały kontakt z pianą). Największe zagrożenie w tym zakresie stwarza obecność w koncentratach pianotwórczych siarczanów nieorganicznych, będących pozostałością procesu technologicznego (siarczanowania lub sulfonowania), których nie opłaca się usuwać a podwyższają one korozyjność.

Przeciwdziałają temu inhibitory korozji takie jak:

• chromiany i dwuchromiany metali alkaicznych

• alkiloamidy (które działają dobrze również, jako stabilizatory piany a niektóre z nich mają dobre własności pianotwórcze)

• benzoesany

• azotyny

• aminy

• benzotriazol

• Stabilizatory piany.

Piany otrzymane z czystych detergentów są nietrwałe. Dlatego wprowadza się nieduże ilości dodatków o działaniu stabilizującym, które same z reguły nie tworzą piany a mają na celu:

• podwyższenie lepkości roztworu pianotwórczego

(dodatki karboksymetylocelulozy, poliakryloamidu, alkocholu poliwinylowego itp.)

• modyfikację warstw adsorpcyjnych lub też na tworzeniu w objętości roztworu struktur, które przechodząc do błonek pęcherzyków piany - przeciwdziałają procesowi odpływu z nich roztworu.

( dodatki alkoholi tłuszczowych, niektórych eterów, tlenków amin i amidów)

dodatki te stosowane są w wąskim zakresie stężeń. Przy niższych stężeniach brak jest działania stabilizującego, przy wyższych natomiast - spada zdolność pianotwórcza.

Spotyka się również w charakterze dodatków stabilizujących - fosforany nieorganiczne.

• Pozostałe dodatki.

W koncentratach pianotwórczych znajduje się szereg innych substancji, czasami w śladowych wręcz ilościach. Oprócz wody wymienić należy:

• specjalne dodatki zwiększające odporność na działanie tzw. paliw polarnych

• substancje regulujące odczyn pH koncentratu

• barwniki

• substancje zwiększające odporność piany na twardość wody

Dodatek rozpuszczalnika nie zawsze gwarantuje otrzymanie koncentratu o wystarczająco niskiej lepkości. Dlatego dodaje się wówczas substancje hydrotropowe, które poprawiają wzajemną rozpuszczalność składników i obniżają lepkość całego układu (koncentratu).

Modyfikacja polegająca nadanie pianom odporności na działanie cieczy polarnych:

Dla środków proteinowych modyfikacja ta polega na zwiększeniu stabilności poprzez dodanie:

• amoniaków kwasów tłuszczowych

(które szybko się wytrącają z wodnego roztworu środka pianotwórczego - co pogarsza zdolności pianotwórcze i wszelkie parametry pian)

Dla środków syntetycznych i fluorosyntetycznych modyfikacja ta polega na zwiększeniu stabilności poprzez dodanie do koncentratu rozpuszczalnych w wodzie wysokocząsteczkowych związków, z których najważniejsze to:

• krboksymetyloceluloza i inne polisacharydy

• sole i estry kwasu alginowego

• modyfikowane żywice karbamidowe

Wszystkie te dodatki tworzą na powierzchni cieczy warstewkę izolującą pianę przed niszczącym działaniem cieczy polarnych.

23. Mechanizm działania pian AFFF. (odp. pkt 21)

24. Omówić zjawiska odpowiedzialne za niestabilność pian.

Niestabilność pian wyraża się przez trzy zjawiska:

1. wyciekanie cieczy - Synerezę

2. zmianę wielkości pęcherzyków, związaną z dyfuzyjnym transportem gazu

3. zmniejszanie objętości piany, związane z pękaniem pęcherzyków

1. SYNEREZA

Hydrostatyczna trwałość pian jest uwarunkowana ich zdolnością zapobiegania wyciekaniu cieczy pod wpływem grawitacji. Ruch cieczy przeciwny do grawitacji spowodowany jest efektami kapilarnymi, wskutek gardientu ciśnienia cieczy w błonkach i kanałach Plateau. W warunkach równowagi:

gradient ciśnienia po wysokości w kanale Plateau

gęstość cieczy

g - przyśpieszenie ziemskie

I ETAP

Po wytworzeniu trwałej piany przeważają siły kapilarne pod działaniem których zachodzi przepływ cieczy z błonek do kanału Plateau.

Taki rozdział fazy ciekłej wyraża się w zatrzymaniu cieczy, co nazywa się okresem gromadzenia. Okres ten charakteryzuje się intensywnym zwiększaniem pęcherzyków w wyniku dyfuzji gazu i rozszerzeniem kanałów Plateau. Do okresu gromadzenia zalicza się także czas potrzebny do zebrania się cieczy w dolnej części słupa piany.

Długość okresu zatrzymania zwiększa się ze wzrostem liczby spienienia i wzrostem jej słupa.

Okres zatrzymania jest bardzo krótki lub w ogóle nie występuje w przypadku pian nie stabilizowanych oraz pian z dużym nadmiarem cieczy.

II ETAP

Wyciekanie cieczy zaczyna się po spełnieniu warunku:
i składa się ze stadium zwiększania szybkości wyciekania i synerezy zachodzącej ze stałą szybkością.

W miarę wyciekania cieczy tworzy się i wzrasta gradient ciśnienia kapilarnego po wysokości słupa , przeciwdziałający dalszemu wyciekaniu cieczy. Szybkość wyciekania stale zmniejsza się, aż do pełnego zaniku piany.

2. DYFUZYJNY TRANSPORT GAZU

Zgodnie z równanie Laplace^'a cieśnienie w pęcherzykach jest odwrotnie proporcjonalne do promienia. Ponieważ piany są praktycznie polidyspersyjne, ciśnienie w pęcherzykach nie będzie jednakowe. Różnica ciśnień powoduje dyfuzję gazu z obszarów o wyższych ciśnieniach (małe pęcherzyki) do obszarów o niższych ciśnieniach (duże pęcherzyki). Szybkość dyfuzji jest proporcjonalna do różnicy ciśnień i przedstawia się wzorem:

gdzie: r₁<r₂

Dyfuzja gazu prowadzi do tego, że małe pęcherzyki zmniejszają się i w końcu zanikają, a większe pęcherzyki rosną.

W pianach poliedrycznych dyfuzyjny transport gazu jest nieznaczny ze względu na to, że pęcherzyki są prawie płaskie.

3. PEKANIE PĘCHERZYKÓW

Błonka piany po osiągnięciu określonej (krytycznej) grubości pęka. Jest to trzeci ważny czynnik odpowiedzialny za rozpad pian w procesie ich starzenia się.

Mechanizm pękania błonek cienkich i grubych nie jest jednakowy. Jest to spowodowane tym, że dzięki obecności przedzielającej warstwy roztworu między warstwami adsorpcyjnymi obie powierzchnie grubej błonki można rozpatrywać niezależnie.

Zgodnie z teorią De Vriesa pękanie zachodzi na skutek tworzenia się w pęcherzyku otworu o krytycznym rozmiarze. Powstaniu tego otworu, który w przypadku braku bodźców zewnętrznych jest pochodzenia fluktuacyjnego, towarzyszy zmniejszenie energii powierzchniowej.

Mechanizm rozrywanie grubych błonek przebiega z utworzeniem otworu, przy czym można tu wyodrębnić trzy etapy:

• stopniowe zmniejszanie grubości całej błonki

• skokowe pojawienie się fragmentów o grubości mniejszej iż pozostała część błonki i rozszerzenie tych fragmentów

• powstanie w błonce otworu rozszerzającego się z dużą szybkością

(stopniowe zmniejszanie grubości całej błonki zachodzi w wyniku wypływu z niej cieczy pod wpływem sił grawitacyjnych i kapilarnych. Po osiągnięciu grubości 0,05 - 0,01 mm błonki stają się metastabilne, przy wzajemnej równowadze sił wysysania do kanałów Plateau (kapilarne) oraz sił przyciągania i elektrostatycznego odpychania, występujących w warstwie powierzchniowej. Gdy przeważają siły przyciągania, błonki stają się niestabilne. Pękanie pęcherzyków w słupie piany zachodzi po zakończeniu wypływu nadmiaru roztworu i dyfuzji gazu. Przebiega to zależnie od struktury piany i rodzaju ZPC).

Opisane wyżej 3 zjawiska - kontrolują rozpad piany. Należy wspomnieć o bardzo istotnych czynnikach podtrzymujących jej stabilność. Do nich należą: efekt Marangoniego i efekt Gibbsa oraz pewne czynniki struktoralno-mechaniczne.

25. Mechanizm synerezy pian - pkt. 24

26. Narysować wykres synerezy i pokazać sposób odczytu parametrów synerezy.

W₅- wartość pięciominutowa - jest to ułamek objętościowy roztworu w [%] wydzielonego z piany w ciągu 5 minut od momentu jej wytworzenia.

Parametry synerezy, zgodnie z przyjętymi normami służą do porównywania trwałości pian gaśniczych.

Wartość pięciominutowa określa bezpośrednie własności chłodzące pian, zaraz po ich wytworzeniu i podaniu. Wartości W_25% i W_50% charakteryzują stabilność pian, a więc pośrednio i ich własności izolujące.

Dla oceny pian ciężkich na ogół podaje się wartość W_25% wyznaczoną w standardowych warunkach, ponieważ w większości przypadków odpowiada ona maksymalnej szybkości wyciekania roztworu.

Trwałość pian średnich i lekkich charakteryzuje wartość W_50% wyznaczona w innych warunkach niż dla pian ciężkich.

Ocena trwałości pian na podstawie parametrów synerezy znajduje ograniczone zastosowanie dla opisu pian tworzących film wodny - gdzie wyciekanie jest dość duże (niska trwałość) a mimo to nie oznacza gorszych własności gaśniczych.

27. Na czym polega dyfuzyjny transport gazu w pianie - odp. pkt. 24.

28. Omówić wpływ różnych czynników na stabilność pian.

Na stabilność pian wpływ mają takie czynniki jak:

1. temp. powietrza

2. temp. wody

3. stężenie roztworu

4. stan techniczny urządzeń dozujących

5. rodzaj wody

6. dodatki stabilizujące

7. dyspersja

1.Temperatura powietrza

Typowy pożarniczy sprzęt pobiera powietrze ze swego bezpośredniego otoczenia. W zwykłych warunkach wahania temperatur nie mają większego znaczenia. Inaczej jest, gdy do wytwarzania piany wykorzystywane jest powietrze ze strefy pożaru, bądź same gazy pożarowe (stałe urządzenia gaśnicze działające w obrębie pożaru). Wpływ temperatury powietrza zwiększa się począwszy od pian ciężkich (gdzie nie ma dużego znaczenia) do lekkich- gdzie wysoka temperatura może uniemożliwić ich powstawanie (jest to związane z tym, że wraz ze wzrostem Liczby spienienia maleje ilość wody zawartej w pianie). W przypadku pian ciężkich temperatura powietrza powoduje nieznaczny wzrost temperatury roztworu ( obliczenia teoretyczne wykazują, że dla L_s 10 i temp. powietrza 200⁰C temperatura końcowa roztworu zwiększy się o 0,5⁰C co nie może wpłynąć na jakość piany. W rzeczywistości temperatura piany (średnia temperatura roztworu i powietrza) jest wyższa wskutek niepełnej wymiany ciepła podczas spieniania. Powietrze w pęcherzykach piany ma temperaturę wyższą niż roztwór i w wyniku dalszej wymiany ciepła następuje zmniejszanie pęcherzyków. Naprężenia z tym związane przyczyniają się do obniżenia stabilności piany.

Wpływ podwyższonej temperatury zewnętrznej na stabilność piany opisuje parametr nazwany - odpornością ogniową. Ubytek piany związany z zewnętrznymi oddziaływaniami termicznymi jest m.in. uwzględniany w obliczeniach zapotrzebowania piany w postaci tzw. współczynnika strat piany.

2. Temperatura wody

Temperatura wody wpływa zarówno na zdolność pianotwórczą roztworów, jak i na stabilność wytworzonych pian. W naszych warunkach klimatyczny rozpatrywany jest zakres od 0⁰C w warunkach zimowych do 35⁰C w warunkach letnich(w płytkich zbiornikach przeciwpożarowych).

I tak:

• przy niskich temperaturach wody - drastycznie spada zdolność pianotwórcza, zatem również spada wydajność i obniża się jakość piany. W warunkach zimowych spada sprawność urządzeń i może być mniejsza od nominalnych - a to spowoduje spadek liczby spienienia Jednak piana o tej samej liczbie spienienia wytworzona z wody o niższej temperaturze jest bardziej trwała - co objawia się choćby w zmniejszeniu szybkości synerezy. (zjawisko korzystne).

• wzrost temperatury - powoduje zwiększenie szybkości synerezy (wzrost wartości pięciominutowej i zmniejszenie połówkowej). Poprawia to własności chłodzące pian, ale pogarsza trwałość i własności izolujące.

Środki krajowe (syntetyczne) należą do bardzo wrażliwych na zmiany temperatur wody.

Duży spadek stabilności związany ze wzrostem temperatury wody nie jest jednak spowodowany zmniejszeniem lepkości roztworu. Znacznie istotniejszą rolę tu odgrywa - lepkość powierzchniowa. Znany jest fakt, że w układach alkilosiarczan - alkohol o takim samym rodniku alkilowym współczynnik lepkości powierzchniowej wykazuje gwałtowny wzrost w określonym zakresie temperatur, spowodowany przejściem płynnej warstewki powierzchniowej w stan semistały. Powoduje to spadek szybkości wypływu roztworu z powodu zmniejszonej ruchliwości ścianek, między którymi przepływa roztwór.

3. Stężenie roztworu

Syneraza pian gaśniczych silnie zależy od stężenia środka pianotwórczego w roztworze wodnym. O zależności tej trzeba pamiętać w związku ze złą pracą zasysaczy liniowych i dozowników, które mogą być bezpośrednią przyczyną złego stężenia roztworu. (Z badań prowadzonych wielokrotnie w SGSP - zasysacze dawały z reguły zbyt niskie ciśnienie, natomiast dozowniki zbyt wysokie)

Jeżeli chodzi o środki syntetyczne:

• zbyt niskie stężenie środka powoduje zmniejszenie liczby spienienia i stabilności uzyskanej piany

• zbyt wysokie mogą spowodować niewielkie zmniejszenie liczby spienienia, ale często zmniejszają trwałość i odporność termiczną piany. Związane jest to z równoczesnym wzrostem zawartych w roztworze rozpuszczalników organicznych.

Jeżeli chodzi o środki proteinowe oraz z grupy AFFF:

• nie są wrażliwe na zbyt duże stężenia w stosunku do zalecanych. Ze wzrostem stężeń - stabilność wytworzonych pian rośnie, lecz również zmniejsza się ich płynność, co może zmniejszyć skuteczność gaśniczą.

4. Stan techniczny urządzeń dozujących.

Dozowniki samochodowe i zasysacze liniowe maja zapewnić odpowiednie stężenie środka pianotwórczego w linii gaśniczej. Ich zła praca staje się bezpośrednią przyczyną złego stężenia roztworu i wywołuje następstwa z tym związane. Co prawda urządzenia te mają możliwości regulacji, ale często są to możliwości czysto teoretyczne (Z badań prowadzonych wielokrotnie w SGSP - zasysacze dawały z reguły zbyt niskie ciśnienie, natomiast dozowniki zbyt wysokie).

Przy sprawnym układzie dozującym (lub zasysaczu) nastawione stężenia osiąga się przy nominalnym przepływie wody. Bardzo ważna więc jest praca pompy oraz dobry stan węży i ich połączeń.

Gdy przepływ wody jest właściwy - ilość zasysanego środka zależy od jego lepkości, która dla większości (poza niektórymi z grupy AR) waha się w granicach od 3 do 30 [mPas]. Stężenie środka o mniejszej lepkości będzie w linii większe, przy takich samych parametrach pracy pompy, co wynika z mniejszych oporów przepływu.

5. Rodzaj wody

W warunkach praktycznych można mieć do czynienia z:

1. wodą wodociągową

2. wodą czerpaną z otwartych zbiorników śródlądowych

3. wodą o podwyższonym stopniu zasolenia

Wody z pkt. 1 i 2 nie mają mimo różnic w swych składach nie mają istotnego wpływu na jakość otrzymywanych pian. Wody o podwyższonym stopniu zasolenia to:

• wody kopalniane

• solanki naturalne i wody mineralne

• wody morskie

Obecnie produkowane syntetyczne środki pianotwórcze krajowe nie nadają się do stosowania przy użyciu wód o zwiększonym zasoleniu. Renomowane firmy nie stawiają swoim środkom wymagań co do rodzaju wody. Jednak w pewnych wypadkach spotykane są zalecenia, by przy użyciu wody zasolonej stosować nieco wyższe stężenia roztworu.

Używając wody o zwiększonej twardości (twardość wody jest mierzona zawartością soli wapnia i magnezu), trzeba liczyć się ze zmniejszeniem zdolności pianotwórczej.

6. Dodatki satbilizujące

Syntetyczne środki pianotwórcze zawierają w swoim składzie stabilizatory, zapewniające odpowiednią trwałość pian. W praktyce może zaistnieć przypadek, kiedy będzie potrzebna piana o znacznie wyższej stabilności niż typowa (np. zabezpieczanie czasowe rozlewisk substancji niebezpiecznych, wypełnianie pianą wyrobisk itp.). Można to osiągnąć przez wprowadzenie do koncentratu pianotwórczego odpowiednich dodatków, bądź też przez sporządzenie wodnych roztworów środka pianotwórczego z domieszką stabilizatora. W pierwszym przypadku uzyskuje się koncentrat o tak dużej lepkości, że może się okazać nie możliwe zassanie go przez odpowiednie urządzenie dozujące, co wymusza konieczność wstępnego sporządzenia roztworu.

Stosowane są następujące związki:

• karboksymetyloceluloza

• alkohol polwinylowy

• polimery akrylowe

Stabilizujące działanie polega na podwyższeniu lepkości roztworu.

7. Dyspersja

Piana jest układem dyspersyjnym. Stopień dyspersji jest tu wyrażany liczbą spienienia, wielkością pęcherzyków i stopniem jednorodności piany.

Piany o takiej samej liczbie spienienia mogą znacznie się różnić własnościami, a w tym stabilnością, ze względu na różnicę przeciętnej wielkości pęcherzyków, co związane jest z intensywnością mieszania strumienia roztworu z powietrzem, a w przypadku wytwornic i agregatów także charakterystyką wypływającego z dyszy rozproszonego strumienia roztworu.

1. Ze wzrostem liczby spienienia stabilność pian rośnie. Dwukrotny wzrost liczby spienienia powoduje ok. 2,5 - krotny wzrost wartości połówkowej. Związane jest to ze zmniejszaniem się grubości błonek pęcherzyków piany i związanymi z tym zwiększonymi oporami przepływu roztworu z punktu widzenia grawitacyjo-kapilarnego mechanizmu synerezy pian.

2. W zależności od sposobu wytwarzania, można przy tej samej liczbie spienienia otrzymać piany o różnej wielkości pęcherzyków. Im mniejsze są pęcherzyki piany, tym większa jest jej powierzchnia właściwa. Z tym wiąże się zmniejszenie grubości błonek i zmniejszenie cieczy między błonkowej. W granicznym przypadku błonki składają się z dwóch warstw adsorpcyjnych o dużej odporności mechanicznej i trwałości.

3. Zależność stabilności pian od stopnia jednorodności wynika z roli dyfuzyjnego transportu gazu.

Zachodzi on między pęcherzykami o różnych wielkościach (od mniejszego do większego). W wyniku tego zmniejsza się przeciętny rozmiar pęcherzyków piany, a za tym zmniejsza stabilność.

29. Omówić wpływ temperatury wody na wytwarzanie pian i ich jakość- odp. pkt.28.

30. Omówić wpływ działania dozowników środka pianotwórczego na jakość wytworzonych pian - odp. pkt.28.

31. Liczba spienienia i jej wpływ na trwałość pian - odp. pkt.28.

32. Zakres stosowania pian.

Podstawowe mechanizmy działania gaśniczego pian:

1. oddzielenie strefy spalania od otaczającego powietrza

2. powstrzymanie parowania cieczy lub wydzielenia się gazów z materiału stałego

3. chłodzenie strefy spalania i paliwa wyciekającym z piany roztworem (wyciekająca z piany woda odparowuje na obszarze frontu płomieni, odbierając ciepło i znacznie zmniejszając szybkość reakcji pomiędzy materiałem palnym a tlenem atmosferycznym)

4. izolowanie termiczne (ochrona przed nagrzewaniem, zabezpiecza materiały palne nie objęte pożarem przed działaniem promieniowania cieplnego, dzięki niskiemu współczynnikowi przewodnictwa cieplnego piany)

5. wypieranie powietrza (przy wypełnianiu lub zalewaniu pianą pomieszczeń)

Przy gaszeniu pożarów różnych typów piana istotne są więc następujące własności roztworów pianotwórczych:

• napięcie powierzchniowe roztworu

• napięcie międzyfazowe roztwór - ciecz gaszona

• szybkość wnikania roztworu w warstwę materiału stałego

Należy jednak pamiętać, że w zależności od rodzaju pożaru (rodzaju grupy), wielkości pożaru czy jego specyfiki, należy dobrać tak środek pianotwórczy, aby otrzymana z niego piana posiadała optymalne własności gaśnicze dla naszego pożaru. I tak:

Dla pożarów grupy A

Bardzo istotne jest dobre działanie zwilżające roztworu pianotwórczego. Po zgaszeniu płomienia szybkość wytwarzania gazów pirolitycznych pozostaje niebezpiecznie duża i jeśli materiał nie zostanie szybko schłodzony, następuje ponowne rozpalenie. Piany zastosowane do pożarów grupa A, powinny zawierać dużą ilość roztworu, ale jednocześnie warstwa podanej piany powinna mieć dużą trwałość, odporność termiczną i dobrze przylegać do nachylonych i pionowych powierzchni. Takie właściwości pian pozwalają na bardzo dobre wykorzystanie gaśnicze zawartej w nich wody.

Dla pożarów grupy B

Będą stawiane inne wymagania. Po ugaszeniu płomienia szybkość parowania cieczy palnej szybko spada - na ogół zgaszenie płomienia, zwłaszcza przy mniejszych rozlewiskach, jest równoznaczne z ugaszeniem pożaru. Całkowite zabezpieczenie przed nawrotem palenia wymaga jednak pokrycia powierzchni cieczy warstwą powstrzymującą parowanie. Piany przeznaczone do gaszenia pożarów cieczy palnych muszą przede wszystkim szybko pokrywać i dobrze zabezpieczać przed parowaniem powierzchnię cieczy. Jest to spowodowane szczególnymi zagrożeniami pożarowymi stwarzanymi przez ciecze palne, takimi jak:

• Łatwość zapalenia par nad cieczą jeśli temperatura jest tu wyższa od temperatury zapłonu

• Szybki wzrost powierzchni pożaru rozlewającej się cieczy

• Szybki wzrost szybkości spalania i strumienia ciepła pożaru w wyniku nagrzewania powierzchni cieczy przez płomień

• Stosunkowo wysokie temperatury spalania

• Możliwość kumulacji par narażonych na wybuch

Szybkie zagaszenie płomienia można osiągnąć:

• na drodze zmniejszania szybkości reakcji spalania w samym płomieniu poprzez wprowadzenie specjalnych substancji chemicznych działających antykatalitycznie (proszki gaśnicze BC oraz ABC, chlorowcop[ochodne węglowodorów zawierające brom lub jod)

• zmieniając parametry termofizyczne płomienia (substancje o dużym cieple właściwym, takie jak dwutlenek węgla i fluorowane węglowodory)

• szybkie ochłodzenie płomienia (intensywny prąd wody)

Jednak dalej aby zabezpieczyć ciecz parowaniem i ponownym zapaleniem najskuteczniejsze będzie wytworzenie na powierzchni cieczy warstwy oddzielającej, która odcina dopływ par cieczy do płomienia, działa chłodząco na front płomieni i powierzchnie cieczy oraz zabezpiecza ciecz przed nagrzewaniem przez promieniowanie cieplne. Taką rolę może spełniać:

• warstwa spienionego roztworu wodnego środka pianotwórczego

• cienka warstewka roztworu środka pianotwórczego (film wodny)

Jednak ostatecznie o powadzeniu działań gaśniczych decyduje:

• właściwa taktyka działań gaśniczych a w tym wybór odpowiedniej dla posiadanego środka metody podawania

• prawidłowa ocena i zapewnienie niezbędnej intensywności podawania

• konieczny zapas środka gaśniczego.

34. Ograniczenia stosowania pian.

1. Zastosowanie piany ciężkiej jest ograniczone do gaszenia pożarów poziomych („dwuwymiarowych” - o poziomej powierzchni płonącej) Pożary „trójwymiarowe” - np. spływającego paliwa lub paliwa wypływającego pod ciśnieniem, nie mogą zostać ugaszone pianą, chyba, że jednocześnie będą schładzane wodą do temperatury poniżej zapalenia.

2. Należy zachować ostrożność przy podawaniu piany na ciecze rozgrzane do temp. po wyżej 100⁰C. W takiej i wyższych temperaturach tworzy się emulsja pary wodnej, powietrza i paliwa, a gwałtowne zwiększenie jej objętości może powodować wykipienia i wyrzuty cieczy palnej.

3. Ciecz palna nie może nadmiernie niszczyć podawanej piany.

4. materiał palny nie może reagować z wodą

5. Roztwór pianotwórczy to w co najmniej 90% woda - więc zastosowanie pian jest tak samo ograniczone jak używanie wody do gaszenia i chłodzenia urządzeń elektrycznych pod napięciem.

6. Różne typy i rodzaje koncentratów nie powinny być mieszane. Zakaz nie dotyczy wytworzonych z różnych roztworów pian.

7. Pian średnich i lekkich nie należy stosować do gaszenia chemikaliów (np. nitrozeluloza), które uwalniają dużo tlenu lub innych związków utleniających i podtrzymujących palenie.

GAZY GAŚNICZE

Gazy gaśnicze - środki gaśnicze, które w chwili działania znajdują się w stanie gazowym.

Takimi środkami są więc gazy obojętne (azot, dwutlenek węgla, argon, hel, różne mieszaniny tych gazów, para wodna, gazy spalinowe), które działają objętościowo (poprzez obniżenie stężenia tlenu) oraz zmianę parametrów cieplnych mieszaniny gazowej w otoczeniu płomienia, a także halony działające antykatalitycznie.

W praktyce gazy gaśnicze stosuje się w stałych urządzeniach gaśniczych (SUG), wśród których można wyróżnić trzy zasadnicze typy:

• całkowitego wypełniania (W) - (zapewniają wytworzenie założonego stężenia gazu gaśniczego w całej przestrzeni objętej ich działaniem)

• podawania miejscowego (M) - (odpowiednie stężenie powstaje tylko w bezpośrednim otoczeniu zabezpieczanego stanowiska)

• przedłużonego działania (P) - (systemy mogą przez pewien czas utrzymywać stałe stężenie środka w chronionym pomieszczeniu uzupełniając na bieżąco jego zmniejszenia stężenia spowodowane np. nieszczelnościami)

Gaz gaśniczy może być także wykorzystany w celu przerwania rozwoju deflagracji, zanim jej prędkość wzrośnie do niebezpiecznych wartości i przekształci się ona w wybuch.

35. Mechanizm działania gaśniczego gazów obojętnych

Aby przejść do działania gaśniczego gazów należy przypomnieć chemię procesów spalania - a mianowicie są to przede wszystkim reakcje łańcuchowe z udziałem wolnych rodników. Reakcje te rozpoczyna:

1. początkowe tworzenie wolnych rodników (inicjacja łańcucha reakcji)

2. ich powielanie (rozgałęzianie łańcucha)

3. i zużywanie (rekombinacja i tworzenie rodników mało aktywnych)

Zasadnicze znaczenie dla rozprzestrzeniania się płomienia maja reakcje rozgałęziania, w których powstaje więcej wolnych rodników niż są zużywane. Zwykle najważniejszą z tych reakcji jest - reakcja wolnego rodnika wodorowego z cząsteczką tlenu:

(1) H + O₂ OH + O -70 kJ/mol

W której z jednego reaktywnego wspólnego rodnika powstają dwa - równie reaktywne. Jest ona jednocześnie główną reakcją zużywania tlenu cząsteczkowego w procesie spalania. Szybkość tej reakcji [w] można przedstawić jako:

gdzie:

wyrażenie ATⁿ - odnosi się do częstości zderzeń i efektywności kierunkowej

oznaczają stężenia reagentów

T - temperatura

E_A - jest energią aktywacji

Reakcja (1) dostarcza wolnych rodników, mogących dać początek nowym łańcuchom reakcji, jej szybkość ma więc decydujący wpływ na szybkość propagacji płomienia i sumaryczny strumień cieplny.

Wprowadzenie do środowiska reakcji obojętnego chemicznie gazu gaśniczego zmniejsza początkowe stężenia reagentów reakcji co powoduje spadek szybkości reakcji zgodnie z powyższym wzorem. Spadek szybkości reakcji rozgałęziania powoduje w efekcie ogólne obniżenie szybkości utleniania, a więc zmniejszenie szybkości wytwarzania ciepła, co przy ustalonych stratach ciepła na zewnątrz oznacza obniżenie temperatury T i dalszy spadek reakcji (1).

Większe ciepło właściwe oznacza więc lepsze właściwości gaśnicze. Z kolei dobre przewodzenie ciepła pogarsza własności gaśnicze gazu. Wpływ ciepła właściwego i przewodnictwa cieplnego gazu na jego działanie gaśnicze można wyjaśnić, rozpatrując zależność normalnej szybkości propagacji płomienia [u_o] od ogólnej szybkości reakcji chemicznych [U] i własności ośrodka w którym się rozprzestrzenia:

λ - współczynnik przewodnictwa cieplnego

ρ - gęstość

c_p - ciepło właściwe ośrodka przy stałym ciśnieniu

U - ogólna szybkość reakcji chemicznych

Szybkość propagacji płomienia będzie mniejsza przy zmniejszaniu się wartości wyrażenia
a więc gazy o wyższych wartościach tego wyrażenia powinny wykazywać wyższe stężenia gaszące, co odpowiada niższym stężeniom granicznym tlenu przy stosowaniu takich gazów.

Mechanizm gaśniczy gazów obojętnych:

Ogólne zastosowanie gazów obojętnych jako środka gaśniczego:

Zasadniczym obszarem stosowania obojętnych gazów gaśniczych jest wypełnianie przestrzeni zagrożonych pożarami cieczy lub gazów palnych, szczególnie tam, gdzie ważne jest uniknięcie szkód wtórnych. Gazy obojętne są środkami „czystymi” co znaczy, że przy ich stosowaniu nie powstają uciążliwe pozostałości, nie obciążają one również środowiska. Podstawowym zagrożeniem dla ludzi przy ich stosowaniu jest obniżenie zawartości tlenu, jedynie przy wysokim stężeniu CO₂ , gdzie jego wysokie stężenie jest toksyczne)

Konsekwencja tego, że gazy działają tylko w fazie gazowej w strefie reakcji płomienia - jest ich niewielka skuteczność przy pożarach stałych, a zwłaszcza ulegających tleniu, oraz przy pożarach metali, jeżeli gazem jest CO₂ - ponieważ redukuje się on do palnego tlenku węgla).

Charakterystyka i zastosowanie wybranych gazów obojętnych:

DWUTLENEK WĘGLA:

W normalnych warunkach: gaz, bez barwy, bez zapachu, smak słabo kwaśny, ciężar względem powietrza - 1,529 (cięższy od powietrza 1,5 raza). Gaz występuje w przyrodzie w źródłach naturalnych w stanie bardzo czystym, otrzymuje się go również przy wypalaniu wapna z dolomitów lub jako produkt ubocznych w browarach. Przy ok. 40 atm dwutlenek węgla skrapla się i w takiej formie jest przechowywany w butlach i gaśnicach.

Temperatura wrzenia - (-78,5⁰C,)

Temperatura krzepnięcia - (-56,6 ⁰C)

Zalety:

• szerokie możliwości zastosowania

• można go uzyskać w kraju

Wady:

• sprzyja warunkom cieplarnianym

• działa dusząco na organizm ludzki wraz ze wzrostem stężenia coraz bardziej utrudniając oddychanie, przy stężeniu 25 - 30 % obj. Powoduje natychmiastowe działanie śmiertelne.

• przy kontakcie z rozgrzanymi materiałami do wysokiej temperatury jak np. z częściami stalowymi redukuje się do silnie toksycznego tlenku węgla, a tlenek węgla w połączeniu z tlenem tworzy mieszaniny wybuchowe. Np. przy kontakcie z węglem w temperaturze 450 ⁰C stężenie redukowanego dwutlenku węgla wynosi 98 % a stężenie tlenku węgla 2 %, natomiast przy temperaturze 1000 ⁰C stężenie redukowanego dwutlenku węgla wynosi 0,7 % a stężenie tlenku węgla 99,3 %

• używanie ciężkich butli do jego przechowywania

Zastosowanie:

• w stałych urządzeniach gaśniczych

• w gaśnicach (śniegowych)

AZOT:

gaz, bez barwy, bez zapachu, bez smaku - jest główny składnikiem powietrza ok. 78 %.

Technicznie otrzymywany przez skroplenie powietrza, a następnie przy pomocy frakcjonowanej destylacji oddzielany. Nie powoduje działań toksycznych Jedynym zagrożeniem jest, że w zwiększonych stężeniach wypiera tlen.

Temperatura wrzenia - (-195,8⁰C,)

Temperatura krzepnięcia - (-209,86 ⁰C)

Wady:

• mała gęstość względem powietrza

• wymaga magazynowania w butlach stalowych o ciśnieniu roboczym w wysokości 150 at.

• Przechowywany w stanie gazowym, a nie skroplonym, powoduje, że mała jest ilość zawartego w butlach gazu.

Zastosowanie:

• stosowany jako środek gaśniczy do wypełniania pomieszczeń

• stosowany jako czynnik napędowy w agregatach i gaśnicach proszkowych i pianowych

INERGEN:

Jest to mieszanina gazów: azot; argon; i dwutlenek węgla. Mieszanina nie posiada właściwości inhibicyjnych a jej działanie gaśnicze polega głównie na obniżeniu stężenia tlenu do poziomu ok. 14%. Składniki są tak dobrane, że gęstość tej mieszaniny jest zbliżona do gęstości powietrza co ułatwia równomierne rozprzestrzenianie się gazu w całym wypełnianym pomieszczeniu. Ważnym składnikiem Inergenu jest dwutlenek węgla, który jest głównym składnikiem gaśniczym jak również głównym wskaźnikiem niebezpiecznego stężenia gazu dla człowieka.

ARGON:

Jest bezwonnym i bezbarwnym gazem, nieco cięższym do powietrza. Występuje w powietrzu w ilości 0,93% obj.. Otrzymuje się go przy pomocy frakcyjnej destylacji skroplonego powietrza.

ARGONITE:

Jest mieszaniną gazów obojętnych chemicznie - azotu i argonu. Skuteczność gaśnicza polega na całkowitym wypełnieniu pomieszczenia w którym powstał pożar i obniżeniu stężenia tlenu.

PARA WODNA:

Jest gazem bezbarwnym ale nie przeźroczystym. Jako środek gaśniczy może być wykorzystywana wszędzie tam gdzie woda czy mgła wodna. Morze być otrzymywana w ilościach wręcz nieograniczonych jako produkt uboczny w procesach technologicznych. Nie jest toksyczna dla człowieka, jednak w momencie wytwarzania osiąga wysoką temperaturę i w pomieszczeniach gdzie jest stosowana należy przestrzegać zasady, aby nie było ludzi.

36. Azot - powietrze - metan oraz dwutlenek węgla - powietrze - metan . Z czego wynikają różnice.

37 . Wyjaśnić różnicę między stężeniem gaszącym i inertującym.

Stężenie gaszące czynnika gazowego, jest to najmniejsze stężenie tego czynnika w powietrzu, które powoduje ugaszenia płomienia.

Stężenie inertujące (szczytowe), jest to najniższe stężenie czynnika gazowego w powietrzu, przy których substancja palna nie ulegnie zapaleniu od typowych źródeł energetycznych takich jak iskra itp.

38. Obliczanie minimalnego zapotrzebowania gazu gaśniczego.

39. Co to jest gaśnica śniegowa i dlaczego tak się nazywa?

Śniegowa jest to urządzenie do zwalczania pożarów w zarodku pożarów w zarodku, gdzie czynnikiem gaśniczym jest CO₂. Środek przechowywany jest pod ciśnieniem 46 -56 atm jako gaz skroplony butlach (gaśnicach). W momencie uruchomienia gaśnicy CO₂ w postaci cieczy wydostaje się na zewnątrz (zjawisku temu towarzyszy obniżanie temperatury)zmieniające się w śnieg czyli ciało stałe.

40. Halony gaśnicze - zasady nazewnictwa.

Halony, są to organiczne związki węgla, a których atomy wodoru zostały całkowicie lub częściowo zastąpione atomami chlorowców.

Liczbę atomów wodoru oblicza się:

[(ilość atomów węgla x 2) + 2] - (liczba atomów chlorowców)

Halony, które w swoim składzie zawierają jeden lub więcej atomów fluoru - noszą nazwę freonów. W celu uproszczenia wprowadzono oznaczenia cyfrowo-literowe:

41. Zależność skuteczności gaśniczej od budowy chemicznej halonów.

Halony działają antykatalitycznie w odniesieniu do reakcji przebiegających w procesie palenia, hamują też przebieg tych reakcji. Wprowadzone do pożaru uwalniają poszczególne atomy chlorowców, które połączone są z atomami węgla stosunkowo słabymi wiązaniami i wychwytują wolne rodniki odpowiedzialne za propagacje palenia - neutralizując je, aż do ugaszenia palenia.

W gaszeniu zaczynają brać udział przede wszystkim te chlorowce, które najsłabiej związane są z węglem w halonie. Dlatego można powiedzieć, że skuteczność gaśnicza halonów zależy od różnych wartości energii wiązań między poszczególnymi chlorowcami a węglem.

Dla przykładu energia wiązań między poszczególnymi atomami chlorowców wchodzących w skład halonów a węglem wynosi: (w temp. 25⁰C)

42. Na przykładzie halonu 1211 przedstawić uproszczony mechanizm inhibicji.

Uproszczony mechanizm inhibicji - halonem 1211

Halon ten zawiera atomy Cl, Br, F stosunkowo słabo związane z atomami węgla. W środowisku pożaru zostają one uwolnione i w fazie gazowej łączą się z wolnymi rodnikami H, OH, O uczestniczącymi w przedłużaniu i rozgałęzianiu łańcucha spalania. Następuje zjawisko rekombinacji czyli wymiany bardzo aktywnych rodników na mniej aktywne Br, F, Cl, co powoduje spowolnienie reakcji chemicznej zachodzącej w strefie spalania i w następstwie ugaszenie płomienia.

Mechanizm początkowych etapów inhibicji - halonem 1301

CF₃Br + H CF₃ + HBr + 76 kJ/mol

Powstały bromowodór reaguje z następnym rodnikiem wodorowym

H + HBr H₂ + Br + 70 kJ/mol

a następnie odtwarza się w reakcji

Br + H + M HBr + M + 372kJ/mol

W ten sposób rodniki są bezpośrednio usuwane ze strefy reakcji, przy czym jeden atom bromu może spowodować rekombinację bardzo wielu rodników.

43. Wyjaśnić mechanizm niszczenia przez halony warstwy ozonowej.

Związki chlorowcopochodne (a więc halony) ulegają w atmosferze fotodysocjacji pod wpływ promieniowania ultrafioletowego słońca, w wyniku czego powstają wolne atomy chlorowców. Mechanizm niszczenia ozonu w stratosferze przez związki zawierające brom, mają charakter katalityczny, podobnie jak mechanizm działania gaśniczego.

Można to zapisać:

Br + O₃ BrO + O₂

BrO + O₃ Br + 2O₂

Każdy atom bromu daje początek reakcji, która może zniszczyć setki tysięcy cząsteczek ozonu.

44. Wyjaśnić sens wskaźników ALC, LOAEL, ODP

LC₅₀ - Stężenie powodujące smierć 50% populacji badanych szczurów po 4 godzinach ekspozycji

ALC - przybliżone stężenie śmiertelne - stężenie powodujące śmierć po 4 godzinach ekspozycji całej populacji badanych szczurów

NOAEL - najwyższe stężenie przy którym nie obserwuje się niekorzystnych skutków na organizm

LOAEL - najniższe stężenie przy którym zaobserwowano niekorzystne skutki na organizm

GWP - potencjał globalnego ocieplenia klimatu liczony na 100 lat w stosunku do wzorca CO₂ = 1

ODP - potencjał niszczenia ozonu atmosferycznego w stosunku do freonu 11 lub freonu 12 dla którego wskaźnik ten = 1.

potencjał niszczenia warstwy ozonowej liczony na 100 lat w stosunku do wzorca

ALT - czas życia w atmosferze

45. Zamienniki halonów, ich działanie, przykłady

Halony:

Mechanizm gaśniczy halonów to przede wszystkim:

Działanie gaśnicze na drodze chemicznej można więc określić jako powodujące podwyższenie minimalnej temperatury propagacji płomienia po wyżej temperatury adiabatycznej (maksymalnej możliwej do uzyskania w konkretnym przypadku). Do podwyższenia minimalnej temperatury propagacji płomienia prowadzi - endotermiczny charakter reakcji powstawania nowych rodników.

Działanie fizyczne polega na obniżeniu temperatury płomienia po niżej minimalnej temperatury propagacji.

Zakres stosowania:

Zakres stosowania halonów można podzielić na operacje:

• całkowitego wypełniania (typu W) - w których środek podawany jest w postaci gazowej

• oraz gaśnice i instalacje (typu M), z których środek wypływa jako mieszanina rozpylonej cieczy i fazy gazowej, co można określić jako podawanie strumieniowe.

Własności fizykochemiczne, a także dane tosykologiczne kwalifikują halony co do zastosowania:

HALON 1301

Stosowany w stałych urządzeniach gaśniczych typu W, głównie w celu chronienia pomieszczeń komputerowych, urządzeń komunikacyjnych, muzeów i galerii sztuki, maszynowni statków i samolotów, instalacji przetwarzania i pompowania węglowodorów. Wypełnianie halonem może zacząć się, gdy w pomieszczeniu przebywają ludzie, ale przyjmuje się, że ewakuacja musi zakończyć się w ciągu 1 minuty, jeśli stężenie projektowe nie przekracza 10% objętości.

HALON 1211

Stosowany jest przede wszystkim w gaśnicach, w celu chronienia wyposażenia w biurach, pomieszczeniach komputerowych, w środkach transportu, galeriach sztuki i muzeach. Przy zastosowaniu halonu działającego miejscowo, stężenia halonu liczone na cała objętość pomieszczenia nie może przekroczyć 2% objętości. Gaśnice powinny być oznaczone w nalepki ostrzegające przed użyciem w pomieszczeniu o zbyt małej kubaturze.

HALON 2402

Nie może być stosowany w pomieszczeniach gdzie przebywają ludzie. Stosowany w gaśnicach przeznaczonych do użycia na zewnątrz.

Zamienniki halonów:

- Trójfluorojodometan CF₃J - Troddite

- Perfluorobutan C₄F₁₀ - CEA 410

- Perfluorokeksan CF₃(CF₂)₄CF₃ - CEA 614

46. Proszki gaśnicze, podział i skład chemiczny.

1. Podstawowe strategie gaszenia pożarów (czworościan palności)

Gaszenie pożaru polega na otwarciu czworościanu spalania

Podstawowe metody gaszenia pożarów:

• chłodzenie strefy spalania

• chłodzenie paliwa

• zwiększenie przewodzenia ciepła

• rozcieńczenie

• izolacja paliwa lub utleniacza

• działanie chemiczne na płomień (wychwytywanie wolnych rodników, katalizowanie rekombinacji zmniejszenie energii rodników przez efekt trzeciej cząsteczki)

2. Podział mechanizmów gaśniczych

mechanizm gaśniczy

fizyczne chemiczne

energetyczne przestrzenne - wychwytywanie wolnych rodników

- chłodzenie strefy - rozcieńczanie - katalizowanie rekombinacji

spalania - izolacja paliwa - zmniejszanie energii rodników

- chłodzenie paliwa - izolacja utleniacza poprzez efekt trzeciej cząsteczki

- pochłanianie i - odłączenie strefy reakcji - ułatwienie rekombinacji przez

przewodzenie ciepła (zdmuchnięcie płomienia) trzeci obieg

- dekompozycja

środka gaśniczego

3. Porównać oddziaływanie fizyczne i chemiczne na płomień

Oddziaływanie fizyczne na płomień polega na :

• ochładzaniu strefy reakcji (energetyczne)

• rozcieńczaniu reagentów w strefie reakcji (przestrzenne) odsuwaniu od siebie cząsteczek

• izolowanie paliwa i utleniacza.

Oddziaływanie chemiczne na płomień polega na rozcieńczeniu (odbieraniu)wolnych rodników.

Zmiana przebiegu reakcji spalania:

- blokowanie wolnych rodników przez cząsteczki środków gaśniczych (przechwytywanie)

- katalizowanie rekombinacji

- zmniejszenie energii wolnych rodników (efekt trzeciej cząsteczki)

Porównanie działań fizycznych i chemicznych na płomień

Działanie fizyczne polega na obniżeniu temp. płomienia poniżej temperatury krytycznej i ustaniu procesu spalania.

Działanie chemiczne powoduje podwyższenie minimalnej temp. propagacji płomienia powyżej temp. adiabatycznej (maksymalnej możliwej do uzyskania w konkretnym przypadku).

4. Bilans cieplny płomienia dyfuzyjnego i kinetycznego

5. Temperatura gaśnięcia płomienia (temperatura krytyczna)

6. Dwa podstawowe sposoby obniżania temperatury płomienia poniżej temperatury krytycznej

Krytyczne obniżenie temperatury można regulować dwoma sposobami:

1. zwiększenie szybkości odbierania ciepła

2. zmniejszenie szybkości generowania ciepła

ad. 1)

a)zwiększenie intensywności przenikania ciepła przez:

• zwiększenie emisyjności płomienia

• zwiększenie współczynnika przewodnictwa cieplnego (współczynnik odprowadzania ciepła)

b).ochłodzenie otoczenia (wprowadzenie czynnika o dużym cieple przemiany fazowej (woda))

c).odłączenie strefy reakcji, zdmuchnięcie płomienia

ad 2) zmniejszenie szybkości generacji ciepła odbywa się przez:

a)zmniejszenie stężenia reagentów
- rozcieńczać układ gazem obojętnym
- obniżyć ciśnienie w mieszaninie gazowej

b).hamować szybkość reakcji spalania materiału na drodze chemicznej
- zmniejszenie stężenia wolnych rodników H
- blokowanie wolnych rodników (zamienniki balonów, halony, proszki)

7. Własności wody wykorzystywane przy gaszeniu pożarów

8. Jakie sposoby podawania wody preferuje się przy pożarach poszczególnych grup ?

Pożary grupy A

Stosuje się prądy zwarte lub rozproszone :

zwarte stosujemy wówczas kiedy istnieje konieczność podania wody na duże odległości lub precyzyjnego sterowania prądem wody, a także do rozbicia palących się materiałów ( torf, siano ) lub tez burzenia elementów konstrukcyjnych budowli.

Rozproszone prądy wody należy stosować zależnie od warunków ze względu na lepsze wykorzystanie właściwości chłodzących i mniejsze zużycie wody

Pożary grupy B

Tylko prądy rozproszone. Dopuszcza się stosowanie prądów zwartych do chłodzenie powierzchni bocznej zbiorników z płonącą cieczą.

Pożary grupy C

Prądy rozproszone mgłowe ze względu na większą dyspersyjność wykazują lepsze właściwości chłodzące paliwo. Prądy zwarte ze względu na siłę uderzeniową znajdują zastosowanie przy gaszeniu gazowych wytrysków .

Pożary grupy D

Stosowanie wody stwarza zagrożenie

9. Krytyczna intensywność podawania środka gaśniczego

Rys. Zależność czasu gaszenia od intensywności podawania wody

Czas gaszenia pożaru ściśle zależy od intensywności odbierania ciepła przez środek gaśniczy (w przypadku działania chłodzącego). Szybkość odbierania ciepła zależy między innymi od intensywności podawania środka. Istnieje pewna krytyczna wydajność środka, poniżej której ugaszenie pożaru jest niemożliwe - krytyczna intensywność podawania środka gaśniczego.

10. Typowe intensywności podawania wody w l/m2 . s

materiały intensywność podawania wody w l/

kauczuk 0,10 ÷ 0,14

papier 0,08 ÷ 0,10

tworzywa sztuczne 0,06 ÷ 0,10

torfowiska 0,10

benzyna 0,4

guma 0,16 ÷ 0,18

11. Podział prądów wodnych, ich zalety i wady

Rodzaje prądów

zwarty rozproszony

kroplisty mgłowy

1 - 3 mm 0,1 - 1 mm

prąd zwarty: zalety : - znaczne odległości podawania

- b. duża wydajność podawania

- znaczna energia kinetyczna (przenikanie i penetrowanie)

- możliwość działania punktowego

- działanie dynamiczne - możliwość rozbicia słabych elementów konstrukcji

wady :- krótki kontakt z paliwem (środowiskiem pożaru)

- mała sprawność w wymianie ciepła

prądy rozproszone: zalety :- duży udział w wymianie ciepła (ok. 90% przy prądach mgłowych)

- możliwość gaszenia urządzeń pod napięciem

wady :- mała wydajność

- mała odległość podawania prądu wody (niewielki zasięg)

12. Zalety urządzeń wysokociśnieniowych do podawania wody

• małe zużycie środka gaśniczego

• duża energia kinetyczna wody (możliwość głębokiej penetracji )

• większy zasięg zarówno dla prądu zwartego jak i rozproszonego

• możliwość szybkiego użycia

- małe szkody popożarowe

13. Zjawiska obniżające skuteczność gaszenia wodą

14. W jakich przypadkach gaszenie wodą może być nieskuteczne ?

Gaszenie materiałów hydrofobowych :

• zbyt krótki kontakt, spływanie

• szybkie parowanie

• niezwilżanie (brak możliwości penetracji)

Gaszenie cieczy

• brak możliwości izolowania (tonięcie wody w cieczy lżejszej)

• słabe chłodzenie powierzchni (ciecz pali się powierzchniowo)

Gaszenie gazów

• brak możliwości chłodzenia paliwa

Pożary metali

• reakcja chemiczna zwiększająca zagrożenie

15. W jakich przypadkach gaszenie wodą może zwiększyć zagrożenie ?

• W przypadku pożarów metali gaszenie wodą jest niebezpieczne z powodu pirolizy wody w wysokich temperaturach (temp. płonących metali 3000 oC) i wydzielania się wodoru. Osiągnięcie przez wodór dolnej granicy wybuchowości może spowodować wybuch.

• W przypadku pożarów zbiorników naftowych gromadzenie się wody na dnie zbiorników, co po osiągnięciu przez ciecz temp. wyższej od wrzenia wody może spowodować wybuch fizyczny.

• Gaszenie instalacji elektrycznych pod napięciem.

16. Najważniejsze przyczyny możliwej nieskuteczności gaszenia wodą pożarów grup A i B

Pożary grupy A - nieskuteczność gaszenia wodą z powodu:

• krótkiego kontaktu z materiałem

• spływanie

• zbyt szybkie parowanie

• niezwilżenie materiałów hydrofobowych

Pożary grupy B

• brak możliwości izolowania (tonięcie wody w cieczach lżejszych)

• słabe chłodzenie powierzchni (spalanie cieczy odbywa się powierzchniowo)

17. Trzy podstawowe sposoby zwiększenia skuteczności gaśniczej wody

Sposoby podnoszące skuteczność gaśniczą wody:

• poprawa zwilżalności obniżenie napięcia powierzchniowego wody - stosowanie związków powierzchniowo czynnych

• poprawa właściwości izolujących - stosowanie środków pianotwórczych

18. Najważniejsze środki stosowane jako dodatki do wody do celów gaśniczych

1. Związki powierzchniowo czynne: obniżają napięcie powierzchniowe

1. jonowe
   - anionowo czynne (alkanosulfoniany, alkilobenzenosulfoniany, alkilosiarczany itp.)
   - kationowo czynne (sole aminowe amin alifatycznych, sole zasad cyklicznych)
   - amfolityczne (sulfobetainy, karboksybetainy)

2. niejonowe (oksyetylowane alkohole, oksyetylowane alkilofenole)

2. Środki pianotwórcze (proteinowe, fluoroproteinowe, syntetyczne, fluorosyntetyczne, alkoholoodporne)

3. Związki obniżające temp. krzpenięcia wody (dodatki soli NaCl, a także glikolu propylenowego, gliceryny)

4. Środki obniżające prężność pary wodnej (zmniejszanie szybkości odparowania wody)

5. Środki zagęszczające - zwiększenie lepkości wody

6. Środki zmniejszające opory przepływu - tlenek etylenu - uporządkowanie ruchu cząsteczek wody.

19. Rola związków powierzchniowo-czynnych (ZPC) w powstawaniu pian

Związki powierzchniowo czynne modyfikują roztwór na granicy faz ciecz-gaz. Obniżając napięcie powierzchniowe pomagają rozpuścić powietrze w cieczy. Jednocześnie wytwarzają warstwę adsorpcyjną (błonkę powierzchniową) o odpowiedniej wytrzymałości mechanicznej tworząc stabilny szkielet piany.

20. Kąt graniczny jako kryterium zwilżania

Kryterium zwilżalności danego ciała przez ciecz przyjęto na podstawie wielkości kąta jaki tworzy wektor zaczepiony na granicy trzech faz (ciało stałe, ciecz, powietrze) i powierzchnią ciała stałego. Miarą zwilżalności jest wielkość cosinusa kąta granicznego B = cosθ. Przyjęto że ciecz zwilża daną powierzchnię ciała stałego jeżeli kąt θ jest ostry, tzn. jeżeli B > 0. W granicznym przypadku doskonałej zwilżalności θ = 0 i B = 1. Przy wartościach θ z przedziału 90÷180o ciecz nie zwilża powierzchni ciała stałego (B < 0).

21.Jaki jest stopień zwilżania ciała stałego przez wodę jeżeli cosθ = 0,5 a jaki jeśli cosθ = - 0,5

Stopień zwilżalności przyjmuje się na podstawie wartości cosinusa kąta zawartego pomiędzy wektorem zaczepionym na granicy trzech faz (ciało stałe, ciecz, gaz) i powierzchnią ciała stałego. Uważa się, że ciecz zwilża ciało stałe jeżeli cosθ ≠ B należy do przedziału 1 ÷ 0 i analogicznie proces zwilżania nie zachodzi jeżeli B zawarte jest w przedziale -1 ÷ 0. Zatem dla cos θ = 0,5 ciecz zwilża dane ciało stałe natomiast dla cos θ = -0,5 zwilżanie nie następuje.

22. Dlaczego dodatek do wody ZPC poprawia zwilżalność ciał stałych ?

Zwilżalność ciał stałych uzależniona jest od własności tych ciał a szczególnie warunków czy jest to materiał hydrofobowy czy hydrofilowy.

Dodanie ZPC do wody nie powoduje zwiększania przez wodę zwilżania materiałów hydrofilowych a nawet znaczne jego pogorszenie.

izoterma zwilżania materiałów hydrofilowych

W przypadku materiałów hydrofobowych zwilżalność zależy od wytworzenia na powierzchni cieczy warstwy adsorpcyjnej (uporządkowanej struktury składającej się z części hydrofobowej zorientowanej na zewnątrz cieczy, najczęściej jest to długi łańcuch węglowy; i hydrofilowej, której struktura zależy od grupy środka pianotwórczego - jonowe, niejonowe).

ZPC poprzez adsorbowanie na granicy faz ciecz-ciało stałe powodują obniżenie napięcia powierzchniowego, efektem czego jest zmniejszenie kąta granicznego. Wynika to z tego, iż przy kontakcie wodnych roztworów ZPC z ciałami hydrofobowymi na granicy z wodą występuje duża różnica polarności, dobrze absorbują się na niej cząsteczki ZPC.

23. Od czego zależy zdolność wnikania cieczy w materiały porowate ?

24. Warunek wznoszenia kapilarnego cieczy w materiałach porowatych

Zjawisku wchłaniania cieczy przez materiały porowate towarzyszy wytworzenie ciśnień:

• kapilarnego powodującego ruch cieczy (wchłanianie)

• hydrostatycznego przeciwstawiającego się wchłanianiu cieczy

Bilans ciśnień dla wchłaniania cieczy przez materiały porowate :

ΔP. = Pkapil ±Phydrost

Wartość ciśnienia hydrostatycznego (±) zależy czy ciecz przepływa z dołu czy przenika od góry. Dla wznoszenia ciśnienie hydrostatyczne będzie miało znak minus. Tak więc aby nastąpiło wznoszenie cieczy musi wystąpić różnica ciśnień (ciśnienie kapilarne musi być większe od hydrostatycznego).

Wartość ciśnienia kapilarnego ujęta jest zależnością:

Pkap = 2 σ cos θ / r

Zauważyć tu można, że wszystkie zależności są w danym przypadku stałe, tak więc dla danego przypadku (ciecz, materiał porowaty) ciśnienie kapilarne jest wartością stałą.

Natomiast ciśnienie hydrostatyczne

Phydro = ρ h g

Widzimy, że jego wartość zmienia się wraz z wielkością h (wysokość słupa cieczy). Reasumując, wznoszenie cieczy będzie odbywało się do pewnej granicznej wartości uzależnionej od bilansu ciśnień.

25. Budowa chemiczna i podział ZPC

ZPC - modyfikują granicę faz woda-powietrze tworząc warstwy adsorpcyjne gdzie ich stężenie jest wyższe niż we wnętrzu fazy ciekłej. Związki te mają asymetryczną budowę w której wyodrębnić można grupę hydrofilową i hydrofobową. Budowa ZPC na podstawie alkanosulfonianu: l

CH3 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - CH2 - S - O

część hydrofobowa (lipofilowa) źle rozpuszczalna w cieczach |

polarnych (woda) O

część hydrofilowa nie roz- puszczalna w cieczach o budowie niepolarnej (oleje, tłuszcze)

Ze względu na ich zachowanie w wodzie możemy sklasyfikować ZPC na

• jonowe

• niejonowe.

Jonowe ZPC dysocjują w wodzie i w zależności od tego, które jony mają aktywność powierzchniową, nazywa się je

a). anionowo czynne (grupa hydrofobowa występuje w anionie); najważniejsze klasy tej grupy to:
- alkanosulfoniany o wzorze ogólnym R CH2 SO3
- alkilobenzenosulfoniany R C6H4 SO3
- alkilosiarczany R CH2 OSO3
- definosulfoniany R CH2 CH = CH CH2 SO3

b).kationowo czynne (grupa hydrofobowe występuje w kationie)
najważniejsze z nich to:
- sole amonowe amin alifatycznych
- sole zasad cyklicznych

c).amfolityczne, których charakter jest zależny od pH środowiska - w kwasowych są kationowo czynne, zaś w zasadowych anionowo czynne.
Ważniejsze związki w tej grupie to pochodne betainowe:
- sulfobetainy
- karboksybetainy.

Związki, które rozpuszczając się w wodzie nie tworząc jonów nazywane są niejonowymi. Posiadają one nie dysocjującą na jony grupę np. - OH; -NH2; -O-. Mogą to być alkohole wielowodorotlenowe, polietery, produkty kondensacji alkoholi, amin, kwasów tłuszczowych oraz alkilofenoli z tlenkiem etylenu zawierające długi rodnik węglowodorowy.

26. Rozpuszczalność w wodzie ZPC

Rozpuszczalność - jest to stężenie roztworu nasyconego danej substancji w danym rozpuszczalniku. Określa zdolność danej substancji do rozpuszczania się w danym rozpuszczalniku.

Związki powierzchniowo czynne są substancjami słabo rozpuszczalnymi w wodzie. Rozpuszczalność ich w głównej mierze zależy od temperatury.

W niskich temperaturach rozpuszczalność jest określona jako słaba, wraz ze wzrostem temperatury nieco rośnie, aż przy osiągnięciu pewnej temp. (punkt Kraffta) gwałtownie rośnie. Punkt przegięcia krzywej jest charakterystyczny dla każdego ZPC. Występowanie tego punktu związane jest z powstaniem w roztworze zorganizowanej struktury przestrzennej zwanymi micelami.

Dzięki powstawaniu miceli w roztworze rozpuszczalność ZPC może być znacznie większa. Punkt Kraffta może się przesuwać (zmiana temperatury) w zależności od rodzaju ZPC, a w szczególności od długości łańcucha węglowego.

27. Napięcie powierzchniowe wodnych roztworów ZPC

Napięcie powierzchniowe jest równe iloczynowi pracy jaką trzeba wykonać przeciwko siłom przyciągania między cząsteczkami przy przenoszeniu cząsteczki z wnętrza ciała na jego powierzchnię i liczby cząsteczek w warstwie powierzchniowej o polu jednostkowym. Istnienie napięcia powierzchniowego wynika stąd, że siły działające na daną cząsteczkę wewnątrz ciała ze strony pozostałych cząsteczek znoszą się wzajemnie, natomiast na cząsteczkę na powierzchni cieczy działa pewna wypadkowa skierowana w głąb ciała.

Rozpuszczone w cieczy cząsteczki określonej substancji mogą przechodzić w głąb roztworu bądź gromadzić się na powierzchni rozdziału faz powodując zmiany napięcia powierzchniowego. Wynika stąd, że istnieje zależność napięcia powierzchniowego od stężenia roztworu. Zależność tę przedstawia izoterma adsorpcji Gibbsa.

Napięcie powierzchniowe zależy też od temperatury, ze wzrostem temperatury maleje dążąc do zera w temperaturze krytycznej.

28. Aktywność powierzchniowa ZPC w roztworze wodnym

Aktywność ZPC objawia się przez sterowanie procesem zwilżania poprzez zmianę powierzchniowych energii swobodnych (napięć międzyfazowych) na granicach faz ciecz-ciało oraz ciecz-gaz. ZPC, których cząsteczki o niesymetrycznej budowie składają się z dwóch części przeciwstawnych co do charakteru i właściwości. Na jednym końcu cząsteczki znajduje się hydrofilowa (polarna) grupa, a na drugim hydrofobowa, utworzona z długiego łańcucha węglowego utrudniającego rozpuszczanie ZPC w wodzie. Długi łańcuch węglowodorowy zapewnia wysoką aktywność powierzchniową ZPC w stosunku do wody na jej granicy z fazami niepolarnymi. Z kolei obecność w cząsteczce grupy polarnej zapewnia rozpuszczalność ZPC w wodzie. Pozwala to na znaczne obniżenie napięcia powierzchniowego wody. Połączenie obu tych czynników zapewnia duży wpływ ZPC na zwilżanie. Obniżenie napięcia powierzchniowego i międzyfazowego ciało stałe-roztwór nie jest jedynym parametrem warunkującym silny wpływ ZPC na zwilżanie. Inna ważna cecha polega na tym, że przy określonym stężeniu roztworu, zwanym krytycznym stężeniem micelarnym cząsteczki ZPC łączą się w agregaty (micele), składające się z dużej liczby pojedynczych cząsteczek. W niezbyt stężonych roztworach micele mają budowę kulistą. W roztworach bardziej stężonych kuliste micele przekształcają się w płytkowe, które mogą łączyć się między sobą tworząc w roztworze nieuporządkowany przestrzenny szkielet. Podobne formy mogą powstać nie tylko w roztworze, ale również w warstwach adsorpcyjnych. Może to prowadzić do wyraźnego wzrostu lepkości roztworów przy odpowiednio wysokich stężeniach, co ma wpływ na szybkość zwilżania (np. warstw materiałów porowatych).

29. Izoterma adsorpcji powierzchniowej ZPC

W przypadku rozpuszczenia określonej substancji w cieczy cząsteczki substancji rozproszonej mogą przechodzić w głąb roztworu bądź gromadzić się na powierzchni rozdziału faz, powodując zmiany napięcia powierzchniowego. Zależność stężenia cząsteczek w warstwie powierzchniowej (w rzeczywistości jest to powierzchniowy nadmiar stężenia substancji w stosunku do jej stężeń w graniczących fazach objętościowych) od napięcia powierzchniowego przedstawia tzw. izoterma adsorpcji wyrażona wzorem Gibbsa.

Γ= - (c/RT) (dσ/dc),

Γ - stężenie powierzchniowe

c - stężenie roztworu

dc - zmiana stężenia

dσ - zmiana napięcia powierzchniowego

R - uniwersalna stała gazowa

T - temperatura.

Teoretyczny przebieg zależności nadmiaru powierzchniowego od stężenia przedstawia wykres.

30. Krytyczne stężenie micelarne ZPC w roztworach

Krytyczne stężenie micelarne (KSM) - jest to najniższe stężenie ZPC w roztworze, przy którym zaczynają tworzyć się agregaty (micele). W niezbyt stężonych roztworach micele mają budowę kulistą. W roztworach bardziej stężonych kuliste micele przekształcają się w płytkowe, które mogą łączyć się między sobą tworząc w roztworze nieuporządkowany przestrzenny szkielet.

KSM zależy od:

• temperatury - w niskich może nie zostać w ogóle osiągnięte

• długości łańcucha węglowodorowego dla danego rodzaju ZPC - maleje ze wzrostem długości łańcucha węglowodorowego

• zawartości elektrolitów w wodzie

• rodzaju ZPC.

Do wyznaczania KSM wykorzystuje się fizyczne własności ZPC stanowiące funkcję stężenia, które po pojawieniu się miceli w roztworze zmieniają się w sposób mniej lub bardziej skokowy.

31. Przykład (wzór i nazwa chemiczna) konkretnego ZPC anionowo-czynnego

32. Przykład (wzór i nazwa chemiczna) konkretnego ZPC kationowo-czynnego

33. Przykład (wzór i nazwa chemiczna) konkretnego ZPC niejonowego

34. Przykład (wzór i nazwa chemiczna) konkretnego ZPC amfolitycznego

35. Liczba spienienia i podział pian gaśniczych

Liczbę spienienia określa się jako iloraz objętości piany powstałej do objętości roztworu środka pianotwórczego

LS = VP/ V

w zależności od liczby spienienia piany dzielą się na:

• ciężkie LS < 20

• ciężkie 20 < LS < 200

• ciężkie LS > 200.

36. Struktura pian gaśniczych

Piana jest układem dyspersyjnym w którym fazę rozproszoną stanowi powietrze zaś rozpuszczającą wodny roztwór środka pianotwórczego. Struktura pian zależy głównie od stosunku objętości fazy gazowej do ciekłej. W zależności od tego pęcherzyki piany mogą mieć budowę kulistą lub poliedryczną. Piana kulista powstaje wówczas, gdy objętość fazy gazowej jest 1020 razy większa niż ciekłej. W takich pianach błonki pęcherzyków mają stosunkowo dużą grubość. Przy wyższych stosunkach objętości obu faz pęcherzyki przybierają formę wielościanów.

J.A. Pluteau sformułował następujące reguły geometryczne określające strukturę pian:

1. w każdej krawędzi wielościanu schodzą się pod kątem 120o trzy błonki wspólne dla dwóch sąsiednich pęcherzyków. Miejsca styku tych błonek (krawędzi wielościanu) tworzą charakterystyczne zgrubienie mające w przekroju poprzecznym kształt trójkąta. W tym miejscu styku tworzy się słup cieczy zwanej krawędzią Plateau lub kanałem Plateau.

2. w jednym punkcie schodzą się cztery kanały Plateau tworząc jednakowe kąty 109o 28'

Rys. Krawędź Plateau

37. Zjawiska powodujące nietrwałość pian

Niestabilność pian wyraża się przez trzy zjawiska:

• wyciekaniu cieczy (synereza) spowodowane jest wyciekaniem roztworu przez kanały Plateau pod wpływem grawitacji :
  (∂p/∂n) + ρ . g = 0

• dyfuzyjny transport gazu.
  Ciśnienie w pęcherzykach jest odwrotnie proporcjonalne do promienia pęcherzyka, w wyniku czego powstaje różnica ciśnień pomiędzy większym pęcherzykiem i mniejszym
  Δp. = 2 σ (1/r1 - 1/r2).
  Pod wpływem tej różnicy następuje dyfuzja gazu z mniejszych pęcherzyków do większych. W wyniku czego następuje zanik mniejszych pęcherzyków

• pękanie pęcherzyków
  błona po uzyskaniu określonej krytycznej wartości pęka. Pękanie zachodzi na skutek tworzenia się w pęcherzyku otworu o krytycznym rozmiarze.
  Mechanizm rozrywania grubych błonek:
  - stopniowe zmniejszenie grubości błonki
  - skokowe pojawienie się fragmentów o grubości mniejszej niż pozostała
  - powstanie w błonie otworu rozszerzającego się z dużą szybkością.

38. Przebieg wyciekania roztworu z piany

W strukturze piany tworzy się pewien bilans ciśnień warunkujący trwałość pian

(∂p/∂n) + ρg = 0

∂p/∂n - gradient ciśnienia po wysokości w kanale Plateau

ρ - gęstość cieczy

g - przyspieszenie ziemskie

Zapiszemy inaczej

∂p/∂n ≈ ρ g

Z jednej strony mamy ciśnienie powodujące ruch cieczy przeciwny do grawitacji spowodowane efektami kapilarnymi, wskutek gradientu ciśnienie cieczy w błonkach i kanałach Plateau, z drugiej ciśnienie hydrostatyczne powodujące niszczenie piany.

Wyciekanie cieczy zaczyna się po spełnieniu warunku ρ g > - ∂p/∂n i składa się ze stadium zwiększania szybkości wyciekania i synerezy zachodzącej ze stałą szybkością.

W miarę wyciekania cieczy tworzy się, wzrasta gradient ciśnienia kapilarnego po wysokości słupa przeciwdziałający dalszemu wyciekaniu cieczy. Szybkość wyciekania cieczy zmniejsza się aż do pełnego zaniku piany.

Rys.Krytyczne krzywe synerezy pian przy różnych stężeniach związku powierzchniowo czynnego.

39. Parametry służące do oceny trwałości pian

40.Zjawiska podtrzymujące stabilność pian

41.Sposoby zwiększania stabilności pian

• dodanie do roztworów ZPC niewielkich ilości stabilizatora np. alkoholu tłuszczowego lub rozpuszcz. w wodzie polimer. → następuje wzrost lepkości warstwy adsorpcyjnej i błonki - nadmiar stabilizatora obniża zdolność pianotwórczą

• dodanie do roztworu niejonowych ZPC → stabilizuje pianę w wyniku przenikania ich do warstw adsorpcyjnych

• ze wzrostem stężenia ZPC stabilność pian zwiększa się osiągając max. dla krytycznego stężenia miceli a potem obniża ę (dla pian niestabilizowanych)

• wprowadzenie elektrolitu podwyższa stabilność (przy warstwie adsorpcyjnej nie nasyconej ZPC)

• niewielkie stężenie fazy stałej powoduje podwyższenie stabilności (ale zwiększenie synerezy)

42. Czynniki zewnętrzne ograniczające trwałość pian

43. Rodzaje środków pianotwórczych

Ze względu na bazę surowcową:

• proteinowe (P)

• fuoroproteinowe (FP) - środki proteinowe z dodatkiem detergentów fuorowanych

• syntetyczne (S) - zawierające syntetyczne detergenty

• fluorosyntetyczne, tworzące film wodny (AFFF) w których detergenty zawierają perfluorowany rodnik alkilowy (tzw. lekka woda)

• fluoroproteinowe, tworzące film FFFP w których znajdują się środki typu FP z dodatkiem detergentów typu AFFF

• alkoholoodporne (AR) - zawierające środki pianotwórcze powyższych typów z dodatkami zabezpieczającymi przed niszczącym zwykłą pianę działaniem cieczy polarnych

44. Jakościowy skład środków pianotwórczych

• jeden lub więcej związków powierzchniowo czynnych

• rozpuszczalniki organiczne

• woda

• substancje obniżające temp. krzepnięcia

• stabilizatory piany

• dodatki antykorozyjne

• dodatki poprawiające wzajemną rozpuszczalność składników

45. Parametry pozwalające ocenić przydatność środka pianotwórczego

Liczba spienienia - stosunek objętości piany do objętości roztworu z którego ta piana została wytworzona
LS = Vp/ Vr
Piany o tej samej LS mogą znacznie różnić się własnościami (stabilnością) - ze względu na różnicę przeciętnej wielkości pęcherzyków
Ze wzrostem LS stabilność pian rośnie (szybkość synerezy maleje)

Dyspersyjność - parametr określający stopień rozdrobnienia pęcherzyków piany; im wyższa średnica pęcherzyków tym mniejsza jest dyspersyjność
Im wyższa dyspersyjność piany, tym trwałość jest większa

Trwałość - synereza
wartość pięciominutowa W5 - ułamek obj. roztworu wyodrębnionego z piany w ciągu 5 minut od jego wytworzenia

wartość dwudziestopięcioprocentowa W1/4 - czas wydzielenia się z piany 25% zawartego w niej roztworu

wartość połówkowa W1/2 - czas wydzielenia się z piany połowy zawartego w niej roztworu

Płynność - zdolność do rozpływania się po powierzchni ciał stałych lub cieczy
Im szybciej rozpływa się piana po powierzchni palącego się materiału, tym krótszy jest jej kontakt z płomieniami, mniejsze niszczenie piany spowodowanej wysoką temperaturą i szybsze gaszenie pożaru. Ale im więcej zawiera ta piana wody (im bardziej jest płynna) tym następuje szybsza synereza

46. Jakie środki stosuje się do gaszenia objętościowego ?

• gazy gaśnicze (obojętne + halony)

• piany lekkie

• para wodna

47.Definicje stężeń gaszących i inertujących

Stężenie gaszące - najniższe stężenie gazu w powietrzu powodujące zgaśnięcie płomienia dyfuzyjnego paliwa

Stężenie inertujące - najniższe stężenie gazu gaśniczego przy którym dany gaz lub pary cieczy nie zapala się przy dowolnym stężeniu

Stężenie gaszące < stężenie inertujące

48. Mechanizmy gaśnicze występujące przy gaszeniu objętościowym

mechanizm fizyczny energetyczny:

• chłodzenie strefy spalania 

• chłodzenie paliwa  w zależności od środka

• pochłanianie i przewodzenie ciepła 

• dekompozycja środka gaśniczego 

mechanizm fizyczny przestrzenny

• rozcieńczanie reagentów

• izolacja paliwa i utleniacza

• odłączanie strefy reakcji

tylko halony:

mechanizm chemiczny:

(przy całkowitym wypełnieniu pomieszczenia halonem)

• wychwyt wolnych rodników

• katalizowanie rekombinacji wolnych rodników

• ułatwianie rekombinacji przez obiekt trzeci

49. Działanie gaśnicze gazów obojętnych

Działają one fizycznie

• efekty energetyczne : pochłanianie i przewodzenie ciepła (CO2)

• efekty przestrzenne : rozcieńczone, izolacja paliwa i utleniacza; odłączenie strefy reakcji (zdmuchnięcie - podawanie środka z gaśnicy)

50. Parametry gazu gaśniczego potrzebne do obliczenia zapotrzebowania

• gęstość gazu (pary)

• masa cząsteczkowa Z = mśr/Vpom. ϑ = V/m

• ciśnienie gazu (prężność par)

• skład (przy mieszaninach) - ułamki molowe Z = c/ϑ

• objętość właściwa ϑ

• temperatura

51. Działanie gaśnicze halonów zawierających brom

Halony (również te zawierające brom) działają głównie chemicznie

• wychwytują wolne rodniki

• katalizują rekombinację

• oddziaływują poprzez jony chlorowców, ułatwiają rekombinacje przez efekt trzeciej cząsteczki.

Przykład:

CF3Br + H → CF3 + HBr Działają one głównie na płomień (raczej tylko)

H + HBr → H2 + Br

Br + H + M → HBr + M

Działać one mogą również poprzez efekt fizyczny:

• inhibitory o dużej pojemności cieplnej obniżają temperaturę (dotyczy to inhibitorów o trwałej cząsteczce)

52. Przyczyny wycofywania halonów zawierających brom

• Brom zawarty w halonie niszczy ozon znajdujący się w atmosferze
  Związki zawierające brom ulegają w stratosferze fotodysocjacji pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (powstają wolne atomy bromu).
  Mechanizm:
  Br + O3 → BrO + O2
  BrO + O3 → Br + 2O2

• Niektóre z halonów są bardzo toksyczne, mogą być niebezpieczne dla ludzi - pośledni powód wycofywania (główny powyżej)

53. Pożądane cechy dobrego zamiennika halonów

• niska toksyczność (duże wartości ALC - "przybliżone stężenie śmiertelne" oraz LOAEL - "najniższe stężenie, przy którym obserwuje się efekty toksyczne")

• dobra skuteczność gaśnicza

• zerowy ODP (ODP - "względna zdolność do powodowania ubytku ozonu stratosferycznego w stosunku do freonu 12)

• krótki czas życia w atmosferze

54. Działanie środków perfluorowanych (np. C4F10)

Są to zamienniki halonów, środki antykatalityczne - działanie podobne jak przy halonach (ale większe stężenie gaszone) podobne stężenie toksyczne, "zerowa ODP".

55. Jakie nowe techniki gaszenia mogą zastępować halony ?

56.Podstawowe składniki proszków gaśniczych

Od składu chemicznego bazy proszku zależy jego skuteczność gaśnicza i zakres stosowania:

• proszki BCE - do gaszenia pożarów płomieniowych; skład : węglany, wodorowęglany metali alkalicznych, siarczany

• proszki ABCDE - do gaszenia pożarów płomieniowych, bezpłomieniowych oraz płonących metali; skład : ortofosforany amonowe, siarczany i wodorosiarczany amonowe

• proszki specjalne - do gaszenia pożarów metali; skład : chlorki sodu lub potasu, czteroboran sodowy, grafit, mikrogranulki węglowe, wysokotopliwe żywice.

57. Jak działają środki gaśnicze przeznaczone do gaszenia pożarów płomieniowych ?

Proszki gaśnicze przeznaczone do gaszenia materiałów spalających się płomieniowo działają poprzez wytworzenie obłoku proszkowego. W tym przypadku proszek jest inhibitorem reakcji spalania tzn. powoduje on wychwytywanie wolnych rodników warunkujących ciągłość spalania; katalizują reakcje rekombinacji (ogólnie: hamują proces spalania; proszki te oddziaływują na płomień).

Istnieją dwie możliwe inhibicje : hetero- i homofazowe (w zależności od fazy reagentów)- patrz 59.

58. Jak działają środki gaśnicze przeznaczone do gaszenia pożarów bezpłomieniowych i pożarów metali ?

Proszki stosowane do gaszenia pożarów bezpłomieniowych i metali działają w sposób czysto fizyczny, poprzez obniżenie temperatury i izolowanie przed dostępem tlenu atmosferycznego. Proszki w kontakcie z palącą się powierzchnią przechodzą szereg przemian, a w końcu tworzą, w warunkach pożarowych, ciecz o dużej lepkości a przy obniżeniu temperatury tworzą na powierzchni szklistą warstewkę - warstwa izolująca.

59. Działanie inhibicyjne homo- i heterofazowe

Inhibicja heterofazowa - inhibitor stanowi inną fazę niż reagenty. Rodniki zderzając się z cząstkami proszku tracą nadmiar energii niezbędnej dla reakcji propagacji, zwiększa się udział reakcji rekombinacji

Ro + H → (MR)o Ro , R1o - rodniki

R1o + (MR)o → R - R1 + M M - cząstka proszku

Inhibicja homofazowa - inhibitor i reagenty w jedej fazie - gazowej; inhibitorem są gazowe produkty odparowane i rozkładu proszku.

• inhibitorem są gazowe atomy metali

Na + R1o + M → (Na - R1o)o + M R1o , R2o - rodniki

(Na - R1)o + R2 → R1 - R2 + Na (Na - R)o - kompleks przejściowy

M - cząstka

• inhibitorem jest gazowy wodorotlenek metalu

sole tlenowe

Me2O + H2O → 2MeOH

MeOH + Ho → H2O + Meo

MeOH + oOH → H2O + MeOo

MeOo + Ho → MeOH

Meo + oOH → MeOH

sole beztlenowe

MeCl + Ho → HCl + Meo

Meo + H2O → MeOH + Ho

60. Działanie proszków fosforanowych

Proszki te podane na palące się powierzchnie przechodzą cykl przemian

ortofosforany → kwas ortofosforowy → kwas metafosforowy → kwas polimetafosforowy

Końcowy produkt rozkładu w wysokiej temperaturze pożaru jest cieczą o dużej lepkości, a po obniżeniu temperatury tworzy izolującą, szklistą warstewkę.

61. Skład proszków do gaszenia metali

• chlorek sodu (NaCl) lub potasu (KCl)

• czteroboran sodowy

• grafit

• mikrogranulki węglowe

• wysokotopliwe żywice

62. Jakie parametry fizyczne proszku wpływają na jego skuteczność ?

• skład ziarnowy i związana z nim gęstość nasypowa, powierzchnia właściwa

• gęstość właściwa - zależna od składu chemicznego proszku

• własności hydrofobowe

• sypkość (płynność - zdolność do przemieszczania się pod wpływem sił ciężkości)

• możliwość współdziałania z pianą

• przewodnictwo elektryczne proszku i obłoku proszkowego

• odporność na składowanie w warunkach wahającej się temperatury i wilgotności

• odporność na wstrząsy (związane ze zmniejszaniem objętości)

63. Co to jest skład ziarnowy ?

Określa on wielkość ziaren proszku (jakie i ile), wiąże się to ze stopniem rozdrobnienia.

• Jest z nim również związana powierzchnia właściwa (stosunek powierzchni cząstki do jej masy lub objętości)
  Im mniejsze są ziarna (większy stopień rozdrobnienia) tym większa jest powierzchnia właściwa

• oraz gęstość nasypowa (stosunek masy proszku do jego objętości, jaką zajmuje w warstwie po swobodnym przesypywaniu)

64. Zastosowanie poszczególnych typów proszków

Proszki oparte na bazie:

• węglanu sodowego 
  węglanu potasowego 
  siarczanu potasowego  BCE
  mocznikowo-węglanowy 

• fosforanu amonowego 
  siarczanu (wodorosiarczanu) amonowego  ABCE

• chlorku sodowego 
  węglanu sodowego  D

65. Jak można rozróżnić proszki BC i ABC ?

Próbka

H2SO4 rozc.

HCO3− + H+→H2CO3 → H2O + CO2↑

wydziela brak efektu CO32−+2H+→ H2CO3 → H2O + CO2↑

się gaz

proszek BC NaOH

węglanowy

(mocznikowo- wydziela brak efektu

węglanowy) się amoniak

NH4+ + OH− → proszek nowy roztwór

→ NH4OH → ABCD proszku o max

→ NH3↑ + H2O (ortofosforany stężeniu

amonowe)

lub wodoro- H2SO4 stężony

siarczany

wydziela się brak efektu

chlorowodór

proszek M nowy roztwór

lub chlorkowy BC proszku

(proszek oparty na

chlorku sodowym woda wapienna

lub potasowym)

SO42 - Ca2+ → CaSO4↓ wydziela się brak efektu

sad

66. Jakie parametry decydują o przydatności proszku ?

• skład ziarnowy (powierzchnia właściwa)

• gęstość właściwa

• własności hydrofobowe

• sypkość

• odporność na niską temperaturę

• skuteczność gaśnicza

• odporność na zbrylanie

• zawartość wilgoci

• możliwość współdziałania z pianą

• przewodnictwo elektryczne

• odporność na wstrząsy (zagęszczalność)

67. Zastosowanie wody, pian gaśniczych oraz roztworów ZPC w ratownictwie chemicznym

Piany gaśnicze mogą być wykorzystywane przy ograniczeniu zasięgu rozprzestrzeniania się substancji niebezpiecznych poprzez ograniczenie parowania (przy ograniczeniu, że substancje te nie reagują - w niebezpieczny sposób - z wodą).

Woda może być wykorzystana przy opanowywaniu skutków emisji niebezpiecznych substancji poprzez rozproszenie ich w środowisku przy użyciu wody. Możemy ją (wodę) używać dla substancji niebezpiecznych jak : gazy skroplone, gazy dobrze rozpuszczalne, ciecze dobrze rozpuszczalne, jeżeli pozwalają na to względy ekologiczne, w następujący sposób :

• prądy zwarte - przy zmywaniu cieczy

• prądy rozproszone - w przypadku gazów rozpuszczalnych

• prądy rozproszone - w przypadku gazów niebezpiecznych.

68. Zastosowanie sorbentów i neutralizatorów w działaniach ratowniczych

Sorbenty - materiały sypkie i porowate stosowane do zbierania rozlanych cieczy (takich jak paliwa napędowe i oleje) i innych substancji niebezpiecznych, których nie można unieszkodliwić na miejscu akcji

Neutralizacja - chemiczny proces zobojętniania (neutralizacji) toksycznego oddziaływania substancji niebezpiecznych poprzez zmianę ich struktury chemicznej na nową nie stwarzającą zagrożeń;
wadą - jest to, że konieczne jest posiadanie informacji odnośnie najwłaściwszego neutralizatora (częściowe rozwiązanie poprzez neutralizatory o szerokim zastosowaniu)
- związek chemiczny po neutralizacji jest mniej agresywny i niebezpieczny niż początkowo, natomiast np. w sorpcji jest on tylko „pochłonięty” i ciągle stanowi zagrożenie.

69. Materiały sorpcyjne stosowane w działaniach PSP

Sorbenty nieorganiczne sztuczne - wełna szklana, wełna mineralna, pumeks

naturalne - piasek, popioły, talk, wapień, wysuszona glina

Sorbenty organiczne naturalne -

słoma, siano, trociny, wysuszony torf, otręby, ielona kora drzew, liście,

trzcina, makulatura itp.

sztuczne - polimery w postaci spienionej, włóknistej, granulowanej, pylnej,

np. polietylen, polipropylen, poliuretany, polistylen.

Sorbenty działające na zasadzie chemiczno-fizycznej - polimer który pod wpływem wody zmienia strukturę tworząc wolne przestrzenie zdolne do zatrzymania dużych ilości wody cieczy; jest on chemicznie nieaktywny (np. UNI-SAFE)

70. Zjawiska zachodzące przy stosowaniu różnych sorbentów

Nasycenie cieczą swojej struktury kapilarnej - zjawisko samorzutne, możliwe gdy ciecz zwilża dane ciało

Adsorpcja - zjawisko powierzchniowe, polegające na występowaniu różnicy stężeń określonego składnika wewnątrz fazy i w warstwie powierzchniowej

adsorpcja fizyczna - wywołana siłami międzycząsteczkowymi van der Wadlsa; jest to proces odwracalny

adsorpcja chemiczna - jeżeli dochodzi do wytworzenia wiązania chemicznego między cząsteczką adsorbowaną i powierzchnią

Absorpcja - proces dyfuzyjnego przenikania składnika jednej fazy (absorbat) w głąb drugiej (absorbent), zachodzący podczas bezprzeponowego zetknięcia obu faz

71. W jaki sposób materiał chłonący zatrzymuje ciecz ?

Jeżeli przyjmiemy, że zjawisko sorpcji zachodzi wskutek nasycenia kapilar..., to ciecz powinna zwilżać dane ciało (θ < 90o). Na ciecz działają siły kapilarne i hydrostatyczne. Wytwarza się różnica ciśnień, która powoduje wciąganie cieczy. ΔP. = (2σcosθ)/r ± ρ g h (przy pionowo „ustawionej” kapilarze). Jeżeli różnica ciśnień wyniesie ) to ciecz zostanie zatrzymana przez sorbent

hmax = (2σ cosθ)/(rρg)

σ- napięcie powierzchniowe

cosθ - cos kąta granicznego (miara zwilżeń)

r - promień kapilary

Pochłonięta ciecz nie będzie wypływać z sorbentu (nawet przy przenoszeniu) jeżeli wielkość porów będzie odpowiednia. Jeżeli pory są zbyt duże to wówczas siły kapilarne mogą nie utrzymać cieczy.

72. Sorbenty służące do zbierania zanieczyszczeń z powierzchni wody

Sorbenty aby skutecznie zbierać np. ciecze ropopochodne z powierzchni wody, muszą być same w sobie hydrofobowe lub zostać poddane hydrofobizacji (w przeciwnym wypadku będą tonąć) - sorbenty sztuczne.

Sorbenty naturalne - na ogół toną - więc mogą być stosowane po umieszczeniu w odpowiednich komorach sorpcyjnych (rękaw + pływaki)

adsorbenty sztuczne : pumeks - dzięki swej strukturze zamknięte pory , nie tonie

wełny - nie toną jeżeli będą hydrofobizowane

73.Jakie sorbenty nadają się do wielokrotnego użycia ?

W przypadku sztucznych sorbentów organicznych (polimery w postaci spienionej, włóknistej, granulowanej lub pylistej) istnieje na ogół możliwość regeneracji - poprzez wyciśnięcie cieczy. Z sorbentów takich można wycisnąć do 90% cieczy. Dzięki temu zmniejsza się niestety ich zdolność sorpcyjna - nawet 4 razy. Wynika to z pozostania części cieczy w materiale sorpcyjnym oraz przede wszystkim zniszczeniem struktury kapilarnej w trakcie wyciskania - usuwania cieczy.

74. Jakie są możliwości utylizacji zużytych sorbentów ?

Sorbenty naturalne organiczne mogą być utylizowane poprzez spalenie wraz z zebraną cieczą. Do sorbentów takich należą między innymi słoma, siano, trociny, liście, sieczka zbożowa, trzcina, zmielone kolby kukurydzy, łupiny orzechów, makulatura. Ważne jest, aby palne sorbenty nie wydzielały podczas spalania toksycznych substancji ani nie powodowały nadmiernego zadymienia.

75. Kryteria wyboru sorbentów

• czy środek „wszechstronny” czy „wyspecjalizowany”

• czy jest w danym przypadku chemicznie obojętny

• dostępność (łatwość i taniość)

• rodzaj wchłanianego materiału (ciecz itp.)

• rodzaj powierzchni z jakiej następuje sorpcja

• możliwość późniejszej utylizacji

• możliwość dodatkowej roli identyfikatora (przy wszechstronnych)
  
  
  
  

31

Pytania ze Środków Gaśniczych --strona nr

Mechanizmy Fizyczne

Mechanizmy Chemiczne

ENERGETYCZNE

PRZESTRZENNE

CHEMICZNE

Pochłanianie i przewodzenie ciepła

Chłodzenie strefy spalania

Chłodzenie paliwa

Dekompozycja środka gaśniczego

Rozcieńczenie reagentów

Izolacja paliwa i utleniacza

Odłączenie strefy spalania

Wychwytywanie wolnych rodników

Katalizowanie rekombinacji wolnych rodników

Ułatwianie rekombinacji przez trzeci obiekt

Oddziaływanie jonów chlorowców

Możliwe przyczyny nieskuteczności

Sposoby poprawy skuteczności

Wewnątrz fazy

Na granicy faz

{ jeden z rodników musi być długim łańcuchem

a

b

c

Rys.1

Rys.2

(1)

(2)

(3)

ZBIORNIK WODY

ZBIORNIK ŚRODKA PIANOTWÓRCZEGO

DOZOWNIK

KOMORA MIESZANIA

Dysza wylotowa

SPRĘŻARKA

UKŁAD REGULACYJNY

POMPA

V_R/V₀

Czas [min]

V₀- początkowa objętość roztworu w pianie

V_R- objętość roztworu wydzielonego z piany w czasie - τ

τ

DZIAŁANIE FIZYCZNE

ENERGETYCZNE:

• Pochłanianie i przewodzenie ciepła:

Wprowadzony do płomienia gaz gaśniczy ogrzewa się, pobierając pewną ilość ciepła, zależnie od swego molowego ciepła właściwego, jednak dobre przewodzenie ciepła pogarsza własności gaśnicze gazu.

PRZESTZRENNE:

• Rozcieńczenie reagentów:

Obniżenie stężenia tlenu jak również pozostałych reagentów

• Odłączenie strefy reakcji (zdmuchnięcie płomienia):

Strumieniowe podawanie CO₂ z gaśnicy.

0 10 20 30 40 50

14

12

10

8

6

4

2

Metan % objętości

Dodany gaz obojętny, % objętości

Liczba atomów węgla

Liczba atomów

fluoru

Liczba atomów

chloru

Liczba atomów

bromu

1

3

0

1

B

Liczba atomów węgla - 1

Liczba atomów

wodoru + 1

Liczba atomów

fluoru

Halon 1301

Liczba atomów

bromu

0

(1 - 1) = 0

3

1

(0 + 1) = 1

1

CF₃Br - trójfluorobromometan

Freon 13B₁

( pierwsze O opuszcza się w zapisie)

C - F

C - Cl

C - Br

C - J

0,43 MJ/mol

0,25

0,22

0,16

DZIAŁANIE CHEMICZNE

• wychwytywanie wolnych rodników

• katalizowanie rekombinacji wolnych rodników

• ułatwianie rekombinacji poprzez trzeci obiekt

• oddziaływanie jonów chlorowców

DZIAŁANIE FIZYCZNE

ENERGETYCZNE:

• Pochłanianie i przewodzenie ciepła:

PRZESTZRENNE:

• Rozcieńczenie reagentów:

Minimalna temperatura propagacji

Temperatura płomienia

Działanie chemiczne

Działanie fizyczne

Działanie fizyczne i chemiczne przy gaszeniu płomieni paliw organicznych

Nienasycona warstwa adsorpcyjna

Nasycona warstwa adsorpcyjna

Stężenie ZPC w roztworze

Γ

Nienasycona warstwa adsorpcyjna

Nasycona warstwa adsorpcyjna

σ

Stężenie powierzchniowe

lg KSM

logarytm stężenia ZPC

σ

Lg C

Warstwa adsorpcyjna nienasycona

Warstwa adsorpcyjna nasycona

Roztwór cząsteczkowy

Roztwór koloidalny

woda

Grupa hydrofilowa

Grupy hydrofobowa

---