Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Теплотехника -> Чечеткин А.В. -> "Теплотехника" -> 85

Теплотехника - Чечеткин А.В.

Чечеткин А.В. Теплотехника: Учеб. для хим.-технол. спец. вузов — М.: Высш. шк., 1986. — 344 c.
Скачать (прямая ссылка): teplotech.pdf
Предыдущая << 1 .. 79 80 81 82 83 84 < 85 > 86 87 88 89 90 91 .. 125 >> Следующая

По мере расходования исходных веществ их концентрация падает и скорость прямой реакции падает. Одновременно возникает возможность обратной реакции, скорость которой растет по мере накопления продуктов Сий. Суммарная скорость реакции равна разности скоростей прямой и обратной реакций. При юх = м2 наступает подвижное равновесие, соответствующее термодинамическому равновесию. Основным признаком равновесия является постоянство состава реагирующей системы при неизменности внешних условий.
Отношение констант скорости реакции кх и к2 называется константой равновесия:
(ЗЛ9)
Константа равновесия не зависит от концентраций, так как от них не зависят константы скорости кх и к2.
Для гомогенной реакции, протекающей в газовой фазе, константу равновесия можно также выразить через парциальные давления:
К = 44- (3-«9 А)
РА РЬ
Значения констант равновесия, полученные по (3.19) и (3.19 а), могут не совпадать.
Зависимость константы равновесия от температуры выражается уравнением
а (1п К)/&Т = - ДЯДЯ Г2), (3.20)
где АН — тепловой эффект реакции.
Из этой зависимости видно, что умеренные температуры способствуют протеканию прямых экзотермических реакций, а высокие температуры — развитию обратных эндотермических реакций. Так, известно, что при высоких температурах порядка 2000 °С в топочной камере возникают явления термической диссоциации продуктов полного горения С02 и Н20. Следует, однако, заметить, что влияние температуры на константу равновесия не столь велико, как на константу скорости.
Гомогенное горение. Экспериментальное изучение многих газовых реакций показывает, что механизм этих реакций отличается от механизма, соответствующего закону действующих масс. Многие газовые реакции протекают через промежуточные стадии с более низким порядком реакций и меньшей энергией активации, минуя высокий энергетический барьер. При протекании таких реакций активными промежуточными продуктами или активными центрами чаще всего являются
232
свободные атомы или радикалы. Реакции с подобным механизмом называются цепными. Теория цепных реакций разработана И. И. Семеновым. Согласно этой теории, горение представляет собой цепную реакцию с разветвляющимися цепями, когда один активный центр, вступая в реакцию, вызывает образование двух или более новых активных центров. В таких реакциях концентрация активных центров значительно выше равновесной и возрастает в ходе реакции. В связи с этим растет резко и скорость реакции.
Примером такой реакции является реакция горения водорода. Цепная реакция горения водорода протекает через промежуточное образование атомов водорода, кислорода и радикалов по следующему механизму:
Н2 + М = 2Н + М, (а)
где М — инертная молекула. Далее,
Н + 02 О + Н2 ОН + н2
= ОН + О; (б)
= ОН + И; (в)
- Н20 -I- Н. (г)
(Д)
Суммарная реакция может быть записана в виде уравнения Н + ЗН2 + 02 = 2Н20 + ЗН.
Реакция (б) имеет наивысшую энергию активации и протекает медленнее, чем реакции (в) и (г), и определяет суммарную скорость процесса. Атомы водорода в этой реакции являются основными активными центрами.
Как видно из суммарного уравнения (д), вступление в реакцию одного атома водорода вызывает появление трех активных атомов Н, начинается разветвление цепи, развивающееся далее по схеме:
.Н + ...
О + н2 ( н + ...
хон + н2 (
Н + 02 ( ХИ20 (3.21)
х ,н + ...
он + н2 (
ХН20
Изменение скорости ы цепной разветвленной реакции показано на рис. 3.1. По истечении индукционного периода хШ1Л заканчивается накопление концентрации активных центров, после чего реакция саморазгоняется и скорость падает по мере израсходования реагирующих веществ.
Характерной особенностью реакции горения является их высокая экзотермичность. Поэтому на увеличение скорости горения будет оказывать влияние и температура.
Горение окиси углерода и углеводородов протекает также по механизму цепных реакций с разветвленными цепями. Экспериментально установлено, что скорость горения углеводородов меньше, чем Н2 и СО.
Процесс горения газового топлива состоит из нескольких стадий:
233

образования горючей смеси, подогрева смеси до температуры воспламенения и горения летучих.
Минимальная температура, при которой газ воспламеняется, называется температурой воспламенения. Эта температура не является физико-химической характеристикой, а зависит для каждого топлива от условий подвода и отвода теплоты и некоторых других факторов. Температура воспламенения водоро-
Рис. 3.1. Изменение скорости цеп- да лежит в пределах 580 590 °С, ной разветвленной реакции оксида углерода 644... 658 С, метана
650... 750 °С, этилена 542... 547 °С, ацетилена 406...440°С. Знание температуры воспламенения имеет большое практическое значение с точки зрения организации безопасного процесса горения, так как пределы воспламенения и пределы взры-ваемости газов совпадают.
Полное время сгорания топлива тг складывается из времени тд, необходимого для подвода окислителя к топливу (смесеобразование) — диффузионная стадия процесса и времени тк, необходимого для протекания самой химической реакции горения — кинетическая стадия горения:
Предыдущая << 1 .. 79 80 81 82 83 84 < 85 > 86 87 88 89 90 91 .. 125 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed