Кинетика цепных реакций горения

Заслуга создания и развития теории цепных реакций, цепного и теплового воспламенений принадлежит акад. Н.Н. Семенову и его сотрудникам.

Теория цепных реакций рассматривает действительный механизм течения реакции, а стехиометрические уравнения считает лишь итоговыми равенствами материального баланса. По цепной теории механизм реакции представляется как цепь последовательных звеньев, а каждое звено состоит из совокупности элементарных реакций между атомами, радикалами и молекулами. Основное свойство цепи реакций заключается в том, что она начинается с активного центра, который в конце каждого звена регенерируется. Началом каждого звена служит также активный центр. Если в конце каждого звена регенерируется только один активный центр, реакция называется неразветвленной цепью, если каждое звено порождает несколько активных центров, реакция представляет собой разветвленную цепь. Энергия реакции передается активным центрам, а не распределяется по всем степеням свободы. За время своего краткосрочного неустойчивого существования активные центры могут вступать в реакции с атомами, радикалами или молекулами, образуя промежуточные, также неустойчивые соединения, пока звено цепи реакции не завершится конечными продуктами и новыми активными центрами. Наряду с этим они могут рекомбинироваться, терять свою избыточную энергию — иначе, гибнуть.

     Цепные реакции горения углеводородов представляют собой весьма сложную совокупность разнообразных реакций, большей частью моно- и бимолекулярного характера. Спектроскопическими исследованиями обнаружено, что в реакционной зоне находятся неравновесные концентрации гидроксила. Кроме того в пламени содержатся свободные радикалы С₂ и СН.

Реакция полного сгорания углеводородного газа С_mН_n (где m и n — число атомов углерода и водорода в молекуле) с кислородом О₂ выражается стехиометрическим уравнением:

где СО₂, Н₂О — компоненты продуктов полного сгорания газа.

На практике для интенсификации процесса горения используются окислители, обогащенные кислородом, тогда реакция горения имеет вид

где k — соотношение содержания азота N₂ и кислорода О₂ в окислителе.

При сжигании углеводородного газа С_mН_n в воздухе, состоящем примерно из 21 % кислорода О₂ и 79 % азота N₂, стехиометрическая реакция полного сгорания имеет вид

Стехиометрические уравнения реакции горения некоторых газов в воздухе приведены в таблице приложения.

 

 

Лекция 5

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: