Az égési reakciók kinetikája
Az égési kinetika a kémiai reakció sebességének és mechanizmusának elmélete az üzemanyagok égetése során.
(MEGJEGYZÉS: A REAKCIÓS RÁTUS HATÁSA A KONCENTRÁCIÓ ÉS HŐMÉRSÉKLET)
Az égetést gyors kémiai átalakulásnak kell tekinteni, amelyet jelentős mennyiségű hő és rendszerint fényes láng (liba) szabadul fel.
Általában az égés során új molekulák képződését vagy a kémiai kötések redisztribucióját a reakcióban részt vevő molekulák között.
Az égés kémiai reakciója a legtöbb esetben összetett, azaz. több elemi kémiai folyamatból áll. Ezenkívül az égés során keletkező kémiai átalakítások számos fizikai folyamattal (hő- és tömegátvitel) társulnak, és a megfelelő hidro- és gázdinamikai szabályszerűségek jellemzik
Az égés az éghető komponensek oxigénnel való kombinációjának gyors kémiai reakciója, amelyet intenzív hőkibocsátás és hirtelen hőmérséklet-emelkedés kísér.
Az égési reakciókat olyan sztöchiometriai egyenletekkel írják le, amelyek minőségi és mennyiségi meghatározást jelentenek a reakcióba és a keletkező anyagok.
2CO + O 2 = 2CO 2 + 67,5 kcal / mol
Ezen egyenlet alapján meghatározható bármely szénhidrogén gáz elégetéséhez szükséges oxigén mennyisége, vagy az úgynevezett sztöchiometriai együttható.
1 m3 oxigén esetén 4,76 m3 levegő és 3,76 m3 nitrogén.
A képlet szerint a Vm elméleti légáramot határozzuk meg.
A gáz-gázégők égetésére szolgáló gázellátás gyakorlatában több levegőt szállítanak, mint amit a sztöchiometriai egyenletek előírnak. Ezt azzal magyarázza, hogy a gáz teljes égetéséhez a megfelelő mennyiségű oxidálószert kell biztosítani, ezen kívül a gáz és a levegő alapos keveredésének biztosítása érdekében. a gáz- és levegőmolekulák legkedvezőbb ütközésének maximális számát biztosítja. Ezt a levegőmennyiséget valódi Vd-nek hívják.
A felesleges levegőt a felesleges levegő jellemzi:
a a gázégetés módjától és a gázégő tervétől függ.
Az égés egyik jellemző tulajdonsága a térbeli elterjedési képesség. Ennek oka az aktív részecskék diffúziója a tüzelőanyag-keverékben, vagy az új aktív központok kialakulásának köszönhető, mivel a kémiai reakciók zónáiból származó hő formájában energiát szolgáltatnak. Az első esetben a diffúzióról beszélünk, a második esetben pedig a lángszórás hőmechanizmusáról.
Bármilyen típusú égés esetén két tipikus fázis az üzemanyag gyulladása és azt követő égése (égése). A két szakaszban töltött idő a teljes égési idő. Az égési technika fő célkitűzése a maximális hőtermeléssel történő teljes égési idő biztosítása.
A kinetikus elvben az égetési folyamat megkezdése előtt egy homogén éghető keveréket állítanak elő, amely a gázot valamivel nagyobb mennyiségben tartalmazza, mint a sztöchiometrikus arányok. Az ilyen keverék égése egy rövid, merev átlátszó flare-ben következik be, látható pirolitikus (pirolízis - bomlás a hő hatása alatt) folyamatokban, ami a láng fekete részecskéinek képződéséhez vezet. Ebben az esetben az égetés korlátlanul nagy volumetrikus hőfeszültséggel folytatódhat, a hiányos égéstermékek kialakulása nélkül.
Általában, az égés a kinetikus elvét használja speciális keverőkben vagy injekció égő előállítására homogén (egyenletes) gázkeverék primer légfelesleg tényező α1 = 1,02 ÷ 1,05. A primer levegő alacsonyabb tartalma mellett a kinetikus elv csak az égetés kezdeti szakaszára, az oxigén használatára a gázzal keveredve folytatódik.
A vegyületbe belépő atomok vagy molekulák számától függően a reakciók sorrendben monomolekuláris, bimolekuláris és trimolekulárisak.
Monomolekuláris reakciókban (elsőrendű reakció) a termékeket egy egyedi molekula kémiai transzformációjának eredményeképpen állítják elő.
A bimolekuláris reakciókban (másodrendű reakciók) kölcsönhatás lép fel két molekula vagy atom vagy egy atom és egy molekula között.
Három molekuláris reakciókban (harmadik sorrendű reakció) három részecske kölcsönhatásba lép.
Minél magasabb a reakció sorrendje, annál lassabban halad. mivel megvalósítása érdekében több molekulát vagy atomot egyidejűleg össze kell ütni. A harmadik sorrendnél nagyobb reakciók nem fordulnak elő, mert nem valószínű, hogy négy vagy több olyan molekula egyidejű ütközése, amely elegendő energiával rendelkezik a reakcióhoz.
Különbséget kell tenni a homogén és heterogén égés között. Homogén égés esetén a tüzelőanyag és az oxidálószer ugyanabban az aggregált állapotban kerül szállításra, heterogének különbözőek. (homogén példa - gáz-levegő keverék elégetése, heterogenitás példája - szilárd tüzelőanyag elégetése, pl. fa a kemencében)
A kemencében a tüzelőanyag és az oxidálószer folyamatosan táplálja az égési zónát, következésképpen a reagáló anyagok gyakorlatilag állandó koncentrációja az égés magjában marad. Ilyen körülmények között a maximális reakciósebesség a sztöchiometrikus C ° O-hoz közeli kiindulási anyagok koncentrációjának arányával érhető el, amikor egyik sem marad a reakció eredményeként. A felesleges tüzelőanyaggal (gazdag keverékkel) vagy alacsony koncentrációban (gyenge keverék) a reakciósebesség csökken, mivel az egységnyi térfogat mennyisége csökken. A tüzelőanyag-koncentráció (NP) alacsonyabb határértéke, amely alatt az égetés lehetetlenné válik, és felső határérték (VP), amikor a keverékben lévő tüzelőanyag-koncentráció további emelkedése megszűnik.
A határértékek közötti teljes koncentrációtartományban az égés lehetséges. Égése során ryuchey-keveréket zárt térfogat és a jelenléte a hő-kisülés-TEP lovydelenie a reakció során ne-Reda égéstermékek és növényi-dit, hogy maximalizálják azok hőmérsékletét.
Az égető készülékekben mindig van hőelvonás az újratöltési zónától a fűtőfelületekig. A megnövelt hőmérséklet az övezetben-láb bázisok égési növekszik, és a hő eltávolítását, mivel több kiégés tetején Lib hőelvezetés csökken és BME-Ste vele van egy csökkenés égési hőmérsékletek, mivel hő megmarad kellően magas.
A keverék hőmérséklete, amelyből a rendszer képes öngyorsítani a reakciót a stabil égéshez, a gyulladási hőmérsékletnek nevezzük.
Az égést az üzemanyag-keverék meggyulladása előzi meg. A gyújtási folyamat kényszeríthető. vagy autonóm (öngyulladás).
A kényszergyújtásnál külső égéstermék (elektromos gyertya szikrája, tüzelőanyag égéstermékei stb.) Használatosak az égési reakciók elindításához. A gyújtóforrás közvetlen közelében lévő üzemanyag-keverékben helyi hőmérséklet-emelkedés és aktív részecskék felhalmozódása jön létre. Ha ez az aktiváló hatás elégséges ahhoz, hogy növelje a reakciósebességet a keverékben, akkor a keverék ezen a helyen meggyullad, majd a láng a térfogat egészében a gyújtóforrástól terjed.
Autonóm gyújtás esetén eltűnik a külső energiaforrás szükségessége. Itt az égési reakciók a kémiai aktivitás rovására kezdődnek, amikor a vegyületeket még alacsony hőmérsékleten is kombinálják. Ez a hőmérséklet növekedéséhez és az aktív részecskék felhalmozódásához vezet, és ha az üzemanyag és az oxidálószer keveréke egyenletes, akkor a gyújtás a teljes térfogatban bekövetkezik. A tényleges esetekben az üzemanyag-összetevők nem-ideális keveredése miatt a térfogat szerinti keverék nem homogén: egyes területeken nincs oxidálószer, másokban - üzemanyag. Vannak olyan területek is, amelyekben a keverék összetétele az öngyulladás szempontjából legkedvezőbb. Itt jelenik meg az égés első foka. Amint a hőmérséklet nő, és az aktív részecskék felhalmozódnak ezeken a fókuszok körül, a láng átterjed a teljes térfogatra.
Maga a gyulladási folyamat a reakció sebességének emelkedésének okától függően termikus vagy láncolat jellegű lehet.
Ha a reakció sebességének hirtelen emelkedésének fő oka a keverék melegítése, akkor a gyújtást termikusnak nevezik. Ha nem tapasztalható észrevehető hőmérséklet-növekedés, és a reakció mértékének hirtelen emelkedésének fő oka az aktív gyökök és az atomok felhalmozódása, akkor a gyújtást láncolatnak nevezik.
Begyújtás esetén az idő eltelik attól a pillanattól kezdve, hogy a keverék beléphet a tartályba, amíg a hőmérséklet és a nyomás hirtelen emelkedni kezd. Ez alatt az idő alatt a keveréket elégetésre készen állítják: a hőmérséklet emelkedik és az égés aktív közbülső termékei felhalmozódnak.
Az az időtartam, amely alatt a keverék éghetővé válik, az indukciós időszak vagy a gyulladás késleltetése.