ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Механизм горения серы из "Технология серной кислоты" Горение серы представляет собой сложный процесс в связи с тем, что сера имеет молекулы с разным числом атомов в различных аллотропных состояниях и большой зависимостью ее физико-химических свойств от температуры. Механизм реакции и выход продуктов изменяется как от температуры, так и от давления кислорода. [c.93] Окисление серы происходит еш,е до ее загорания. При давлении 8,0—22,66 кПа (0,6—170 мм рт. ст.) и температуре 55— 150°С процесс протекает по цепной реакции. Для каждой температуры имеются свои минимальные и максимальные давления кислорода, за пределами которых реакция не идет [57]. При 160—260 °С и нормальном давлении бывает так называемое холоднопламенное горение, характеризуюш,ееся очень малой скоростью реакции [144]. [c.93] В более поздних работах [60—64] изучалось горение отдельных капель серы. Измерение константы времени горении капель серы проводили с применением так называемого метода следа, заключающегося в экспонировании на фотопленку следа горящих капель, который определяет длину полета капель от момента их воспламенения до полного выгорания. Отдельные капли серы вводили в поток горячего (450 °С) воздуха, движущегося со скоростью 1,91—6,1 м/с. Установлено, что константа горения практически не зависит от начального диаметра капель и равна 1,04 mmV . Эффективность процесса горения определяется временем полного сгорания каждой отдельной частички серы. [c.95] Эти исследования с использованием новейших методов эксперимента привели к разработке принципиально новой теории горения — был установлен взрывной характер горения и изучены основные его закономерности. [c.95] Время прогрева капель серы исследовали в интервале температур 155—1200 °С. Установлено, что, несмотря на непостоянство физических свойств серы, температура поверхности капли повышается линейно. Время прогрева при ср=1200°С сокращается в 5 раз по сравнению с /ср=ЮОО°С. Оно определяет время подготовки ее к горению. Значительное сокращение этого времени возможно прежде всего за счет улучшения качества распыливания и повышения температуры среды. [c.95] Существенно и то, что для мелких капель время испарения значительно меньше времени их пребывания в топочной камере. Мелкие капли успевают полностью испариться перед воспламенением или в зоне воспламенения. [c.95] Процесс горения отдельных капель серы изучали по кинограммам и осциллограммам. Световой сигнал от горящей капли воспринимался фотодатчиком и преобразовывался в нем в фототок, передаваемый на усилитель, а затем на шлейфовый осциллограф Я-102. Процесс горения снимали на кинопленку. [c.95] Пропорциональность продолжительности времени интенсивного горения кубу начального диаметра капель означает, что определяющим фактором при горении являются процессы, протекающие внутри капли и приводящие к выбросу пламени. [c.96] Учитывая незначительное содержание Зе и 82 в жидкой сере [60] и что тюложительному значению термохимического теплового эффекта соответствует отрицательное изменение энтальпии, можно говорить о выделении большого количества тепла при разложении полимера. Это ведет к интенсивному парообразованию внутри капли, внешне же проявляется в форме взрывов внутри капли, приводящих к выбросам горящих паров серы — выбросам пламени. Взрывы внутри капли и выбросы пламени происходят в течение всего периода интенсивного горения [61]. [c.96] Изучение осциллограмм показало, что первый период горения составляет примерно 45% от суммарного времени горения капель серы, второй период — 25% и третий — 30%. [c.96] Фотография взрывного горения капли серы. [c.96] Это говорит о том, что процесс горения паров серы в факельном выбросе идет в три раза быстрее, чем с поверхности капли. [c.97] Результаты исследований взрывного горения при повышенных температурах (700—1600°С, диаметр капель в пределах 0,4—2,5 мм) описываются уравнением Аррениуса. Энергия активации для первоначальной температуры окружающей среды 7850 Дж/моль. [c.97] Полученные результаты показывают, что процесс горения капель серы протекает в диффузионной области. Температура окружающей среды незначительно влияет на константу равновесия, так же как и скорость потока воздуха, если она выше 3,5 м/с. При повышении температуры окружающей среды происходит незначительное увеличение скорости горения капель серы за счет диффузионной составляющей горения. На взрывное горение повышение температуры почти не влияет, так как интенсивность взрывного горения капель серы определяется лишь скоростью перегруппировки молекулы жидкой серы, изменить которую можно лишь увеличив или уменьшив температуру на поверхности капли, а она при горении постоянна и равна температуре кипения 444,6 °С. [c.97] Схема горения капель серы (1—П1 — периоды горения). [c.98] При горении капли серы по второй схеме кроме обычного диффузионного горения идет горение факела выброшенных взрывом внутри капли паров серы, протекающее втрое быстрее. В начальном участке факела присутствуют только пары серы, в центральной части — пары серы и продукты горения. По мере удаления от центра капли происходит уменьшение центральной части факела и увеличение наружной его части. В результате интенсивного парообразования внутри капли происходит выброс паров серы. При пересечении поверхности горения пары серы воспламеняются, и продукты сгорания выносятся за пределы ядра факела. Ввиду интенсивного перемешивания паров серы и окислителя, происходящего в результате впрыска паров серы в среду окислителя, время горения выброшенных паров серы, как уже сказано, невелико (0,1—0,2 с). Поскольку длительность периода догорания не зависит от начального диаметра капли, то очевидно выбросы пламени происходят до тех пор, пока масса горящей капли не станет равной некоторой критической, и капля серы спокойно догорает. [c.98] Продолжение цепи обеспечивается также переносом дополнительного количества энергии с поверхности горящей капли полимером 5 8 к невозбужденным молекулам Зз. В результате образуются новые возбужденные молекулы 5 8- Обрыв цепи может осуществляться при столкновении возбужденной молекулы 5 3 с посторонней молекулой М. [c.99] Описанная разветвленная цепная реакция протекает очень интенсивно и ведет к накоплению паров серы и их перегреву выше точки кипения, так как поверхностное натяжение оболочки капли создает внутри нее давление несколько выше атмосферного. Некоторое время сохраняется равновесие, но затем оболочка капли рвется и пары серы выбрасываются наружу. Диффузионный режим горения переходит во взрывной. Таким образом, горение капель серы протекает как в диффузионном, так и в взрывном режиме, причем оба процесса идут одновременно. [c.99] Вернуться к основной статье