Быстрые пламенные реакции

Обычно процесс рассматривается в условиях зажигания горючей смеси при локальном ее разогреве до температуры воспламенения с последующим устойчивым горением с пламенем. Для начала быстрой высокотемпературной реакции возможен другой режим одновременное нагревание до умеренной температуры всего объема горючей смеси (горючий газ и тот или иной окислитель), заключенной внутри некоторого сосуда. По мере повышения температуры смеси в сосуде начинается реакция окисления со сравнительно небольшой скоростью. За счет выделяющегося тепла смесь разогревается, и скорость реакции увеличивается, что в свою очередь приводит к нарастающему разогреву газа. При этом скорость реакции и разогрев увеличиваются очень быстро происходит неограниченное ускорение реакции, именуемое тепловым взрывом или самовоспламенением. [c.125]

Быстрые пламенные реакции [c.557]

Помимо быстрых пламенных реакций, существуют также реакции медленного горения, которые подробно изучаются с начала нынешнего столетия. [c.559]

Область медленного горения, в которой взаимодействие углеводородов с кислородом протекает относительно медленно и не сопровождается быстрыми пламенными реакциями, лежит в интервале - 200—600°С, Продолжительность индукционного периода, а также время реакций в этой области составляют от десятых долей секунды до десятков минут. Таким образом, реакции медленного горения легче поддаются детальному исследованию, чем очень быстрые пламенные реакции, описанные выше. [c.559]

На рис. 14.3 приведено сильно упрощенное изображение так называемой кривой Т — Р (температура — давление), которая разделяет область реакций медленного горения углеводорода в кислороде и область взрывообразных быстрых пламенных реакций (называемых иногда реакциями истинного горения). Можно видеть, что по мере повышения температуры смеси давление, необходимое для инициирования быстрых реакций, проходит через минимум и максимум, обусловленные сложной зависимостью скоростей этих реакций от температуры. Область вблизи минимума носит название полуостров . Кривые Т—Р почти всех углеводородных топлив удивительно похожи друг на друга по форме и положению относительно шкалы температур. Однако их положение относительно шкалы давлений сильно различается. Например, в случае стехиометрических смесей нормальных парафинов с кислородом кривая Т—Р сдвигается с увеличением длины цепи молекулы топлива в сторону более низких давлений. [c.559]

Хотя процессы медленного горения исследованы еще недостаточно, принято считать, что двухстадийное воспламенение возникает в результате химического и термического превращения горючей смеси под действием холодного пламени, которое переводит систему из режима медленного горения в режим быстрых пламенных реакций (истинного горения). [c.565]

Тенфорд и Пиз [60] разработали модель, согласно которой распространение пламени осуществляется путем диффузии радикалов. Так как инициирование цепей на стенках невозможно для большинства пламен, можно ожидать, что диффузия радикалов, ведущих цепь, может быть необходимым условием распространения пламени. Однако это трудно рассматривать как лимитирующее условие даже в быстрых пламенах, особенно для разветвленных цепных реакций. [c.404]

Горение газовой смеси можно изобразить графически (рис. 6-1). По оси абсцисс отложим длину трубки, по оси ординат — температуру. Сечение трубки Р примем равным единице. Воспламенение газа начинается в точке Т . До температуры идет медленная химическая реакция, по смыслу сходная с реакцией в период индукции. Быстрая химическая реакция протекает и заканчивается в зоне реакции между и Гд. Эту зону можно назвать химической толщиной фронта пламени бр. Между температурами То и находится зона тепловой подготовки [c.123]

Время самовоспламенения одиночной капли горючего материала включает в себя время, в течение которого происходит нагрев капли, испарение горючего, образование горючей смеси в результате диффузии и смешения паров горючего с окружаюш,ей средой, нагрев горючей смеси до достаточно высокой температуры, при которой начинается быстрая химическая реакция, и время, в течение которого происходит развитие химической реакции и ее ускорение, приводящее к образованию пламени. [c.31]

Другим примером, когда разница между гомогенными и гетерогенными системами не очень четкая, являются быстрые химические реакции, такие как горение газов в пламени. В этом случае могут наблюдаться большая неоднородность состава и значительные изменения температуры. Строго говоря, мы не имеем одну фазу, поскольку понятие фазы подразумевает однородность состава и стабильность давления. Отсюда видно, что решать, как правильнее всего классифицировать реакцию, необходимо с учетом конкретных особенностей системы. [c.22]

Адиабатическое сгорание и температура горения. Поскольку быстрое ускорение реакции при повышении температуры и процесс теплопередачи создают саму возможность распространения пламени, тепловой режим горения определяют все основные закономерности последнего. [c.14]

Само существование определенных температур воспламенения тесно связано с энергиями активации соответствующих реакций (IV 2 доп. 10). Вообще говоря, способные к химическому взаимодействию составные части газовой смеси реагируют друг с другом и при более низких температурах, чем то отвечает появлению пламени, т. е. быстро протекающей реакции, сопровождающейся выделением тепла и света. Однако взаимодействие при подобных условиях происходит только между отдельными [c.532]

Хорошо известно, что окисление водорода кислородом сопровождается очень большим экзо-энергетическим эффектом, сопровождаемым взрывом и пламенем при быстром течении реакции в газовой среде. При протекании реакции в водном растворе электрохимической ячейки свободная энергия процесса отвечает окислительно-восстановительному потенциалу, определяемому с помощью общеизвестных табличных величин, измеренных на опыте. Если та же энергия образования будет выделена в виде света, наблюдается яркое свечение живых существ — светляков. [c.335]

Само существование определенных температур воспламенения тесно связано с энергиями активации соответствующих реакций (IV 2 дои. 6). Вообще говоря, способные к химическому взаимодействию составные части газовой смеси реагируют друг с другом н при более низких температурах, чем то отвечает появлению пламени, т. е. быстро протекающей реакции, сопровождающейся выделением теила и света. Однако взаимодействие ири подобных условиях происходит только между отдельными достаточно активными молекулами и дает поэтому лишь сравнительно небольшое количество тепла, которое быстро рассеивается вследствие теплопроводности, лучеиспускания и т. д. [c.305]

Благодаря быстрому протеканию реакций горения в гомогенной смеси фронт пламени имеет малую толщину в направлении его распространения и является границей между исходной смесью и продуктами горения. Так как в этом случае реакция горения в разных элементах объема смеси протекает неодновременно, то приведенное выше определение скорости гомогенной реакции здесь непригодно. Вместо этого в качестве характеристики скорости процесса вводится понятие нормальной (иначе, фундаментальной) скорости распространения пламени. Она представляет собой линейную скорость перемещения фронта пламени Ун, м/с, относительно исходной горючей смеси в направлении нормали к поверхности фронта. Эта скорость может быть выражена также количеством исходной горючей смеси, реагирующей в единицу времени на единице поверхности фронта пламени [c.20]

Детонация — это мгновенный взрыв вещества, вызванный взрывом другого вещества или сотрясением, ударом. В результате детонации происходит распространение взрыва по взрывчатому веществу, обусловленное прохождением ударной волны с постоянной сверхзвуковой скоростью, обеспечивающей быструю химическую реакцию. Детонационный взрыв — взрыв, при котором воспламенение последующих слоев взрывчатого вещества происходит в результате того, что ударная волна и зона химической реакции следуют неразрывно друг за другом с постоянной сверхзвуковой скоростью. Фронт пламени — это зона, в которой происходит интенсивный подогрев горючей смеси, диффузия активных центров и химическая реакция. [c.209]

По оси абсцисс отложены расстояния в направлении распространения пламени, а по оси ординат температура. Температура исходной газовой смеси равна Гц. Воспламенение газа происходит при температуре Гв, но до температуры Гп идет медленная химическая реакция, свойственная индукционному периоду. Быстрая химическая реакция протекает и заканчивается в короткой зоне реакции (химическая толщина фронта пламени op). Тепловая толщина фронта пламени Ot значительно больше она заключена в пределах температур [c.93]

В монографии Льюиса и Эльбе упоминается о неопубликованных шли-рен-фоторегистрациях детонационной волны в смесях воздуха с кислородом ири отсутствии спина, в которой фронт ударной волны отделен от другой зоны с градиентами оптической плотности, относящейся, несомненно, к зоне быстрой химической реакции, интервалом порядка 1 см, что соответствует задержке воспламенения порядка 10 — 10 сек. [107, стр. 624]. Можно предполагать, что и эти наблюдения относятся не к стационарной детонации, а так же, как в описанных наших опытах, к распавшейся детонационной волне, с пламенем, следующим за фронтом ударной волны с переменной скоростью, т. е. к принципиально нестационарному процессу. [c.347]

Вопрос об энергетических цепях недавно был поднят Шулером [1136] в связи с быстрыми химическими реакциями, протекающими в высокотемпературных пламенах. Однако, по-видимому, и здесь нужно говорить также о смешанных радикально-энергетических цепях, поскольку едва. ли можно допустить, что свободные атомы и радикалы в условиях высокой температуры утрачивают их роль активных центров цепной реакции, [c.477]

Горение предварительно перемешанных смесей газов в пламенах является еще одним очень удобным и распространенным. способом изучения быстрых цепных реакций при высоких температурах. Так же как и в ударной трубе, параметры в зоне реакции пламени сильно зависят от химических процессов, опреде ляющих скорость выделения энергии. Ниже будет показано, что при детальном изучении структуры пламени можно получить много ценной кинетической информации. [c.126]

Уравнение Семенова широко используется при интерпретации экспериментальных данных по скоростям распространения медленных пламен [9, 10], однако оно неудовлетворительно предсказывает наблюдаемую зависимость скорости пламени от давления. Это уравнение также неприменимо для быстрых пламен, где определяющую роль играют цепные разветвленные реакции с участием атомов водорода. Такие пламена имеют малую энергию активации и распространяются намного быстрее, чем углеводородные, для которых первоначально и применялось уравнение (3.3). Высокая скорость таких пламен определяется не температурой горения или потоком тепла в исходную смесь газов, как в тепловой теории, и не скоростью диффузии исходных компонентов в зону реакции, как в диффузионной теории, а, скорее, скоростью, с которой активные центры — радикалы и ато-мЫ — диффундируют в горючую смесь и инициируют реакцию. [c.208]

Полезно уточнить представленную ранее схему пламени и более детально рассмотреть различные зоны (рис. 3.9). Исходная смесь, нагретая вследствие теплопроводности и диффузии атомов водорода, поступает в зону реакции при температуре около 700 К, причем в результате диффузии из зоны реакции концентрация радикалов превышает равновесную. Быстрая химическая реакция, происходящая благодаря высокой концентрации радикалов, подобна реакции окисления исходной горючей смеси. Часто эти радикалы возбуждены сверхравновесно. Поскольку энергия в этой зоне не успевает распределиться равномерно, не существует и определенной температуры. Физическое равновесие в газе устанавливается достаточно быстро, и продукты горения покидают зону реакции при температуре около 1500 К, однако и концентрация и распределение радикалов еще превышают равновесные значения. В следующей стадии в результате быстрых равновесных реакций достигается парциальное химическое равновесие, хотя общая концентрация радикалов остается сверхравновесной температура при этом слегка увеличивается. Последующая область характеризуется уменьшением концентрации радикалов и как следствие этого выделением тепла температура увеличивается на величину порядка 500 К и приближается к своему конечному значению. Затем следует область расширения, где концентрация радикалов уменьшается [c.222]

Согласно приближенной теории нормального распространения пламени принимается, что быстрая химическая реакция горения в основном идет при температурах, весьма близких к максимальной температуре горения. Сущность этой теории заключается в следующем. [c.153]

Отсутствие теоретических знаний о процессах, происходящих в применяемых и вновь разрабатываемых пламенных системах, не помешало развитию технологии сжигания топлив. Для химика в прошлом одним из камней преткновения при исследовании горения была сложность выполнения необходимых математических расчетов. Однако теперь, когда разработаны методы решения систем нелинейных дифференциальных уравнений любой степени сложности, можно с уверенностью предсказать быстрый прогресс в наших знаниях о кинетике пламенных реакций. В качестве примера можно указать на расчетную модель выделения окиси азота в двигателе с искровым зажиганием, созданную на основе известных кинетических, термодинамических и физических данных. Эта модель может быть также использована для предсказания влияния рабочих параметров двигателя и рециркуляции выхлопных газов на количество образующихся окислов азота. Аналогичная работа проводится в настоящее время по изучению промышленных диффузионных пламен с целью нахождения методов предсказания концентрации окислов азота в продуктах -горения и путей ее уменьшения. Важность таких исследований для целей прогнозирования и для борьбы с загрязнением окружающей среды очевидна. [c.567]

В рассматриваемом случае быстрой, протекающей в пламени реакции нельзя считать постоянными, как делалось раньше, концентрации исходных веществ. Выгорание смеси, как мы увидим ниже, сильно влияет на концентрацию атомов и на скорость процесса. Поэтому мы должны решать уравнение (14—1) совместно с уравнением, описывающим изменение концентрации исходных веществ во времени. Наиболее удобно в качестве такого выражения выбрать [c.95]

Мы остановились здесь только на люминесценции пламен, т. е. быстрых химических реакциях, как на наиболее изученных и наиболее интересующих нас. Вместе с тем нередко люминесценция наблюдается и в случае так называемых медленных реакций. Например, общеизвестно слабое свечение, наблюдающееся при окислении углерода вне области горения [98]. Слабым свечением сопровождается медленная реакция окисления моноокиси серы [104]. Известно немало случаев хемилюминесценции при медленных реакциях в растворах и на поверхности твердых тел, причем конкретный механизм этого явления далеко не всегда ясен. [c.66]

Обычно процесс горения рассматривается в условиях поджигания горючей смеси путем ее локального разогрева до очень высокой температуры и заведомого создания очага пламени. Для начала быстрой высокотемпературной реакции возможен другой режим одновременное нагревание до умеренной темпе- [c.130]

В случае бесконечно быстрых (а на практике очень быстрых) химических реакций химические превращения в пламени можно аппроксимировать быстрой одностадийной реакцией горючего и окислителя с образованием продуктов реакции [c.159]

Модель можно в значительной степени упростить, если принять сферическую симметрию капель, поскольку после этого математическая модель становится одномерной. Первым шагом на пути построения модели горения капли является моделирование ее испарения. Аналитическая модель испарения капли была сформулирована в задачах 5.2 и 5.3. Такие модели легко обобщаются на случай горения капель путем введения дополнительного условия о возникновении сферического пламени предварительно не перемешанной смеси, окружающего каплю. Эти прозрачные аналитические модели удается построить ценой следующих вынужденных предположений квазистационарность (т.е. процессами начального прогрева и перехода к воспламенению пренебрегается) быстрые химические реакции идентичность процессов переноса тепла и массы (число Льюиса равно единице) постоянство таких параметров, как коэффициент теплопроводности Л, удельная теплоемкость Ср и произведение pD, и их независимость от температуры Т. Анализ дает для массы т/, испаряющейся в единицу времени [c.253]

В 1918 г. Нернстом [4] было высказано предположение, что свободные радикалы играют существенную роль не только в жидкофазных превращениях, но и в быстрых газовых реакциях. Было получено много косвенных доказательств этого предположения, но только в начале 30-х годов были разработаны первые прямые — спектроскопические — методы обнаружения радикалов в ходе химических реакций — свободного гидроксила в зоне разреженных пламен водорода и окиси углерода [5]. [c.138]

Низшим пределом воспламенения назьшается такая концентрация паров горючего в смеси, при уменьшении которой воспламенения не происходит. С сильно разбавленной или богатой смеси горючим при очень малой скорости распространения пламя затухает. Прекращение процесса горения вне пределов распространения пламени объясняется охлаждением зоны горения вследствие энергетического обмена с окружающей средой. В очень богатых и очень бедных горючих смесях химическая реакция взаимодействия горючего и окислителя развивается медленно, активных промежуточных продуктов образуется недостаточно для быстрого развития реакции, а отвод тепла при энергетическом обмене с высшей средой превышает тепловыделение в ходе реакции. Поэтому такие смеси не воспламеняются. [c.48]

Тепловое самовоспламенение. До сих пор мы рассматривали процесс горения в условиях поджигания холодной горючей среды путем ее локального разогрева до очень высокой температуры (большей Ть), заведомо создающего очаг пламени. Возможен, однако, и другой режим возникновения быстрой высокотемпературной реакции при одновременном нагревании до умеренной температуры всего объема горючей среды, заключенной внутри некоторого реактора. Происходящие при этом процессы посят совсем иной характер. [c.22]

При распространении пламени реакция также, как правило, протекает по цепному механизму. Рассматривая оановные закономерности этого процесса, можно не учитывать цепного характера реакции, тепловые факторы при горении являются определяющими. Сама цепная реакция не может протекать без соответствующего разогрева при низких температурах развитие цепи реакций прекращается и активные центры быстро превращаются в устойчивые конечные продукты. [c.27]

Установка с высокотемпературным нагревом реагентов (до бОО С) с беспламенным окислением метана без образования сажи была пущена фирмой БАСФ (ФРГ) в 1954 г. Реактор шахтного типа загружался (по ходу газа) слоем инертного огнеупорного материала, затем слоями платинового и никелевого катализаторов. Платиновый катализатор служил форконтактом для быстрого развития реакций при большой объемной скорости. Температурный шксимум приходится на первые сантиметры этого катализатора, а никелевый служит в основном для эндотермических реакций. Слой инертного материала предотвращает проскок пламени в объем над катализатором. Давление в реаюторе близко а к атмосферному. Несмотря на высокотемпературный нагрев (600°С) реагентов (метана, пара и кислорода), горения в свободном объеме и образование сажи не наблюдалось. Впоследствии аналогичный метод ирма 6АСФ применила для конверсии бензинов при атмосферном давлении. [c.102]

Содержание антидетонационных добавок (тетраэтилсвинец, анилин и т. д.) и добавок, способствующих детонации (метилнитрат и т.д.), было достаточным, чтобы вызвать заметное изменение самовоспламеняе-мости горючих смесей. Исследование механизма явления стука , наблюдаемого в двигателях с искровым зажиганием, показало, что оно контролируется скоростью предпламенных цепных реакций, которые предшествуют самовоспламенению. Однако, так как пред-пламенные реакции не изменяют скорость горения, можно заключить, что скорость горения лимитируется не цепной реакцией, а, как ул<е упоминалось ранее, быстрой тепловой реакцией, которая инициируется передачей тепла от сгоревшего газа и диффузией актив- [c.145]

Реакция с горячим пламенем. Этот третий вид реакции нитрования (см. рис. 2, е) осуществляется в обогащенных МОд смесях и при еще больших начальных температурах и давлениях, чем холоднопламенная реакция. После быстрой саморазгоняющейся реакции давление резко повышается, что сопровождается пламенем, хорошо видным в освещенном помещении. С повышением начального давления цвет пламени меняется от розовато-красного до бело-голубого и затем до ослепительно белого. Реакция полностью заканчивается в пламени. [c.291]

По оси абсцисс откладываем длину трубки в метрах, по оси ординат температуры в абсолютных градусах. Сечение трубки р возьмем равным единице. Температура исходной газовой смеси равна Тд. Воспламенение газа происходит в точке но до точки Т вИдет медленная химическая реакция, свойственная индукционному периоду. Быстрая химическая реакция протекает и заканчивается в короткой зоне реакции между температурами и Т (химическая толщина фронта пламени — 8р). Тепловая толщина фронта пламени значительно больше она заканчивается в пределах температур Тв и Тг. Зона тепловой подготовки — 8п ограничивается температурами Тд и Т. Как показали экспериментальные исследования, горение газов происходит не при температуре Т . (см. рис. УП1-2), как это следовало из тепловой теории распространения пламени, а при температуре, близкой к значению Т . [c.87]

Для проверки предложенной теории рассчитывалось турбулентное течение Куэтта в канале при отсутствии химических реакций [53, 57]. Необходимые для расчетов данные по скорости диссипации турбулентной энергии заимствовались из эксперимента. Полученные результаты удовлетворительно согласуются с результатами соответствующ,их экспериментов. Весьма интересные результаты были получены при анализе горения заранее непере-мешанных горючего и окислителя в турбулентном потоке со сдвигом и постоянным градиентом осредненной скорости (гомологичный поток) [56]. Прежде всего следует отметить очень хорошее качественное согласие с результатами эксперимента. Далее, в отличие от выводов феноменологических теорий горения, из результатов, полученных Чангом, следует, что ширина зоны пламени в пределе высоких значений числа Дамкелера (т. е. в пределе очень быстрых химических реакций) равна по порядку величины локальному интегральному масштабу турбулентности. Несколько неожиданным результатом является вывод, что перенос тепла в некоторых областях пламени может иметь место в направлении, противоположном направлению местного градиента средней температуры. [c.205]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология