Два типа плазмохимических реакций

При обсуждении вопроса о режиме закалки можно различать два случая, связанных с двумя типами плазмохимических реакций. В первом случае равновесная концентрация целевого продукта в плазменной струе при высокой температуре достаточно велика и задача состоит в том, чтобы при быстром охлаждении плазменной [c.180]

Типы плазмохимических реакций [c.241]

Плазмохимические реакции могут быть неравновесными и (квази)-равновесными. В табл. 1 показаны типы плазмохимических реакций. [c.303]

Таблица 2.2 Типы плазмохимических реакций

Плазма с температурой 10 —2-10 К и при давлении 10- - 10 Па получается в установках, называемых плазмотронами. Взаимодействие между реагентами в плазме приводит к получению нужных продуктов, которые выводятся из состояния плазмы быстрым охлаждением. Для плазмохимических процессов характерны новые типы химических реакций, что связано с высокой концентрацией в ней различных активных частиц. [c.199]

Хотелось бы обратить внимание еще на один возможный подход к описанию плазмохимических реакций, обладающих относительно небольшим суммарным тепловым эффектом. Выше был получен закон изменения температуры в реакторе на основе общего энергетического баланса процессов, связанных с испарением жидкости и нагреванием ее пара. Предложенный выше механизм закалки приводит к достаточно большой скорости охлаждения плазменной струи, находящейся в согласии с экспериментальными данными. При этом энергетический вклад химических реакций в процесс охлаждения плазменной струи не учитывался, так как он относительно мал. Последнее позволяет сделать следующий шаг в изучении плазмохимических реакций рассматриваемого типа. Полученный выше закон изменения температуры в реакторе можно использовать для рассмотрения кинетики неизотермических реакций в плазменной струе. [c.194]

На наш взгляд, хотя пока еще трудно произвести классификацию плазмохимических реакций, все же можно выделить несколько типов реакций. [c.241]

В настоящем параграфе рассматривается кинетика максвеллизации в системе незаряженных частиц, принадлежащих двум встречным потокам. Иначе говоря, начальное состояние системы задается двумя 6-образными функциями распределения. Расчет максвеллизации в системе с указанным типом неравновесности представляет самостоятельный интерес. Физическим примером такого рода задач может служить процесс установления равновесия по поступательным степеням свободы молекул, протекающий за фронтом ударной волны. Кроме того, максвеллизация может влиять на характер химических реакций в низкотемпературной плазме. При температурах порядка 10 ° К скорость некоторых химических реакций может полностью определяться скоростью появления молекул с энергией, превышающей некоторое пороговое значение. Существенным является также то обстоятельство, что в плазмохимических реакциях реагенты приводятся в контакт при смешении потоков. К сожалению, пространственное рассмотрение максвеллизации в газовых системах в настоящее время провести не удается. Это, естественно, ограничивает область применимости результатов расчет ов. Однако можно проследить основные кинетические закономерности релаксационного процесса, а в некоторых случаях получить практические рекомендации. [c.200]

Отличительной особенностью твердофазных процессов, протекающих в потоке плазмы, является высокая температура (2200— 3000 К) и воздействие на твердое тело активных частиц — атомов, ионов, возбужденных атомов, молекул и ионов. Поэтому высокотемпературные плазмохимические реакции могут протекать по иным механизмам, чем традиционные процессы. Влияет данное обстоятельство и на константу скорости твердофазных реакций. Результаты многочисленных экспериментальных исследований показывают, что зависимость ее от температуры выражается уравнением Аррениуса, в котором численные значения Е ж ко характеризуют степень затрудненности элементарных актов и всего процесса, являющиеся суммой этих актов. Для реакций типа газ — твердое тело Е зависит от химической активности обоих партнеров, участвующих во взаимодействии, поэтому высокореакционноспособные частицы — атомы и радикалы — способствуют снижению величины энергии активации. [c.70]

Математическая модель неравновесных плазмохимических реакций в одном из важных типов разрядов — СВЧ-разряде, рассмотренная нами в [21], состоит из двух частей [c.229]

Для сохранения целевых продуктов необходимо так организовать плазмохимический процесс, чтобы в определенных пространственно-временных интервалах температура плазменной струи достаточно быстро упала от значения Та, при котором проходила реакция, до величины Tf, ниже которой целевые продукты реакции могут сохраняться достаточно долго. Скорость ( ТМ необходимого понижения температуры зависит от типа вещества, вида реакции и т. д. Ее можно оценить следующим образом. Время релаксации г(Т) по отношению к разложению целевого продукта определяется следующим соотношением [11] [c.181]

В описанных реакциях этого типа, у которых Ед,кт кТ, химическая реакция, являющаяся сама неравновесным процессом, не вносит существенных изменений в равновесное распределение частиц по энергиям. Поэтому при описании квазиравновесных плазмохимических процессов можно пользоваться основными положениями химической кинетики. Для проведения таких процессов в оптимальных условиях необходимо знать их термодинамические и кинетические особенности и правильно решить вопрос закалки продуктов реакции. [c.362]

Каждая из этих реакций является эндотермической, и термодинамические факторы (высокие температуры) способствуют их протеканию. Более подробное рассмотрение термодинамических аспектов, подтверждающих это положение, будет дано ниже. Далее, желательные продукты этих реакций — довольно простые небольшие молекулы типа тех, которые образуются при высокотемпературных процессах. Последний довод в пользу изучения плазмохимических процессов фиксации азота состоит в том, что известно относительно большое количество данных о поведении азотсодержащих химических систем при высоких температурах. Наряду с промышленными интересами детальное исследование кинетических и термодинамических закономерностей высокотемпературных систем азота в значительной мере стимулируется требованиями программы по изучению космоса, в частности в связи со сверхзвуковыми полетами и движением ракет. Значительное количество соответствующей информации позволяет в деталях познать плазмохимический процесс фиксации азота, а это, очевидно, приведет к лучшему пониманию общих основ плазмохимических процессов. [c.116]

Таким образом, в условиях высоких температур, типичных для плазмохимических процессов, становится принципиально возможным осуществление гетерофазных процессов в высокопроизводительных реакторах проточного типа. В тех случаях, когда повышением температуры и измельчением сырья в разумных пределах не удается достичь высокой скорости химических реакций, процесс проводят в реакторах со взвешенным (кипящим) слоем либо в реакторах шахтного типа. [c.121]

Из кинетических расчетов многих плазмохимических процессов следует, что реакции в. газовой фазе протекают за времена 10-4—с, тогда как время гетерогенных процессов на много порядков больше, что согласуется с экспериментальными данными. Таким образом, параметры реакторов для проведения гетерогенных плазмохимических процессов второго и третьего типов лимитируются скоростью перехода компонентов в газовую фазу. [c.305]

Таким образом, и статистическая теория, и теория энергетического катализа не обоснованы с теоретической точки зрения и не дают адекватного описания химических реакций в электрических разрядах. Единственной альтернативой является использование неравновесной физико-химической кинетики. Несмотря на существенные трудности, возникающие при практической реализации описания химических реакций с помощью неравновесной кинетики, оно является единственным, имеющим эвристическую силу для предсказания механизмов и скоростей химических реакций в неравновесной плазме, в частности в неравновесных плазмохимических системах, в том числе и в электрических газовых разрядах различного типа. [c.284]

На рис. 2.16 приведена взятая из работы [185] зависимость коэффициента скорости химической реакции от колебательной температуры (при замороженной поступательной температуре) для реакции 0+ + N2->N0+ 4 N. Отметим, что при изменении Гкол с 10 до 6-10 К коэффициент скорости реакции возрастает примерно в 40 раз, а такое же изменение Гдост привело бы, согласно аррениусовой кинетике, к изменению в 60 раз. Эффекты вполне сравнимые. Плазмохимические реакции могут быть неравновесными и (ква-зи)равновесными. В табл. 2.2 показаны типы плазмохимических реакций. [c.97]

Закалка продуктов плазмохимических процессов. Специальное теорети ческое и экспериментальное исследование проблемы закалки является одним из основных вопросов плазмохимической технологии. Существуют два типа плазмохимических реакций, при которых состав продуктов зависит от режима закалки. В случае, когда необходимо зафиксировать промежуточные продукты химических превращений (например, ацетилен при пиролизе углеводородов), существенны скорость закалки и момент начала ее. Опоздание с началом закалки приблизительно на 2 10 сек в плазмохимическом пиролизе метана приводит к падению концентрации СзН с 15,5 до 10об.% [11J Во втором случае, когда получаемое вещество — конечный продукт реакции, протекающей при высокой температуре,— достаточно устойчиво при комнатной температуре, необходимо охладить продукты так, чтобы они не успели разлоя иться в промежуточном интервале температур. К этому типу реакций относится, например, термическое образование окиси азота в воздухе. Здесь вая но обеспечить необходимый режим закалки (dTldt) (Т) и не начать ее слишком рано, когда равновесие еще не установилось. Естественно, что рея им закалки определяется кинетикой процесса. [c.226]

Одной из специфических проблем кинетики плазмохимических реакций является создание условий, обеспечивающих быстрое охлаждение плазменной струи во время протекания реакции в определенных пространственно-временных интервалах. Если скорость охлаждения будет недостаточно велика, то целевые продукты реакции успеют разложиться и эффективность процесса окажется малой. Следует рассмотреть два типа закалки принудительную закалку и автозакалку. [c.167]

Важное значение для большинства квазиравновесвых плазмохимических процессов имеют процессы закалки продуктов реакции. Существуют два типа реакций в плазменной струе, при которых состав продуктов зависит от режима закалки. К первому типу относятся реакции, при которых образуется ряд последовательных промежуточных продуктов (из них отдельные фиксируются), Для этих реакций существенны не только скорость закалки, но и момент начала снижения температуры. Ко второму типу относятся реакции, при которых целевой продукт образуется только в случае высокой температуры и устойчив при комнатной. Задача закалки в этом случае сводится к тому, чтобы охладить продукт реакции настолько быстро, чтобы он не успел разложиться в промежуточном диапазоне температур. При этом необходимо обеспечить должную скорость закалки и не начинать ее пока не установилось равновесие, [c.4]

Наряду с проведенным кратким сравнительным анализом различных разрядных схем следует заметить, что пока еще нельзя выделить конкретный тип разряда, в котором оптимальные условия протекания плазмохимических реакций реализуются наиболее просто. Тот факт, что наилучшие показатели по энергетической эффективности достигнуты в СВЧ-разрядах умеренного давления, еще не доказывает их исключительность, в особенности если речь идет о мощностях, превышающих 100 кВт. Возможно даже, что для каждого конкретного плазмохимического процесса придется создавать индивидуальные газоразрядные системы с оптимальными именно для этого процесса характеристиками. Тем не менее уже сейчас можно предположить, что организация в неравновесной плазме химических процессов, стимулируемых колебательным возбуждением реагентов электронами плазмы, позволяет при энергетической эффективности до 80% достигать производительности до 10 м /ч газа-продукта с 1 см активного объема плазмы. Такие характеристики эндоэргических процессов (в первую очередь получения водорода и окиси углерода), особенно по удельной производительности, намного превышают показатели альтернативных методов и позволяют решать с помощью нёравновес-ной плазмохимии ряд важных задач атомно-водородной энергетики и металлургии. [c.84]

Колонные Р.х. могут быть пустотелыми либо заполненными катализатором или насадкой (см. Иасадочные аппараты). Для улучшения межфазного массообмена применяют диспергирование с помощью разбрызгивателей (см. Распыливание), барботеров, мех. воздействия (вибрация тарельчатой насадки, пульсация потоков фаз) или насадки, обеспечивающей высокоскоростное пленочное движение фаз. Р.х. данного типа используют в осн. для проведения непрерывных процессов в двух- или трехфазных системах. Трубчатые Р.х. применяют часто для каталитич. р-ций с теплообменом в реакц. зоне через стенки трубок и для осуществления высокотемпературных процессов газификации. При одновременном скоростном движении неск. фаз в таких реакторах достигается наиб, интенсивный межфазный массообмен. Специфич. особенностями отличаются Р. х. для электрохим (см. Электролиз), плазмохим. (см. Плазмохимическая технология) и радиационно-хим. (см. Радиационно-химическая технология) процессов. [c.205]

Лишь сравнительно недавно многочисленные лаборатории начали проводить широкие исследования проблем генерации плазмы и преимуществ плазмохимических процессов, хотя плазма и ранее находила ограниченное применение для проведения в ней химических реакций, таких, как фиксация азота и синтез ацетилена. На рис. HI.1 представлена диаграмма состояний веществ при высоких температурах, на основании которой можно сформулировать несколько важных для высокотемпературной химии положений. При температурах выше 5000 °К (при , атм) нет веществ в жидком и твердом состояниях, а выше 10 ООО °К нет. молекул и могут существовать атомы только некоторых элементов, так как атомы и молекулы большинства веществ при этих температурах ионизированы. Таким образом, термин плазмохимия неудачен, поскольку при плазменных температурах нет молекул веществ. Но мы будем употреблять термин плазмохимия , понимая под ним химию, использующую высокие температуры и высокие энергии плазмы для реакций, проводимых при пониженных по сравнению с плазменными температурах, а также в тех случаях, когда большие скорости теплопередачи, достижимые в плазме, обычно вызывают изменение физических и химических свойств веществ. Графики температурной зависимости энтальпий некоторых одно- и двухатомных газов (для равновесных условий при 1 атм) приведены на рис. П1.2. Для диссоциации двухатомных молекул, происходящей в интервале температур от 4000 до 10 ООО °К, требуется от 90 до 200 ккал моль, в то время как для ионизации, протекающей между 10 000 и 30 000°К, необходимо от 340 до 600 ккал/моль. Максимальные температуры пламен достигают значений -3000 °К, при которых начинается процесс диссоциации молекул в то же время минимальные температуры плазмы < - 10 000°К, так как только при таких температурах достигается степень ионизации, достаточная для протекания тока, необходимого для поддержания плазмы. (Наше обсуждение ограничивается главным образом плазмой при давлениях атмосферном и более высоких, термической плазмой, т. е. плазмой, находящейся в состоянии тер-людинамического равновесия. В плазме другого типа, холодной плазме, происходит значительный нагрев электронов без какого- [c.38]

Для получения тугоплавких соединений карботермическим методом создана технологическая установка (рис. 4.46). Установка включает баллоны для сжатого плазмообразующего газа i, системы вентилей и редукторов для подачи газа 2, щита управления 3, на котором расположены вентили ре11улировки подачей газа и воды 7, ротаметры для измерения их количества 5, S, манометры 6 и 9. Процессы осуществляются в плазменном реакторе 11 с непрерывной подачей сырья. Это вертикальный аппарат шахтного типа, в нижней части которого установлены три электродуговых плазмотрона 10. К реактору присоединены устройства для охлаждения продукта 12 и его перемещения 13, а также накопитель продукта 14. Контейнеры из тугоплавкого материала 15 предназначены для транспортировки сырья и продукта через реактор. Детали реактора, подверженные действию высоких температур, охлаждаются водой, вода после охлаждения сливается в воронку 16. Конструкция плазмотрона обеспечивает длительную круглосуточную работу установки. Созданы реакторы номинальной мощностью 60 и 300 кВт. Температура в зоне реакции регулируется путем изменения мощности, подведенной к плазмотронам, время пребывания сырья в зоне высоких температур — скоростью перемещения контейнеров. Гибкое управление этими параметрами позволяет получать порошки с заранее заданными свойствами. Выпуск больших опытных партий продукта осуществлен на установке мощностью 300 кВт [125]. Свойства порошков, полученных различными плазмохимическими методами, приведены в табл. 4.24. [c.279]