Диффузия в процессе горения частицы

Хитрин[59], анализируя влияние вторичных реакций на процесс горения сферической частицы углерода в неподвижной среде, нашел, что процесс горения частицы описывается следующим дифференциальным уравнением диффузии для кислорода [c.247]

Скорость химических реакций горения зависит от природы топлива и физических условий концентрации реагирующего газа на поверхности, температуры и давления. Температурная зависимость скорости химической реакции является наиболее сильной. В области низких температур скорость химической реакции мала и по потреблению кислорода во много раз меньше скорости, с которой кислород может быть доставлен диффузией. Процесс горения ограничивается скоростью самой химической реакции и не зависит от условий подвода кислорода, т. е. скорости воздушного потока, размера частиц и т. д. Поэтому эта область протекания гетерогенного горения называется кинетической. [c.330]

Процесс реагирования твердого топлива с газообразным окислителем интенсифицируется, например, при увеличении реакционной поверхности последнего. Это может быть достигнуто предварительным измельчением сжигаемого топлива или, как было показано ранее [1,2], применением направленного дутья в слоевом процессе, при котором лучше используются внутренние поры топлива. Авторы сделали попытку проверить возможность интенсификации внутреннего реагирования изменением давления в газе, содержащем частицы твердого топлива. С нарастанием давления происходит вынужденная диффузия газа к центру частицы, при снижении давления создаются условия для отвода продуктов реакции в окружающую среду. Очевидно, ожидаемый эффект будет зависеть от размера и газопроницаемости частиц топлива, частоты и амплитуды изменения давления. В настоящее время твердое топливо при переменном давлении сжигают только в виде пылеугольной аэровзвеси в камерах пульсирующего горения, где достигается весьма высокая степень интенсификации топочных процессов [3]. Однако пока еще нет исчерпывающих данных о механизме интенсификации процесса горения пылевидного твердого топлива в пульсирующих камерах, и поэтому трудно судить, какие основные факторы вызывают повышение интенсивности процесса пульсирующего горения. [c.20]

В опытах по низкотемпературному коксованию угля в слоях, псевдоожиженных воздухом при 430 °С, измеряли расход кислорода. Дэвидсон 1 интерпретировал результаты исходя из скорости переноса кислорода от пузыря к непрерывной фазе и предполагая, что константа скорости реакции практически бесконечна, а пузырь не содержит твердых частиц. При горении в псевдоожиженном слое частицы угля могут быть распределены среди частиц зоны и не все они будут участвовать в реакции. В этом случае кажущаяся константа скорости получается значительно ниже и диффузия с поверхности частицы в этих условиях может оказаться лимитирующей стадией процесса. [c.312]

Наиболее мощным фактором для уменьшения длины зоны реакции и одновременно ддя сокращения размеров поперечного сечения топки или газогенератора является применение высоких концентраций реагирующего газа — = ср [г- Это может быть достигнуто двумя путями увеличением относительной весовой концентрации срд и повышением общего давления газовой смеси, пропорционального -[р. В формулу (1. 14) величина Сд входит в знаменатель, поэтому длина зоны сокращается обратно пропорционально концентрации и давлению газа. Однако в процессе горения, по крайней море, в его начальной стадии, суммарная константа скорости реакции может определяться диффузионным режимом. Так как коэффициент диффузии В изменяется обратно пропорционально давлению газа, а величина к, находящаяся в знаменателе формулы (1. 14), в этом случае пропорциональна или почти пропорциональна В, то и сокращение длины зоны горения не будет пропорциональным давлению газа (это зависит от размера частицы и температуры в процессе ее горения). [c.478]

В исследованных вариантах вследствие интенсивной диффузии процесс горения мелкой пыли протекает в кинетической или промежуточной области при повышенной величине концентрации кислорода у поверхности частицы, мало отличающейся от концентрации в объеме газовой среды. [c.357]

Модель частицы с невзаимодействующим ядром. Рассмотрим в качестве примера процесс горения частицы угля он складывается из пяти отдельных стадий (стр. 69). В реальных условиях некоторые из перечисленных стадий могут отсутствовать. Если, например, в результате реакции газообразные продукты не образуются, будут отсутствовать внутренняя и внешняя диффузии продуктов реакции (стадии 4 и 5). Однако в любом случае весь процесс представляет собой ряд последовательных сопротивлений, тормозящих реакцию. Причем, сопротивление, возникающее на отдельных стадиях, может быть различным, поэтому для вывода расчетных уравнений и установления способов интенсификации процесса в целом следует прежде всего определить лимитирующую стадию, которая в наибольшей степени определяет скорость всего процесса. Таким образом, чтобы провести анализ реального технологического процесса, необходимо прежде всего определить, протекает ли процесс в области внешней или внутренней диффузии, в кинетической области или же он протекает в переходной области. [c.82]

В реакторах с псевдоожиженным слоем константа к обычно близка к единице, поэтому маловероятно, чтобы диффузия газа из непрерывной фазы к поверхности частиц была определяющим фактором процесса . В самом деле, если, например, реакция горения частиц угля доводится до конца по кислороду, то концентрация последнего в непрерывной фазе, естественно, будет близка к нулю. [c.312]

Был проведен ряд теоретических и экспериментальных работ по изучению процесса горения угольного канала, отдельной угольной частицы, слоя и т. д., а также исследования кинетики отдельных реакций—окисления, восстановления углекислоты и др. Основным результатом этих работ явилось следующее. Процесс горения твердого топлива в основном может рассматриваться как так называемый гетерогенный процесс — на границе твердой п газовой сред, в котором в той или иной степени играют роль и определенным образом взаимодействуют химические п физические факторы, в первую очередь диффузия (диффузионно-кинетическая теория). [c.10]

Основой процесса горения топлива в камерной топке являются химические реакции его горючих элементов с кислородом, причем эти реакции протекают в потоке и в сложных условиях в сочетании с рядом физических процессов, накладывающихся на основной химический процесс. Такими процессами являются движение подаваемых в топочную камеру составляющих горючую смесь газовых и твердых или жидких диопергир ованных веществ в системе струй и потоков в ограниченном Пространстве топочной камеры с развитием вторичных, в том числе и вихревых, течений, в совокупности образующих сложную структуру аэродинамики топки конвективный перенос, турбулентная и молекулярная диффузия исходных веществ и продуктов реакции в газовом потоке, а при сжигаиии твердых и жидких топлив также перенос газовых реагентов к диспергированным частицам передача тепла, выделяющегося в ходе химических реакций, в газовом потоке и от газовой среды к экранным поверхностям, размещаемым в топочной камере. [c.4]

При горении углеродной поверхности частицы кислород расходуется и непрерывно подводится из окружающего газового объема. Продукты сгорания отводятся от поверхности. Таким образом, химический процесс горения (взаимодействия кислорода с углеродом) сопровождается физическим процессом встречной диффузии. Следствием одновременного протекания этих процессов является определенное распределение концентраций (парциальных давлений) про- [c.150]

Чтобы процесс перешел из диффузионной области горения в кинетическую, необходимо увеличить коэффициент массообмена р. Для процесса горения слоя частиц получено (с применением теории подобия) следующее уравнение, связывающее коэффициент массообмена Р со скоростью продувки Слоя воздухом W, коэффициентом диффузии О, диаметром частиц с1 и кинематической вязкостью V [c.127]

Процесс горения угольной частицы. Роль диффузии и химических факторов. Выделение летучих и их влияние на процесс реагирования [c.232]

При высоких температурах к в основном будет зависеть от диффузии в начале процесса горения. По мере уменьшения размера частицы в процессе выгорания скорость горения начинает определяться кинетикой химической реакции. Таким образом, при сжигании пылевидного топлива повышение температуры всегда интенсифицирует процесс и приводит к сокращению длины зоны горения. [c.185]

Процесс горения, протекающий в диффузионной области, может перейти в промежуточную (кривая 1 —2 ) или даже в кинетическую область при усилении диффузии, например, при повышении скорости потока или уменьшении размера частицы. [c.332]

Для определения удельной скорости горения углерода по формуле (15-26) необходимо знать температуру частицы и газовой среды, концентрацию газовых реагентов и размер частицы, которые в процессе горения изменяются и являются искомыми величинами. Поэтому Л. Н. Хитриным были даны упрощенные выражения для некоторых типичных температурных областей при естественной диффузии. [c.345]

Из-за уменьшения интенсивности диффузии при менее высоких температурах горение крупных частиц переходит в диффузионный режим, в котором скорость реагирования при одинаковых температурах меньше, чем в кинетическом. В результате этого и уменьшения удельной реакционной поверхности //Уем в процессе горения за счет тепловыделения газовая среда нагревается слабее, чем при горении мелких частиц. С другой стороны, при меньшей интенсивности теплообмена передача выделяющегося тепла совершается при большей разности между температурами частицы и газов, что обусловливает достаточно высокие температуры горения крупных частиц, приближающиеся к температурному уровню горения мелкой частицы, но период воспламенения [c.357]

Распространение фронта пламени через несгоревшую газообразную топливную смесь, вероятно, вызывается диффузией определенных активных групп, молекул или атомов, напр. ОР, М, Н или СНг, к-рые образуются в процессе горения. Эти активные частицы действуют как носители цепной реакции. [c.505]

Для процесса горения слоя частиц И. М. Федоровым [501 получено с применением теории подобия следующее уравнение, связывающее коэффициент массообмена со скоростью продувки слоя воздухом W, коэффициентом диффузии D, диаметром частиц d и кинематической вязкостью v [c.54]

Анализ процессов горения аэрозолей и сравнение их с горением газовых смесей показывает, что, несмотря на коренные различия структур аэрозолей и газовых смесей и процессов аэродинамики, диффузии диффузионный перенос частиц аэрозоля возможен при их размере менее 0,1 мкм), передачи зажигающих импульсов, механизмов окисления горючего, результирующие эффекты в значительной мере аналогичны как для аэрозолей, так и для газовых смесей. Это позволяет при описании процессов воспламенения аэрозолей рассматривать их как сплошные среды и в известной мере применять теорию теплового воспламенения для гомогенных газовых смесей. [c.58]

Увеличение скорости реакции за счет возрастания коэффициента массопередачи к достигается при повышении температуры. Однако повышение температуры ограничивается спеканием частиц колчедана в комья, которое наступает при 850—1000° С в зависимости от примесей колчедана и вида обжиговой печи. Внешне диффузионные процессы интенсифицируются перемешиванием колчедана в воздухе, однако общий процесс горения лимитирует в основном диффузия кислорода и двуокиси серы в порах окиси железа, нарастающей по мере обжига на зерне катализатора. Поэтому для облегчения диффузии и увеличения поверхности соприкосновения F сульфида железа с кислородом воздуха важнейшее значение имеет измельчение колчедана. Обычно применяемый флотационный колчедан состоит в основном из частиц размером от 0,03 до 0,3 мм естественно, что при столь большой разнице в размерах время полного выгорания серы колеблется для отдельных частиц в десятки раз. Поверхность соприкосновения колчедана с воздухом увеличивается также при перемешивании, характер которого определяется типом применяемой печи. [c.297]

Существенным фактором, интенсифицирующим процессы горени [ и газификации твердых топлив, в ряде случаев можно считать также скорость потока реагирующих газов. В слоевых процессах скорость горония насколько высока и потребление кислорода в гетерогенных реакциях происходит так быстро и так активно, что длина кислородной зоны измеряется 2—3 диаметрами частиц, причем с повышением расхода дутья интенсивность гореиия углерода пропорционально возрастает (см. рис. 31). Практически скорость реагирования твердого топлпва в слое лимитируется только скоростью дутья и, следовательно, устойчивостью слоя кусков. Горение кокса в доменной печи, как известно, протекает при высоких темиературах (1600—2000°), и поэтому скорость процесса в основном оиределяется скоростью молярной диффузии, которая в свою очередь определяется скоростью дутья. Огромные скорости реакции твердых топлив, помимо благоприятных температурных условий, обеспечиваются высокими относительными скоростями между газом и частицами топлива. Высокие скорости обтекания газом кусков топлива, наряду с непрерывным подводом кнслорода к реакционной поверхиости, способствуют и отводу продуктов сгорания, в том числе и таких, как окись углерода, оказывающая тормозящее действие на горение углерода, и тем самым интенсифицируют слоевой процесс. Пределом скорости реакции в слое является переход в кинетический режим, когда суммарная скорость реакции будет определяться пе скоростью подвода окислителя, а скоростью химической реакцрш. Однако этого предела в кислородной зоне обычно достигнуть не удается, и практически суммарная скорость реакции в слое определяется, как раньше указывалось, такой скоростью подвода реагирующего газа, при которой сохраняется устойчивость залегания кусков топлива в слое. В зависимости от фракционного состава топлива критическая скорость газового потока, при которой теряется устойчивость частиц в слое, характеризуемая данными, приведенными [c.560]

ДЕФЛАГРАЦИЯ (deflagration) - режим сгорания парового облака (а также других взр1лвчатых веществ и смесей). В соответствии с классическим определени< М распространение пламени в этом режиме происходит посредством процессов диффузии и теплопроводности, а скорость горения меньше скорости звука. Расширение продуктов горения при дефлаграции может приводить к возникновению движения среды, волны сжатия и, в ряде случаев, ударной волны. При этом, хотя скорость распространения горения по частицам определяется процессами теплопроводности и диффузии (вообще говоря, турбулентными), видимая скорость распространения горения может приближаться к скорости звука и даже превосходить ее. В современной литературе под дефлаграцией понимается весь спектр процессов горения - от распространения ламинарного пламени, до высокоскоростных процессов с ударными волнами, в которых отсутствует жесткая связь между ударным фронтом и фронтом химического превращения, которая имеет место при детонации. Основным поражающим фактором при высокоскоростной дефлаграции является ударная волна. -См. разд. 12.3.4.5. [c.594]

Увеличение скорости реакции за счет возрастания коэффициента массопередачи k достигается при повышении температуры. Однако повышение температуры ограничивается спеканием частиц колчедана в комья, которое наступает при 850—1000°С в зависимости от примесей колчедана и вида обжиговой печи. Внешнедиф-фузиопные процессы интенсифицируются перемешиванием колчедана в воздухе, однако общий процесс горения лимитирует в основном диффузия кислорода и диоксида серы в порах оксида железа, нарастающего по мере обжига на зерне колчедана. Поэтому для облегчения диффузии и увеличения поверхности соприкосновения F сульфида железа с кислородом воздуха важнейшее значение имеет измельчение колчедана. Обычно применяемый флотационный [c.119]

ОТ скоростей диффузии газообразного горючего п окислителя к конусообразной поверхности пламени над газовыми гранулами горючего (см. также работу [ ]). Детально разработанная, поддающаяся строгому анализу модель с диффузионным пламенем, в которой пламя располагалось над чередующимися слоями горючего и окислителя, была предложена и проанализирована Нахбаром [ ]. В этой модели приняты во внимание процессы на поверхностях горючего и окислителя, учтено различие средних высот и средних температур пламени над горючим и окислителем, различие в толщине слоев окислителя и горючего, а также отличие состава твердого топлива от стехиометри-ческого. Хотя выводы этой теории находятся в приблизительном соответствии с экстраполированной экспериментальной зависимостью скорости горения от размера частиц окислителя, наиболее существенным возражением против диффузионного механизма горения в данном случае является то, что он всегда предсказывает независимость скорости горения от давления (см. главу 3). Чтобы в этой модели получить наблюдаемую зависимость скорости горения от давления, необходимо ввести в рассмотрение либо экзотермическое гомогенное газовое пламя либо пламя разложения, примыкающее к поверхности одного из конденсированных реагентов, либо учесть процесс горения смеси горючего и окислителя в потоке после смешения. [c.288]

Полученные результаты свидетельствуют о том, что характери-. стики горения и полнота сгорания зависят как от условий горения, так и от природы горючего. В общем случае недогорание могут вызывать следующие причины неблагоприятные условия диспергирования и диффузии при осуществлении процесса горения неблагоприятный режим теплоотвода, в окружающую среду неблагоприятные давление, коэффициент избытка и концентрация окислителя среды низкая реакционная способность горючих элементов (недостаточная продолжительность пребывания исходных и образующихся ори горении частиц в высокотемпературной зоне пла мени) образование на реакционноспособных частицах горючего ОЕИСНОЙ пленки металла образование побочных продуктов (нитридов, карбидов и т. п.) образование трудносгораемых полимерных продуктов (смол, кокса) в процессе разложения и горения исходных соединений образование дымообразующих углеродистых частиц. [c.77]

На второй стадии горения частицу окружает однородная, более яркая зона свечения, которая уменьщается по мерв1 выгорания металла. Однородность и сферичность зоны пламени показывают, что окисная пленка на поверхности частицы расплавлена. Диффузия металла через пленку обеспечивается низким диффузионным сопротивлением жидкого окисла. Размер зоны пламени значительно превышает размер частицы, что говорит о горении металла в паровой фазе. Сравнение характера второй стадии горения с известной картиной горения алюминия [6, 14, 36] указывает на большое сходство, вероятно, на этой стадии процесса горит алюминий. По мере его выгорания происходит уменьшение размеров пламени, а следовательно, и горящей капли. Сгоревшая частица длительное время светится. [c.259]

Воспламенение частиц алюминия на ранних стадиях процесса горения (1300 К) можно объяснить не фазовым переходом плавления АЬОз, а скорее всего растреокиванием и частичными разрывами окисной оболочки парами металла и диффузией последних в газовую фазу. Этому в определенной мере способствует различие в коэффициентах объемного расширения металла и окисла (Ра1= = 33,5-10-6 K- в интервале Г=320ч-1300 К, =8,6-10-6 К" в интервале 7=8004-900 К). Относительные размеры зон горения частицы алюминия (6 = / факела/ частич) были оценены с помощью скоростного фотографирования горящей частицы и методом отбора ее из пламени на определенном расстоянии от поверхности горения (/г = 5 мм). Величина г] в интервале давлений 2—6 МПа для частиц размером 40 мкм изменялась в пределах 1,6—1,4. [c.292]

Oбщиii анализ гетерогенного процесса горения и газификации пылевидного топлива в потоке газа в изотермических условиях с учетом взаимодействия основных факторов — движения н выгорания частиц, диффузии и химической реакции, внутреннего реагирования, изменения объема продуктов реакции и др. — был сделан автором в 1945— 1947 гг. в работах [129, 332, 348] и др. [c.474]

В предыдущих работах в этом направлении [139 и др.] авторы ограничивались рассмотрением выгорания одной частицы, что совершенно недостаточно при переходе к процессу горения потока угольной пыли. Кроме того, эти авторы исходили из неправильного предположения о том, что горение мелких пылинок аналогично горению угольного шарика крупных размеров, когда гетерогенная реакция протекает в основном на его внешней поверхности. Б работах по горению пыли [302, 493], а также более поздней работе Орнинга [343] принималось, что скорость горения определяется одной диффузией, и на поверхности частицы концентрация кислорода равна нулю. Эти исследования не ушли вперед по сравнению с работой Нуссельта [302] (сделавшего первый шаг в том же направлении), несмотря на то, что к этому времени были известны исследования Хоттеля и сотрудников [190] и Блинова [191] в которых впервые произведен учет скорости химической реакции в процессе горения угольной частицы. В работе [139] учитывается скорость химической реакции, но время горения определяется при неизменной концентрации кислорода в окружающей среде (т. е. при неограниченном количестве кислорода). Кроме того, пренебрегается реагированием внутри объема частицы. Горение и газификация всегда сопровождаются проникновением газа внутрь пор частицы. Поэтому реакция протекает не только на внешней поверхности, но и внутри объема. При достаточно малом размере частицы весь ее объем участвует в реакции. [c.474]

Повышение температуры способствует в этом случае увеличению константы к только до известного предела, поскольку при дальнейшем повышении температуры скорость процесса в основном определяется диффузией и величиной в[1утренней поверхиости пор Р. Но влияние диффузии на величину к сказывается главным образом в начале горения частицы. По море ео выгорания скорость горония определяется скоростью реакции. Поэтому и в процессе горения пылевидного топлива повышение температуры является весьма важным фактором для сокращения длины зоны горония. Однако рост температуры свыше 1200—1300° С можот вызвать шлакование золы и, тогда только переход на жидкое шлакоудаление представит возможность воспользоваться повышением температуры как методом интенсификации. [c.477]

Найденный порядок реакции соответствует данным [120, 169], а величина энергии активации близка к данным [120]. Более низкая температура, требуемая для горения углистых отложений на катализаторе К-5 по сравнению с алюмосиликатным, определяется составом катализаторов результаты наших работ в этом отношении согласуются с результатами регенерации хромового катализатора, полученными Роде и Баландиным [72], показавшими, что горение угля на их катализаторе начиналось уже при 240° С. Итак, этот процесс при регенерации катализатора К-5 протекает в кинетической области при температурах не выше 350° С с повышением же температуры реакция переходит в диффузионную область. При сопоставлении величин скорости горения угля при 450° С (см. рис. 33), рассчитанных по скорости диффузии кислорода к частице катализатора и внутрь нее, установлено [23], что горение протекает во внутридиффузионной области. Ранее было показано [167, 168, 173], что скорость выгорания кокса при регенерации шарикового алюмосилпк,атного катализатора выше 500° С также определяется Дйффузией кислорода внутрь зерен. [c.79]