Методы исследования реакций горения

Одна из самых актуальных проблем химии того времени — проблема горения, восстановления и окисления металлов — привлекла внимание А. Лавуазье. 20 февраля 1772 г. он сделал в своем лабораторном журнале программную запись Я поставил перед собой задачу все повторить с новыми предосторожностями, дабы объединить все то, что мы знаем о том воздухе, который связывается или выделяется из тел, с другими добытыми познаниями и создать теорию, которая должна вызвать революцию в физике и химии . Французский ученый М. Бертло отметил в свое время, что этим вступлением А. Лавуазье приступил к реформе в химии. Как развивались его исследования, приведшие к созданию кислородной теории горения и окисления, сыгравшей огромную роль в становлении химии как самостоятельной науки Надо сказать, что революцию в химических воззрениях А. Лавуазье совершил не столько постановкой новых опытов, не в результате открытия новых реакций или изучения свойств химических соединений, а в результате последовательного применения к изучению химических явлений физических методов исследования, в частности точного взвешивания веществ, участвующих в химических превращениях. Анализ отдельных работ А. Лавуазье показал, что он постепенно переходит от уверенности в справед- [c.85]

Приведенные примеры показывают эффективность аэродинамического метода исследования ламинарного горения неперемешанных газов. В рамках предельной модели (при бесконечной скорости реакции) может быть решен ряд задач о горении в ламинарном пограничном слое для различных типов струйных течений. Во всех случаях аналитическое решение может быть найдено лишь при некоторых частных видах зависимости коэффициентов переноса от температуры. Это ограничение не является чересчур жестким, поскольку одной из основных задач теории ламинарного факела является качественное исследование закономерностей развития газовых пламен. Решение задачи в полном объеме с учетом температурных зависимостей коэффициентов л(Г), л(Г) и при различных граничных условиях на стенке может быть получено путем численного расчета на ЭВМ. [c.53]

При исследовании процессов горения технику в конечном итоге интересует определение суммарных кинетических характеристик процессов. Экспериментальное определение суммарных кинетических характеристик основано на измерении действующих концентраций реагирующих веществ с помощью газовых проб, механически забираемых из зоны реакции, и определении времени реакции путем непосредственных изменений. Такой метод неприемлем для процессов, происходящих во фронте пламени. Значительные погрешности прямых измерений объясняются тем, что зона реакции (фронт пламени) весьма мала и не превышает при нормальных условиях десятых долей миллиметра, а скорости реакции во фронте пламени на несколько порядков превышают скорости реакции даже в тех зонах, которые непосредственно прилегают к зоне реакции. [c.132]

Исследование первичных продуктов термических реакций Сбо/М(асас)п и выделенных в стадиях их обработки кислотами и органическими растворителями проведены с использованием методов магнитного резонанса (ЭПР, ЭСР), РФА, ИК-спектроскопии, элементного анализа. Показано, что состав и свойства продуктов реакции горения зависят от соотношения Сбо/М в исходной смеси реагентов и от условий проведения термического процесса (температурного режима, среды) [c.86]

Реакция углерода с кислородом. Вопрос о первичных про,чук-тах реакции - основной в механизме этой реакции. Были выдвинуты различные теории, объясняющие, какие продукты реакции горения у > лерода являются первичными. Правильное экспериментальное решение вопроса о первичных продуктах реакции горения затрудняется наличием процессов окисления окиси углерода в газовой фазе и восстановления двуокиси углерода. Чтобы исключить влияние вторичных реакций, применялись различные методы исследования низкие давления [Ю8, 130-138], высокие скорости газа [88, 89, 110], различные ингибиторы [134-136] и низкие температуры [137, 138]. [c.14]

Оптические методы визуализации неоднородностей в прозрачных средах широко используются при исследовании процессов горения. Исследование слабо светящихся пламен, изучение взаимодействия ударных и акустических волн, возникающих в горящей среде, с фронтом пламени, исследование структуры пламени и детонационной волны, визуализации движения газа перед фронтом пламени и в продуктах реакции — вот далеко не полный перечень тех задач, в решении которых немалая роль принадлежит одному из наиболее распространенных оптических методов — методу Теп-лера. [c.117]

Каждый из этих факторов обнаружен экспериментально с использованием современных методов исследования. Указан-ные гетерогенные и гомогенные реакции обусловливают нелинейную зависимость скорости цепного процесса от концентраций носителей цепей. Например, по ИК-спектрам идентифицированы те атомы и атомные группы на поверхности, которые появляются в ходе цепного горения и ответственны за важные наблюдаемые закономерности процесса в целом. Определены характерные времена гетерогенного развития цепей, оказавшиеся сравнимыми с временами гомогенных стадий. В частности, при горении водорода протекают следующие реакции (Н - адсорбированный атом водорода) [c.428]

Для изучения горения одиночной капли использовались, как показано на рис. 79, три различных метода. Первый основан на применении пористой сферы, в которую по трубке поступает горючее, выходящее по капиллярам на поверхность сферы и образующее там тонкий слой жидкости, которая вступает в реакцию горения. При этом непосредственно измеряется массовый расход и легко определяется константа испарения К (для обычных топлив при комнатной температуре она составляет 10 2 см с ). Метод допускает применение сфер различных диаметров. Возможно также исследование оптическими методами периода прекращения горения (погасания) и структуры пламени и измерение силы лобового сопротивления капли. [c.147]

Методы исследования механизма и кинетики реакций горения и газификации топлива [c.159]

По прежде остановимся вкратце еще на методах исследования гомогенных реакций. Подробное рассмотрение гомогенного горения и кинетики гомогенных реакций выходит за пределы данной книги и по этому вопросу отсылаем читателей к [соответствующим трудам [83], [153], [168], [226]. [c.172]

В реакции горения водорода и аналогичных реакциях период индукции проявляется в том, что, наблюдая за ходом реакции, например, по изменению давления, в течение некоторого промежутка времени не получают сколько-нибудь заметного изменения давления. По истечении этого промежутка времени, называемого периодом индукции, давление начинает заметно изменяться увеличиваясь по закону ехр в некоторый момент времени скорость реакции достигает такого значения, что становится измеримой при помош и данной экспериментальной методики. Отсюда мы видим, что период индукции является величиной, существенным образом зависящей от чувствительности метода измерения скорости реакции. Ниже мы покажем, как период индукции меняется с изменением чувствительности метода измерения и с заменой одной методики исследования реакции на другую. [c.429]

Измерения независимых от времени профилей температуры и состава в различных сечениях, перпендикулярных направлению распространения пламени, обеспечивают получение информации, необходимой для количественных исследований реакции водорода с кислородом при высоких температурах. Изучение структуры пламени в основной и вторичной зонах реакции проводится разнообразными экспериментальными методами с помощью термопар, масс-спектрометров (измерения концентраций стабильных реагентов), спектрометров ЭПР и различной оптической аппаратуры (измерения концентраций промежуточных частиц). Разбавление смесей и понижение давления ниже атмосферного приводит к относительно низким температурам продуктов горения, ЧТО соответствует малым скоростям всего процесса горения и обеспечивает пространственное разрешение, достаточное для экспериментальных измерений в основной зоне реакции. [c.189]

Объем исследований кинетики реакций в пламенах всегда несколько ограничен. Это замечание главным образом касается реакций добавок и только отчасти собственно реакций в пламенах. Для детального изучения химического механизма температура пламен слишком высока, а для выяснения вопросов, не связанных с химией, слишком низка. Многие исследования по химической кинетике в пламенах выполнены в последние два десятилетия в связи с развитием ракетной техники и позднее магнитной газодинамики, однако на примере реакции горения водорода с кислородом показано, что необходимые численные результаты удобнее всего получать другими методами. Сравнение экспериментальных данных по горению водорода с кислородом, полученных в пламенах и на ударных трубах, проводится в гл. 2. [c.283]

Изложение начинается с краткого обзора принципов работы ракетного двигателя и более детального рассмотрения характеристических параметров двигателей при неравновесных химических реакциях (гл. 1). В гл. 2 описаны характеристики твердых ракетных топлив (ТРТ), технология их промышленного производства и методы экспериментального исследования затрагиваются также вопросы взрывоопасности ТРТ. В гл. 3, посвященной исследованиям механизма горения, приведены основные уравнения теоретической модели горения в ракетном двигателе на твердом топливе (РДТТ). Эта модель использована в гл. 4 для описания процесса воспламенения твердотопливного заряда. Кроме того, в гл. 4 приведен обзор исследований по воспламенению и гашению зарядов ТРТ. Далее, в гл. 5, рассмотрены проблемы расчета характеристик РДТТ. В эту главу включены разделы, посвященные модели внутренней баллистики двигате- [c.13]

Таким образом, заслуга окончательного ниспровержения теории флогистона принадлежит Лавуазье, который, применяя, как и Ломоносов, строго количественный метод исследования, в своих опытах (1772—1777) доказал, что процесс горения представляет собой не разложение вещества, а реакцию соединения вещества с кислородом. Говоря образно, Лавуазье поставил химию с головы на ноги. [c.21]

Приведенные примеры свидетельствуют об эффективности сочетания методов теории теплового режима горения с аэродинамическим расчетом, проведенным на основе решения уравнений переноса без источников. Как и в ряде других случаев,, сочетание различных методов исследования значительно расширяет круг рассматриваемых вопросов и позволяет более полно отразить физическую сущность процесса. Обобщение аэродинамической теории на случай соизмеримых скоростей реакции и диффузии делает возможным исследование не только самого процесса стационарного горения, но его устойчивости. Эти вопросы приобретают исключительно большое значение в связи с постоянной тенденцией к дальнейшей интенсификации процесса горен в различных технических устройствах. [c.23]

В данной статье мы смогли изложить лишь немногие результаты применения современных физико-хими-ческих методов исследования к изучению наиболее древнего явления — горения. Приведенные примеры отнюдь не исчерпывают ни того, что уже было открыто, ни тем более того, что еще может быть открыто. Они лишь иллюстрируют сложную природу явлений горения, при изучении которых необходимо использовать богатый арсенал методов химии, физики, гидродинамики и, в первую очередь, одну из основных идей современной химии — учение о цепной теории химических реакций. [c.164]

В начале техника довольствовалась общими химическими уравнениями и термодинамическими законами применительно к реакциям горения. Наряду с процессами сжигания топлив были разработаны методы получения искусственных горючих газов, истоки которых следует искать в развитии доменного процесса, представляющего собой в известной мере разновидность газогенераторного процесса. Вопросы сжигания и газификации топлив становятся предметом глубоких исследований русских и зарубежных ученых. Капитальным трудом, в котором даются основы науки о топливе, является монография Д. И. Менделеева Основы фабрично-заводской промышленности [4]. В разделе Топливо дана характеристика близкой и далекой перспектив развития научных и технических знаний в области топливной промышленности и использования топлива. [c.8]

Если химическая реакция протекает в потоке, то на кинетику реакции накладываются гидродинамические условия системы. Макро-ккнетика изучает закономерности протекания физических (массо- и теплоперенос) и химических процессов во времени и пространстве ее законы и методы исследования представляют собой теоретическую основу современной химической технологии. При проектировании химического производства, в частности химических реакторов, необходимо учитывать скорости химической реакции, массопереноса и теплопереноса. Ярким примером процесса, где реакция, нагрев и диффузия вещества протекают одновременно, является горение, причем режим горения, как мы видели, определяется характеристиками всех трех процессов. Законы макрокинетики используются для построения моделей земной атмосферы, звездных туманностей, моделей образования и развития звезд и планет. [c.313]

Типичное для работ М. В. Ломоносова последовательное применение количественных методов исследования было характерно в дальнейшем и для работ Лавуазье, которому принадлежит заслуга око 1ча-тельного опровержения флогистонной теории и замены ее новыми представлениями. Проведенными в период 1772—1777 гг. опытами он доказал, что горение является не реакцией разложения, при которой выделяется флогистон, а наоборот — реакцией соединения горящего вещества с кислоро, дом воздуха. Таинственный и неуловимый флогистон становился, таким образом, ненужным. Одновременно коренное изменение претерпевали все основные понятия то, что считалось прежде элементом (окисел), оказывалось сложным веществом, и, наоборот, сложное по прежним представлениям вещество (металл) оказывалось элементом. Перевернув систему флогисти-ков с головы на ноги , Лавуазье заложил тем самым основы современной химической систематики. Наиболее полно его взгляды были отражены в написанном им Элементарном курсе химии , титульный лист которого по казан на рис. 1-8. Эти новые идеи, вначале не разделявшиеся многими современниками, утвердились и стали 1800 г. [c.17]

Учение о флогистоне, направив внимание химиков на изучение процессов горения, окисления и восстановления веществ, привело А. Лавуазье к количественным исследованиям этих процессов, которые показали, что для их объяснеция флогистон излишен. К концу XVIII в. химия уже приобрела положение самостоятельной пауки, изучающей состав и свойства веществ. Оформление химии в науку произошло в результате четкого определепия предмета и задач данной науки, разработки количественного метода исследования, установления ряда основных понятий (химический элемент, соединение, смесь, химическая реакция) и открытия основополагающих законов (закон сохранения массы, стехиометрические законы). [c.8]

Таким образом, подавляющее большинство экспериментальных методов используется для исследований карбоксиреакционной способности углеродистых материалов. Исследования реакций углерода с кислородом проводились, как правило, в проточных системах под высоким вакуумом [Ю8,130-133], при низких концентрациях 0 или методом кратковременного контактирования [16 ], что объясняется чрезвычайной трудностью поддержания изотермического режима протекания сильно экзотермических реакций горения углерода, Можно кон- [c.23]

Очевидно, применение непрерывных проточных или проточно-цир-куляционных методов, широко используемых в гетерогенном катализе [168,169], не решит полностью проблему неизотермичности в экзотермических реакциях горения углерода. Наиболее полно требованиям изотермичноети в кинетических экспериментах удовлетворяют применяемые сравнительно недавно в катализе так называемые импульсные методы, высокая чувствительность, экспрессность, практически идеальная изотерыичность и другие достоинства которых в сочетание с применением электронно-вычислительной техники позволяют значительно повысить эффективность и качество кинетических исследований [170]. [c.24]

Для выяснения принципиальных вопросов и проверки математических методов теории горения большое значение имеет исследование простейших по своей кинетике реакций горения. Такие реакции называются модельными. Простейшие из них — мономоле-кулярные реакции распада эндотермических соединений закиси азота [30], азометана, этилазида [31], метилнитрата [32], нитрогликоля [33]. [c.274]

Советские ученые, в особенности Кондратьев и его сотрудники, широко применяют метод спектроскопического исследования реакций при изучении вопросов горения, в частности, цепных газовых реакций [83]. При таком сочетании теории и экслеримента теория абсолютных скоростей реакций может принести несомненную пользу для расчета скоростей реакций, энергий активации, расширения представлений о ходе и механизме реакций и истинной структуре химических соединений. Вместе с тем в ряде случаев положения этой теории применяются формально механически приписываются молекулам химических соединений априорные, не существующие состояния или структуры [84], [85]. Разработка теории переходного состояния производилась Баландиным, Темкиным и другими советскими учеными, за границей — Эйрин-гом, Поляньи и др. [85]. [c.91]

Интересным методом исследования является введение специальных добавок, имеющих целью воздействие на те или другие реакции в слое угольных частиц или угольном канале. К числу таких добавок принадлежат, вапример, так называемые ингибиторы, тормозящие химические реакции, в частности, реакцию горения окиси углерода (СС1 J) [ИЗ, 202, 211]. [c.166]

К числу новых методов последования процесса горения тоилива относятся микрокиносъемка горящей иоверхности угля, стереоскопическая и скоростная киносъемки в зоне горения движущихся частиц [21, 214], вышеуказанный метод фотопирометрии на движущейся пленке [200], химическое моделирование гетерогенных процессов, и, наконец, применение меченых атомов—изотопов обычных и радиоактивных (в частности, 0 п С ) — и исследованиях реакций восстановления углекислоты и окисления углерода [215]. [c.167]

Нуншо констатировать, что правильные представления о микрокинетике и механизме реакций горения и газификации можно получить только путем тонких экспериментальных исследований, в кинетическом режиме, с тщательным устранением неизотермичности, влияния внутреннего реагирования, диффу.зии (внешней и внутренней) и всякого рода вторичных и обратных реакций, протекающих при накоплении продуктов газификации в системе. В наибольшей степени этим требованиям удовлетворяют исследования, проводившиеся ио вакуумной методике. Некоторую ясность могут внести дальнейшие исследования методом изотопов, но при условии отсутствия усложнений в протекании основной реакции. Нам кажутся перспективными исследования методом прецизионного взвешивания, если они будут проводиться параллельно с газовым анализом продуктов реакции и выявлением материального баланса реагирующих веществ как по газовой, так и по твердой фазе. К числу таких работ относятся исследование Гульбрансена и Эндрью [220], изучавших реакцию СО2С ири низких давлениях на частице графита, подвешенной к микровесам, при одновременном измерении парциального давления СО2, что дало возможность установить характер образования с течением времени поверхностного окисла. Нри этом не умаляются роль и значение других методов исследования. Кая<дый из них делает вклад в своей, специфической области в теорию горения и газификации твердого топлива. Среди старых методов, мало применяемых в области горения и газификации, следует еще указать метод термографии, разработанный Курнаковым. [c.168]

Анализ спектров электронной хемилюминесценции — другой очень чувствительный метод исследования элементарных стадий цепных процессов и реакций горения при этом обычно получают информацию о реакциях с участием атомов и радикалов, которые вследствие их высокой экзотермичности играют большую роль в процессах горения. Источником хемилюминесцентного излучения служит какой-либо реагирующий компонент смеси. Заселенность верхнего состояния излучающих частиц и, следовательно, интенсивность излучения существенно превышают тепловые равновесные величины, которые можно вычислить, зная полную концентрацию излучающих частиц. Обычно интенедв- [c.143]

Нельзя не отметить почти полное игнорирование в представленных материалах работ советских исследователей, хотя зарубежным специалистам должны быть известны широко публикуемые советские работы в этой области. Объективность требует указать на приоритет русских исследований в целом ряде вопросов, касаю-, щихся экспериментального и теоретического изучения взаимодействия углерода с газами. Советскими учеными наиболее полно на основании большого экспериментального материала развита диффузионно-кинетическая теория горения углерода. Предложен метод исследования такого сложного физико-химического процесса, как горение углерода — метод отделения химических факторов от физических проведен анализ этого явления с учетом всех возможных сопутствующих вторичных реакций и взаимодействия не только на поверхности, но и в объеме твердой фазы. Предложен метод расчета суммарных констант процесса. Однако даже в значительно более поздней работе Уокера и соавторов (см. стр. 9 данного сборника), которые рассматрцвают процесс с тех же позиций диффузионно-кинетической теории и решают более простую задачу, почти нет указаний на работы советских исследователей, в то время как авторы цитируют около ста пятидесяти работ. [c.7]

Адсорбционным методом исследован характер изменения пористой структуры полукокса угля марки Д в широком диапа зоне изменения скорости горения. Показано, что с уменьшением скорости от 0,1 1 сек и менее участие в реагировании перехО Д-ных и микропор полукокса постепенно возрастает, достигая наибольшего значения при скорости Ю Цсек и менее. При этих скоростях, видимо, имеется полно проникновение реакции в поры исследуемых размеров. [c.61]

Применение. В принципе метод ЭПР позволяет определять строение парамагнитных центров, их взаимодействие друг с другом и другими окружающими молекулами методом ЭПР можно измерять концентрацию парамагнитных частиц ЭПР можно применять для изучения вещества в любом агрегатном состоянии. Эти качества делают ЭПР уникальным методом исследования кинетики и механизма химич. реакций, протекающих с участием парамаппиных частиц. В рамках этой статьи трудно перечислить все те области химии, где наиболее плодотворно применяется метод ЭПР. Вот нек-рые из них радиационная химия, фотохимия, гетерогенный катализ, исследование триплет-пых состояний (как основных, так и фотовозбужденных), изучение процессов горения, исследование закономерностей реакций свободных радикалов в жидкой и твердой фазах, изучение одноэлектронных окислительно-восстановительных процессов, включая электрохимич. восстановление и окисление, изучение конформационных переходов в сложных алициклич. свободных радикалах, исследование характера впутри-кристаллич. 1голей в ионных кристаллах. [c.484]

Вызывает также сожаление, что в монографии, носящей название Спектроскопия и теория горения , спектроскопические исследования мало связаны с вопросами кинетики и механизма цепных реакций, являющимися центральными вопросами теории горения. В настоящее время мы имеем экспериментально обоснованные (причем в значительной мере именно благодаря спектроскопическим измерениям) детальные схемы химического механизма ряда реакций горения, в том числе реакции горения окиси углерода, которой Гейдон уделяет большое внимание в своей монографии имеем общие представления о природе активных центров и основных чертах механизма других реакций, в частности реакций горения углеводородов имеем, далее, данные по спектрокинетическому и по другим физико-химическим методам анализа ряда окислительных реакций и реакций горения. Результаты всех этих многочисленных исследований либо вовсе не нашли себе места в монографии, либо представлены в ней в виде отрывочных сведений. Между тем, спектроскопические исследования в области химических реакций не являются самоцелью и своей главной задачей имеют решение тех или иных химических вопросов. Решение этих вопросов, в частности- вопросов теории горения, возможно только на [c.8]

Следует отметить, что в настоящее время теплоты сгорания газообразных, а также легколетучих веществ, как правило, измеряют не в калориметрических бомбах, а в калориметрах с горелками при постоянном давлении [24]. В прошлом калориметрические бомбы широко применялись для подобных измерений [49], но существенный недостаток этого метода состоит в том, что реакция горения газов в бомбе, как правило, не доходит до конца. Однако использование калориметров с горелками для исследования веществ, содержащих фтор, связано с особыми затруднениями из-за необходимости изготовления всей аппаратуры, включая аналитическую (поглотительные трубки и т. д.), а также коммуникаций из коррозионно устойчивых материалов (в случае веществ, содержащих еще и хлор, добавляется проблема обеспечения цнозначности реакции). Поэтому использование к<х.1ориметрических бомб, позволяющее сравнительно легко решить проблему защиты аппаратуры от коррозии, а также задачу количественного восстановления хлора в случае исследования газообразных фторхлорорганических соединений представляется вполне оправданным. [c.117]

Существуют более эффективные методы снижения горючести, разработанные в результате исследования химии горения полимеров. Показано [343], что скорость горения определяется скоростью образования реакционноспособных радикалов ОН. Эти радикалы, обладая исключительно высокой энергией, сообщают большую скорость фронту пламени, перемещающемуся по паровоздушной смеси. Создавая препятствия для этих реакций и рассеивая энергию радикалов НО, можно существенно понизить скорость горения. Для этих целей наиболее пригодны некоторые органические соединения, содержащие бром или хлор. Разлагаясь в процессе горения, они образуют галогеноводороды, которые реагируют с гидроксильными радикалами, непрерывно регенерируя галогеноводороды. Небольшие добавки соединений сурьмы значительно повышают эффективность галогенов. При горении полимеров остается обуглившаяся часть, которая, раскаляясь, выделяет большое количество тепла. Для подавления этого процесса используют негорючие чеортаиические соединения, в основном производные фосфорной кислоты, а также силикаты и бораты. При горении полимера указанные соединения образуют барьер, предохраняющий от соприкосновения с воздухом. На выбор антипиренов влияют такие факторы, как совместимость с полимером и стабильность, однако для полиэтилена выбор легко совмещающихся соединений весьма ограничен. [c.124]

Влияние поверхностных катализаторов на задержку воспламенения. По-видимому, исследования влияния поверхностных катализаторов на задержку воспламенения самовоспламеняющихся двухкомпонентных топлив не выполнялись в обширных масштабах. Однако для однокомпонентных топлив, таких, как Н2О2 и N2H4, такого рода исследования дали существенные результаты (см. 5). Поэтому можно ожидать, что поверхностный катализ будет иметь некоторое значение и для двухкомпонентных систем, в частности для таких комбинаций, в которых используются компоненты, могущие служить однокомпонентными топливами. Недостаточное использование поверхностного катализа для самовоспламеняющихся двухкомпопентных топлив можно объяснить тем, что другие методы ускорения реакций болео удобны и в то же время достаточно эффективны. Б .ак было указано выше, воспламенение красной дымящей азотной кислотьс и анилина облегчалось благодаря наличию поверхности. Эффективность горения в этом случае также улучшалась благодаря применению турбулизирующих колец ). [c.406]