Кинетика распространение тепла

Задачей макроскопической кинетики является изучение химической реакции в реальных условиях ее макроскопического протекания в природе или в технике, т. е. с учетом побочных физических процессов, накладывающихся на основной химический процесс. Важнейшими из этих физических процессов являются во-первых, диффузия исходных веществ и продуктов реакции и, во-вторых, выделение и распространение тепла. И на тот, и на другой процесс сильно влияют гидродинамические условия — характер движения газа или жидкости, приводящего к конвективному переносу тепла и вещества. [c.7]

МЫ рассматривали случаи, когда при протекании химической реакции оказываются существенными либо явления диффузии (диффузионная кинетика), либо выделение и распространение тепла (теория горения). [c.390]

Задачей макроскопической кинетики является изучение химической реакции в реальных условиях ее макроскопического протекания в природе или в технике, т. е. с учетом побочных физических процессов, накладывающихся на основной химический процесс [14]. Побочными физическими процессами в данном случае будут диффузия продуктов реакции, поглощение и распространение тепла и др. [c.24]

Хотя для описания кинетики цепных разветвленных взрывных реакций есть различные механизмы, совершенно отличные от чисто тепловых взрывов, формально зависимости пределов воспламенения от температуры совпадают. Механизм распространения разветвленного взрыва в виде медленной волны горения должен быть связан скорее о диффузией радикалов, ведущих цепь, а не с диффузией тепла. Зельдович [54] показал, что в первом приближении можно считать, что градиенты концентрации и температуры пропорциональны друг другу. В этих условиях формальные уравнения для распространения волны будут одинаковы для обоих механизмов взрыва и совершенно независимо от цепного механизма градиенты концентрации и температур в пламени будут пропорциональны друг другу во всех точках. С физической точки зрения это вполне вероятный результат, потому что наиболее резкие перепады температур должны проявляться там, где скорость реакции наибольшая, что в свою очередь вызывает образование максимальных концентраций продуктов. [c.399]

Теоретическое рассмотрение такого сложного процесса, основанное на изучении его детального механизма, кинетики химических реакций с учетом влияния различных факторов, осложняющих процесс (испарение, перенос тепла и реагирующих веществ), трудно осуществимо. Приходится прибегать к построению упрощенных моделей процесса горения. В теории горения широкое распространение получила упрощенная модель, основанная на представлении о том, что скорость химической реакции горения лимитируется медленно протекающими физическими процессами — испарения распыленного топлива, смесеобразования, теплообмена и т. п. ( физическая модель процесса горения) [144]. Данная модель предполагает, что химические закономерности горения могут быть сведены к физическим закономерностям. [c.112]

Мы считаем, что во всех случаях, когда наблюдается сильное ускорение горения под действием турбулентности, мы имеем в действительности дело с микродиффузионным горением и что интенсификация процесса передачи тепла во фронте пламени имеет лишь второстепенное значение. Дальнейшее развитие представлений о микродиффузионном горении привело нас к распространению на эту область тех же понятий о диффузионной и кинетической областях протекания реакции, которые оказались столь плодотворными в диффузионной кинетике гетерогенных реакций. [c.370]

Следует отметить, что цепные реакции в известной степени характерны для кинетики экзотермических реакций, цепи образуются при хлорировании в газовой фазе (со взрывом), в процессах горения и т. д. Цепные реакции возможны также в эндотермических процессах, если непрерывно подается соответствующее количество тепла. Реакционные цепи, образующиеся при эндотермических реакциях, никогда не бывают очень длинными они ограничены и стационарны, так как. энергия, требуемая для распространения цепи, не получается в процессе самой реакции, а необходима подача ее извне. Промежуточное положение между эндотермическими и экзотермическими цепными реакциями занимает термо-нейтральное цепное пара-орто-превращение водорода, проходящее через атомы водорода [c.181]

Кажущаяся простота стехиометрии и распространенность участвующих в реакции компонентов вызвали появление большого числа работ, посвященных цепной реакции кислорода с водородом, изученной преимущественно в статических условиях при умеренных температурах. К сожалению, в этих условиях основные кинетические особенности реакции определяются гетерогенными процессами, происходящими на стенках реакционного сосуда, поэтому невозможно добиться разделения реакции на зоны инициирования, экспоненциального роста активных центров и выделения тепла при рекомбинации. Реакция кислорода с водородом широко исследована в ударных волнах Р. Гет-зингером и Г. Шоттом. В этих условиях реакция строго гомогенна, и, наблюдая главным образом за концентрацией радикала ОН, можно подробно исследовать различные зоны реакции. Авторы приводят результаты своих экспериментов и сопоставляют их с данными, полученными с помощью других методик, например с измерениями пределов воспламенения. На кинетике этой реакции, типичной для процессов окисления вообще, отражается уменьшение числа частиц в ходе процесса. [c.11]

В макрокинетике сочетается учение о течении хими ческой реакции — кинетика — с теорией физических процессов, протекающих в реакторе. Если теоретическая микрокинетика изучает химическую реакцию в идеализированных условиях, в предположении одинаковой температуры и концентрации во всем реакционном пространстве и при постоянной во времени температуре, то макрокинетика изучает реакцию в реальных условиях с учетом диффузии, выделения и распространения реакционного тепла, гидродинамических факторов, характерных для разных схем и конструкций химических реакторов. [c.8]

Кинетика изучает проведение химической реакции в идеальных условиях при постоянных температуре и концентрации во всем реакционном пространстве и во времени, а макрокинетика изучает проведение реакции в реальных условиях с учетом диффузии, выделения и распространения реакционного тепла, гидродинамических факторов. [c.8]

Расчеты показывают, что в условиях, соответствующих начальным (пологим) участкам кривых, вода действует как инертный разбавитель теоретическая температура горения на этом участке изменяется незначительно. При дальнейшем увеличении содержания воды теоретическая температура горения начинает резко возрастать. Таким образом, оказывается, что смеси, обладающие большим запасом энергии, все же по каким-то причинам теряют способность распространять пламя. По-видимому, изменяется характер влияния воды на процесс горения. Можно полагать, что начиная примерно с 10%-ного содержания воды, тепло, потребляемое на ее нагрев и испарение, значительно ухудшает кинетику испарения горючего вещества, а следовательно, и общую скорость тепловыделения, которая имеет решающее значение для обеспечения устойчивого распространения пламени. Кроме того, вода, испаряясь с поверх- [c.8]

Сложная природа явлений горения отражена в получившем широкое распространение Кармановском определении науки о горении как аэро-термо-химии , т. е. как сочетании законов аэро-и термодинамики, термохимии и теплопередачи и, наконец, собственно химии (химической кинетики). Именно ввиду этой сложности первым шагом в построении количественной теории явлений горения должно стать создание физико-механической модели, в которой на основе данных опыта определяется, как именно в данном явлении развитие химической реакции сочетается с переносом материи и тепла. Лучше всего представить характер такой модели и ее значение для теории на конкретном примере развития теории ламинарного пламени, особенно потому, что этот пример ближе всего подведет нас к специфическим различиям механизмов ламинарного и турбулентного горения. [c.139]

В реальном случае протекание процесса кристаллизации может лимитироваться как ограниченной скоростью передачи тепла от частиц конденсата к газу, так и кинетикой процесса кристаллизации вещества капли. Специальные исследования двумерных неравновесных двухфазных течений показали, что сепарация частиц и факт распространения возмущений в потоке по характеристикам во много раз снижают по сравнению со случаем одномерного неравновесного течения возможное увеличение удельного импульса в результате подвода теплоты кристаллизации. [c.14]

Теории процессов в каталитических реакторах с переменными во времени свойствами катализатора посвящено много работ. Постоянно возрастает интерес к задачам расчета реакторов с дезактивацией катализатора [1—4], впервые рассмотренным Рогинским и Тодесом [5] интенсивно развивается теория реакций в импульсном режиме [6—11], изучаются различные эффекты, обусловленные движением частиц катализатора и их взаимодействием с газами переменного состава в реакторах с кипящим слоем [12—14]. Теоретический анализ подобных процессов развивается по следующей схеме, получившей широкое распространение в последние годы предполагается, что известны закономерности] тепло- и массопереноса в реакторе и уравнения кинетики взаимодействия отдельной частицы с газом на этой основе определяются температура и состав реагирующих веществ при различных режимах работы-реактора, выбирается наилучший режим, решаются задачи масштабного перехода и пр. [1, 15, 16]. [c.163]

Распространение горения и взрыва в двухфазных системах типа газ — твердые горючие частицы определяется гидродинамическими, теплофизическими п химическими процессами, влияющими друг на друга. Поэтому соответствующий теоретический анализ должен основываться на совместной системе уравнений гидродинамики, тепло- и массообмена и химической кинетики в двухфазной среде. [c.402]

Изучение теплообмена в газовзвеси твердых частиц представляет большой практический интерес. В ряде отраслей промышленности широкое распространение получили процессы, в которых в качестве теплоносителей, катализаторов, адсорбентов и реагентов применяются твердые порошкообразные материалы. Одним из элементов таких процессов является пневмотранспорт порошкообразных материалов, часто сопровождающийся тепли-обменом между частицами твердого материала и газовым потоком. В ряде случаев, наряду с теплообменом, в газовзвеси протекают те или иные химические реакции. Для расчета кинетики тепловых и термохимических процессов, протекающих в газовзвеси, необходимо знать зависимость коэффициента теплоотдачи от гидродинамических условий процесса. [c.74]

За последнее десятилетие в СССР и некоторых зарубежных странах получила распространение отрасль науки — математическое моделирование химических реакторов и процессов. Ее успехи обусловлены, с одной стороны, совершенствованием экспериментальных. методов исследования кинетики химических превращений и скоростей переноса тепла и реагирующих веществ, а с другой, — стремительным развитием вычислительной математики и вычислительной техники. Сейчас математическое моделирование стало общим методом оптимального проектирования химической аппаратуры. Поэтому редактор перевода счел целесообразным дополнить книгу разделом, в котором в конспективной форме изложены основные идеи и этапы моделирования каталитических реакторов (глава XV), а также подробной библиографией работ по математическому моделированию химико-технологических процессов, опубликованных в 1965—1967 гг. В дополнении отражены главным образом исследования коллектива лаборатории моделирования Института катализа СО АН СССР, проведенные совместно с сотрудниками Института математики и ВЦ Сибирского отделения АН СССР, особенно работы В. С. Бескова, Т. И. Зеленяка, Ю. И. Кузнецова, В. А. Кузина, Ю. Ш. Матроса, В. Б. Скоморохова и А. В. Федотова. [c.11]

Под диффузионным, или цепным, распространением пламени мы будем подразумевать здесь процесс, когда распространение пламени связано не с передачей тепла, но с диффузией активного продукта автокаталитической (цепной) реакции. Это понятие не следует смешивать с применяемым иногда в литературе термином диффузионное горение , под которым подразумевается случай, когда компоненты горючей смеси (топливо и воздзгх) предварительно не смешаны и скорость горения определяется процессом их взаимной диффузии. В случае диффузионного, или цепного, горения вид функции Q (а ) в (VIII,3) определяется кинетикой реакции в общем о нем ничего сказать нельзя. Принципиально возможны самые различные виды функции Q (х), но аналитическое решение уравнения (VIII,3) и нахождение значения р., при котором это решение удовлетворяет граничным условиям, практически не удаются. [c.367]

Аэродинамическая модель факела неиеремешанных газов отражает лишь некоторые, хотя и весьма существенные, стороны сложного явления. Она, в частности, не позволяет определить ряд важных характеристик процесса, связанных с кинетикой химических реакций (полноту сгорания, условия стабилизации пламени и т. д.) Предельной схеме диффузионного горения при бесконечно большой скорости реакции отвечает в сущности единственный абсолютно устойчивый режим, при котором осуществляется полное реагирование исходных компонентов. Влияние режимных параметров на тепловой режим факела и его устойчивость принципиально не может быть учтено в рамках такой модели. Прямой путь расчета процесса при конечной скорости реакции связан с интегрированием системы дифференциальных уравнений в частных производных, содержащих нелинейные источники тепла и вещества. Он не получил достаточного распространения из-за значительных математических трудностей, с одной стороны, и отсутствия надежных данных о макрокинети-ческих константах, с другой. Это делает, видимо, нецелесообразным проведение в настоящее время массовых численных расчетов газовых пламен на ЭВМ, Отмеченное обстоятельство стимулирует развитие приближенных аналитических методов, сочетающих идеи теории пограничного слоя и теории теплового режима горения [27]. [c.21]

Больщее распространение в экспериментальной кинетике по лучили неполностью замкнутые системы, в которых полностью или частично исключен обмен веществом со средой при максимально возможном обмене теплом, так что система в пределе становится изотермической. В неполностью замкнутой системе обычно может быть реализован квазистационарный режим (см. 1.4.3). Простейшим примером неполностью замкнутой системы являются изотермические реакции в замкнутом объеме. К неполностью замкнутым можно отнести также системы, в которых в реакционное пространство добавляется один из реагентов или отводится один (или несколько) из продуктов (реакции в автоклаве при постоянном давлении одного из реагентов, реакции в замкнутом циркуляционном контуре с вымораживанием продуктов, реакции термического разложения с откачкой газообразных продуктов и т. д.). [c.28]

Только в случае реакций с автокаталитической кинетикой, например цепных реакций с разветвляющимися цепями, диффузия может явиться причиной распространения пламени. Явление автокатализа заключается в тОхМ, что скорость реакции возрастает с увеличением концентрация образующегося при реакции продукта. Диффузия такого активного продукта может быть причиной распрост1 ангния пламени независимо от передачи тепла. Этот случай называется цепным или диффузионным распространением пламени (не следует смешивать с диффузионным или несмешанным горением, которое рассматривается в гл. XIII). В чистом виде оно может наблюдаться только в чрезвычайно разбавленных смесях, где разогрев пренебрежимо мал. Такое изотермическое диффузионное распространение пламени наблюдали Воронков и Семенов [121] в весьма бедных смесях сероуглерода. [c.276]

Кинетика радиационной полимеризации в твердой фазе изучалась па различных объектах. Некоторые общие вопросы кинетики таких процессов были теоретически рассмотрены В. И. Гольданским, Н. С. Ениколопяиом и др. [74]. Теория распространения процесса пост-полимеризации по твердому мономеру была развита в работе В. С. Пшежецкого и В. И. Тупикова 183]. В этой работе проводилось измерение скорости передвижения фронта полимеризации в твердом ацетальдегиде, заключенном в цилиндрическую ампулу. (Благодаря различному рассеиванию света видна граница процесса.) Полимеризация сопровождается выделением тепла. Температура, при которой начинается процесс, находится в пределах 1174-122 °К и зависит от дозы излучения. [c.330]

Позднее Льюис и Эльбе [39] предположили, что распространение пламени определяется диффузией активных атомов и радикалов из пламени в несгоревшую смесь, что значительно более эффективно способствует протеканию химических реакций, чем это было бы возможно только за счет теплопередачи . В основу этой теории положена рабочая гипотеза, ЧТО сумма тепловой и химической энергий на единицу массы в любом элементарном слое между сгоревшей и несгорев-шей фазами остается примерно постоянной . Решение этой более сложной задачи, включающей в себя одновременно н кинетику реакций и передачу тепла, в настоящее время возможно лишь в том случае, если будут приняты дополнительные упрощающие допущения. Такое решение всей проблемы было сделано для случая взрывов смесей озона с кислородом, для которых подсчитанные величины фундаментальной скорости оказались того же порядка, что и экспериментальные данные. [c.45]

Г1ри тепловом распространении пламени различают но )мальное (тихое) распространение Г., или дефлаграцию (последовательное воспламенение горючей смеси происходит но механизму теплопроводности и, частично, за счет диффузии активных центров), и детонацию (поджигание производится распространяющейся ударной волной). Нормальное Г. в свою очередь подразделяется на ламинарное и турбулентное. Ламинарное пламя обладает вполне определенной скоростью перемещения относительно неподвижного газа, к-рая зависит от состава смеси, давления и темп-ры и определяется только химич. кинетикой и молекулярной теплопроводностью. Такая скорость, называемая нормальной скоростью пламени, является поэтому физико-химич. константой смеси. Ламинарное пламя наблюдается в неподвижных смесях или в потоках, движущихся ламинарно. Величины скорости пламени обычно составляют в воздушных средах порядка нескольких десятков сантиметров в секунду и только для водо-родо-воздушных смесей дбстигают 2,5 м сек. В тех случаях, когда наряду с молекулярной теплопроводностью в большой степени участвует т. н. турбулентный перенос тепла, при перемешивании возникает турбулентное пламя. Скорость распространения турбулентного пламени в отличие от ламинарного зависит от скорости газового потока, что является главной и наиболее важной особенностью турбулентного пламени. Турбулентное пламя имеет большое значение в технич. процессах сжигания газообразных и парообразных горючих. [c.497]

История исспедований химических превращений эластомеров при термическом воздействии насчитывает бопее 100 пет. Первые работы в этом направлении позволили установить строение природных высокомолекулярных соединений. Впоследствии основное внимание исследователей было сконцентрировано на изучении высокотемпературных характеристик термостойких эластомеров. На современном этапе в связи с широким распространением методов термического анализа значительно повысился интерес к химии процессов, протекающих при нагревании нетеплостойких карбоцепных эластомеров. И здесь были обнаружены существенные особенности диеновых эластомеров с системой 1,5-кратных связей, особенности, представляющие интерес с Т( жи зрения теории процессов термического старения полимеров. Именно эти особенности послужили основой настоящей главы. В целом проблемы химических превращений эластомеров при термическом Еюэдействии тесно переплетаются с общими проблемами химии и физики полимеров, такими как проблемы стабилизации эластомеров с использованием эффектов клетки и чужих звеньев конформационные эффекты при деструкции эластомеров ступенчатая кинетика термического распада эластомеров проблемы возмущающего действия тепла хишческой реакции на кинетику пиролитического процесса критические явления при термической деструкции и др. [c.5]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология