Теория гетерогенного горения

Развитая нами теория термического режима гетерогенных экзотермических реакций была применена нами [1] к важнейшему примеру гетерогенного горения к горению угля. Наблюдавшиеся Гродзовским и Чухановым [12] процессы окисления и горения угля, которые эти исследователи пытались трактовать как две различные химические реакции, удалось истолковать как два различных термических режима протекания одной и той же реакции. Определение условий воспламенения угольных нитей в потоке воздуха, позволило сделать ряд выводов о кинетике реакции углерода с кислородом при высоких температурах [18]. [c.392]

Важнейшим техническим процессом гетерогенного горения является горение угля. Процесс осложняется объемными реакциями двоякого рода. С одной стороны, в технике широко используются сорта каменного угля, богатые летучими компонентами. Сгоранию такого топлива предшествует частичное термическое разложение (коксование) с выделением горючих газов (углеводородов и водорода), сгорающих в объеме. С другой стороны, даже и цри сжигании чистого углерода, кроме углекислого газа СО2 на поверхности может образовываться окись углерода СО, догорающая в объеме. Теория горения угля с учетом побочных реакций достаточно сложна и рассматривается в специальных руководствах [8, 9]. Но при достаточном избытке воздуха и высокой температуре поверхности объемные реакции протекают настолько быстро, что заканчиваются в непосредственной близости от поверхности. При этом становится допустимой приближенная трактовка процесса как чисто гетерогенного. Вопрос о гетерогенном горении в такой постановке относится к диффузионной кинетике и тепловому режиму гетерогенных экзотермических реакций и рассматривается нами в соответствующих главах. [c.264]

В ней излагаются общие основы теории гетерогенного горения. Освещены вопросы равновесного горения, при изложении которых автор широко пользуется термодинамическими методами. Изложены также вопросы, относящиеся к кинетике горения. [c.3]

Но практика показала, что слишком отвлеченный подход к топке или газогенератору, только на основе диффузионно-кинетической теории гетерогенного горения, еще не достаточен. [c.11]

Глава 15 является подготовительной для изучения сложных процессов горения частицы твердого топлива и угольной пыли в факеле. В ней изложены основные особенности реакций взаимодействия углерода с газами, особенности горения углеродных частиц с рассмотрением отдельных стадий горения (выход и горение летучих, внутреннее реагирование, взаимосвязь и влияние диффузионных и кинетических процессов, вторичные реакции), а также общая теория гетерогенного процесса. Этот материал использован в гл. 16, в которой дана теория горения пылевидных топлив с последовательным рассмотрением горения частицы, монофракционной и полифракционной пыли. [c.6]

ТЕОРИЯ ГЕТЕРОГЕННОГО ГОРЕНИЯ [c.329]

Чтобы определить число и характер определяющих критериев, Гурвич, пользуясь обычной методикой современной теории моделирования, анализирует систему фундаментальных дифференциальных уравнений, могущих описать с. известной полнотой явления, протекающие в топочной камере, но не поддающихся интегрированию (уравнения сплошности, состояния, движения потока и частиц топлива, энергии, материального обмена, горения при гомогенных и гетерогенных реакциях и, наконец, лучистого теплообмена). [c.273]

Впервые эта сложная задача была решена А. С. Предводителевым и его сотрудниками. В монографии Горение углерода [63] были экспериментально выявлены основные черты гетерогенного горения и построена его теория. В монографии показано, что при горении углерода особенно велика роль физических факторов, которые оказывают значительное влияние на скорость процессов сжигания и газификации топлива в промышленных агрегатах. В настоящем разделе в хронологической последовательности осве- [c.167]

Впервые эта сложная задача была решена А. С. Предводителе-вым и его сотрудниками. В монографии Горение углерода [207] экспериментально выявлены основные черты гетерогенного горения и построена его теория. В монографии показано, что при горении [c.202]

Все перечисленные выше результаты получены в предположении (14), и, следовательно, скорость распространения фронта (U зависит, вообще говоря, от величины температуры срезки 0. На примере квазигомогенной модели (а = оо) легко показать, что функция со от 0 монотонно возрастающая, и, значит, между ними существует взаимно однозначное соответствие, так что может быть решена и обратная задача для каждого значения параметра (О < 1/(е -h ) существует такое значение температуры, которое может быть принято в качестве определения температуры срезки . Зависимость максимальной температуры 0 от 0 также монотонно возрастающая, поэтому, задавшись точностью в определении 0, можно приближенно определить допустимый интервал для температуры срезки такой, что соответствующая 0 изменяется в пределах допустимой погрешности. Нижняя граница этого интервала строго больше входной температуры. Сравнение его с соответствующим интервалом температур срезки для процесса конденсированного горения показывает, что в гетерогенном каталитическом процессе, описание которого формально отличается от описания процесса конденсированного горения наличием одного параметра "f (отношением теплоемкостей фаз), допустимый интервал температур срезки расширяется в обе стороны. Критерий отсутствия такого интервала температур известен в теории горения как условие вырождения тепловой волны [12]. В гетерогенной каталитической системе его качественно можно охарактеризовать как условие, при котором реактор по своим характеристикам приближается к реактору идеального перемешивания, или когда мала интенсивность межфазного теплообмена, или, наконец, когда мала энергия активации химической реакции. Последний случай самый существенный. [c.36]

В настоящее время не существует общепринятой теории, способной количественно описать механизм гетерогенных процессов, идущих с участием конденсированных фаз. Даже для таких широко используемых и на первый взгляд простых гетерогенных процессов, как горение угля, металлов (выступающих как компоненты ракетных топлив), не установлены закономерности, позволяющие строго описать все стадии указанных процессов. [c.228]

Впервые роль физических факторов (диффузии) в гетерогенных процессах горения и газификации углеродистых материалов была установлена в 1934 г. в СССР [91] и одновременно в США [120], что положило начало разработке основ диффузионной кинетики гетерогенных процессов. Большое значение для развития физико-химических основ теории горения и газификации углерода имели работы [88, 90 [c.12]

В работах [94, 13Э] развита теоретическая концепция горения углерода, согласно которой структура промежуточного комплекса и состав первичных окислов углерода тесно связаны с процессом диссоциации окислителя. Диссоциация происходит за счет высокой температуры Б процессе хемосорбции и гетерогенного катализа, а такие протекания реакций цепного характера. Предложенная теория объясняет ускоряющее влияние воды на процесс горения. [c.14]

В настоящее время в литературе имеется по крайней мере несколько десятков работ, касающихся горения гетерогенных систем. Используя результаты этих работ и опираясь на выводы тепловой теории горения, можно построить качественные представления о горении гетерогенных конденсированных систем и элементы количественной теории. [c.4]

Необходимость рассмотрения химических реакций, протекающих с конечными скоростями, отличает теорию горения от других разделов газовой динамики. Поэтому понятия химической кинетики составляют неотъемлемую часть книги. Сначала в 2 излагаются феноменологические законы для скоростей химических реакций, затем в 3 рассматриваются различные механизмы химических реакций и, наконец, обсуждаются теоретические формулы для скоростей реакций в случае гомогенных (в 4) и гетерогенных (в 5 ) процессов. В монографиях перечисляются стандартные руководства по этому вопросу. В работе [ ] можно найти современное изложение проблемы ). [c.477]

Внешнее диффузионное горение (гетерогенное). Представления, развиваемые современной диффузионно-кинетической теорией горения [Л. 70, 26, 31, 11, 68,69, 56,47,45, 72, 73 и др.], приняли пока наиболее отчетливые формы в отношении гетерогенных процессов горения. Так, если принять для простоты,что горение углеродной поверхности подчиняется реакции первого порядка, то при установившемся процессе должно согласно предыдущему соблюдаться следующее равенство [c.74]

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]

Первое издание настоящей книги вышло в 1947 г. С тех пор макроскопическая кинетика химических реакций развилась в обширную отрасль науки. С ней теснейшим образом связаны такие актуальные научные дисциплины, как теория процессов и аппаратов химической технологии, инженерная химия гетерогенного катализа, физика горения и взрыва, физико-химическая гидродинамика, теория колебательных процессов в химии и биологии, а также новое бурно растущее направление — химическая кибернетика, включающая автоматическое регулирование химических процессов и их математическое моделирование с помощью быстродействующих вычислительных машин. Для всех этих вопросов тематика настоящей книги имеет фундаментальное значение. [c.5]

Величина T d — имеет совершенно различную природу для гомогенных и гетерогенных процессов. В случае гомогенных реакций она имеет такой же смысл, как и в теории горения это адиабатический разогрев, определяемый теплоемкостью самой реагирующей смеси. При этом для выполнения первого из неравенств (Х,44) необходимым и достаточным условием является внешнее охлаждение реакционной зоны В автотермических [c.457]

Теория цепных реакций оказалась хорошо приложимой к процессам горения, окисления органических соединений, старения полимеров, горения, детонации порохов и взрывчатых веществ, гетерогенного катализа, полимеризации, деления трансурановых элементов итд [c.226]

Выведенные простые соотношения позволяют установить основные положения диффузионно-кинетической теории в отношении гетерогенных процессов горения и газификации. [c.70]

Наиболее характерным, и потому наиболее подробно изученным, примером цепного процесса является разветвленная цепная реакция окисления водорода, привлекшая внимание исследователей еще в конце 20-х годов благодаря наличию большого числа кинетических особенностей (три предела воспламенения, гомогенное и гетерогенное торможение, ускорение примесями инертных газов и т. д.). Вместе с тем химически эта система, содержащая атомы только двух типов, казалась предельно простой. Мы уже видели, что химическое своеобразие этой системы обусловлено тем, что энергетические и кинетические характеристики молекул На и Оз атома Н и радикалов О и ОН позволяют без особых трудностей провести единичный цикл (I), приводящий к эффективному разветвлению. Дело в том, что этот цикл не содержит ни одной сильно затрудненной стадии (энергия активации самого трудного процесса (1) составляет всего 16 тал моль). Хотя первый химически обоснованный вариант цепной схемы этого процесса появился только в 1937 г. 8], а уточнения его продолжались весьма интенсивно еще в течение 10—12 лет [9, 13], уже в 1934—1935 гг. было ясно, что в случае справедливости общих представлений теории разветвленных цепей концентрации радикалов в ходе процесса должны быть весьма высокими. Первым прямым экспериментальным доказательством этого вывода были опыты Кондратьева [14], показавшего спектроскопически, что свободный гидроксил действительно присутствует в зоне горения разреженных пламен водорода и окиси углерода и концентрация его достигает 0,03 мм рт. ст., т. е. в 10 раз превышает равновесное значение. Эти результаты имели важное принципиальное значение для всего развития цепной теории. [c.220]

При высоких температурах процесс реагирования нротекает с большой скоростью, не успевает проникнуть внутрь и сосредоточивается на внешней поверхности. Это дает возможность пренебречь влиянием внутриобъемного реагирования. Но процесс реагирования при более высоких температурах осложняется сильным влиянием диффузии и в связи с этим — скорости н гидродинамики потока газа, а также вторичных реакций. Поэтому при исследовании реакций при высоких температурах большое значение имеет отделение влияния физических факторов, в основном диффузии, от чисто химических. Для того, чтобы наиболее просто и правильно выявить взаимосвязь между диффузией и кинетикой, исследование гетерогенных реакций и в особенности процесса горения углерода и, сопутствующих ему вторичных реакций проводилось в определенных простейших геометрических формах шарик, обтекаемый реагирующим газом (так называемая внешняя задача), канал, стенки которого реагируют с протекающим внутри пего газом (так называемая внутренняя задача), слой из шариков, продуваемый реагирующим газом, и т. д. Применяя для описания процесса дифференциальные уравнения диффузии совместно с граничными условиями, выражающими прямую связь между количеством диффундирующего газа и скоростью реакции на поверхности шарика, канала и т. п. (см. гл. VI), удалось получить хорошее соответствие теории с многочисленными экснериментальными данными [59] и др. В особенности большой вклад в разработку диффузионно-кинетической теории гетерогенного горения внесли Нредводителев и его сотрудники [59], а также Чуханов, Франк-Каменецкий [87], Зельдович и другие советские ученые. Но следует заметить, что математическая обработка экспериментальных данных с помощью диффузионно-кинетической теории горения отнюдь не даст возможности судить об элементарных химических актах (адсорбции, собственно химической реакции и т. д). На основе ее мы можем получить только суммарные константы скорости реакций (включая адсорбцию и внутриобъемное реагирование) и соответствующие величины видимых энергий активаций й суммарного порядка реакции. [c.161]

Рассмотрим общую теорию гетерогенного горения на примере горения сферической частицы углерода, принимая следующие условия. Концентрация кислорода по всей поверрсности частицы одинакова скорость реагирования кислорода с углеродом пропорциональна концентрации кислорода у поверхности, т. е. имеет место реакция первого порядка, что для гетерогенных процессов наиболее вероятно реакция протекает на поверхности частицы с образованием конечных продуктов сгорания, а вторичные реакции в объеме, а также и на поверхности частицы отсутствуют. [c.329]

Б. В. Канторович. Вопросы теории гетерогенного горения и газифи- [c.282]

Явление распространения бегущих волн значительно раньше, чем в гетерогенных каталитических реакторах, обнаружено п полнее исследовано в таких областях, как горение и биология. Результаты, составившие базу для развития всей последующей теории процессов распространения бегущих волн , содержатся в ставших уже классическими работах Я. Б. Зельдовича [9] и А. П. Колмогорова, И. Г. Петровского, Н. С. Пискунова [10]. Б настоящее время теория волновых процессов в горении и биологии развивается пптенснвно. Довольно полный обзор, посвященный современному состоянию математической теории таких процессов, содержится в [11]. Но использовать результаты этой теории для аналогичных процессов в гетерогенных каталитических реактораг не представляется возможным, так как динамические свойства неподвижного слоя катализатора в значительной мере определяются процессами межфазного тепло- и массообме-па, большим различием теплоемкостей твердой и газовой фаз, фильтрацией реакционной смеси через слой катализатора. Перечисленные факторы в своей совокупности не находят аналога в описании биологических структур или в горении, [c.27]

B. B, Канторов и ч. Вопросы теории гетерогенного горония noTOiia топлива. Докл. на Всес. научно-техн. совещ. но горению. ЭНИН АН ССХ Р, [c.590]

Изучение воспламенения газовзвесей актуально в связи с проблемами взрыво- и пожаробезопасности промышленных пылей. С точки зрения общей теории гетерогенных сред, частным случаем которых является газовзвесь мелких твердых частиц и газа, математическое и физическое описание движений аэровзвесей возможно в двух приближениях. Первое - это режим одиночных частиц, описанный выше, когда движение и нагрев дискретной фазы осуществляются на фоне известного поля течения газа. Это описание справедливо для газовзвесей с достаточно малым содержанием пыли. Второй подход основан на предположении, что частиц достаточно много и они могут оказывать обратное влияние на газ как динамическое, так и тепловое. Ранее [2-5] были предложены математические модели воспламенения и горения газовзвесей в динамических условиях за проходящими и отраженными ударными волнами, которые принимали во внимание различие скоростей и температур фаз, гетерогенную химическую реакцию низкотемпературного окисления. Для замыкания этой модели на стадии воспламенения принималось, что размер частицы приближенно равен начальному и что тепло химической реакции выделяется только в конденсированной фазе. [c.91]

Всякая априорная классификация ироцессов, определяющих скорость горения двухкомионентных тоилив. является в лучшем случае рискованной. Попытка анализа гетерогенного Г()рения жидких углеводородов в газообразном кислороде при различных упрощающих предположениях была сделана Сполдшп ом [33, 34J. Условия, при которых происходит сгорание двухкомпонентных топлив в ракетных двигателях, не соответствуют, вообще говоря, этой упрощенной теории. Тем не менее в некоторых случаях схема, предложенная Сполдингом , может оказаться весьма полезной. Например, в двигателе, работающем на смеси аммиак — кислород, сгорание топлива вследствие относительпо быстрого испар( ния кислорода будет происходить в условиях, близких к гетерогенному горению жидкого аммиака в газообразном кислороде. Для такого рода процессов могут оказаться полезными понятия поверхность горения или элементарный объем горения . Суммарная скорость реакции определяется в этом случае следующими физико-химическими процессами [c.422]

Ленинградский политехнический ин-т (1930). В 1929—1957 работал в Ин-те хим. физики АН СССР, с 1957 — в Ип-те хим. кинетики и горения СО АН СССР в Новосибирске (в 1957—1972 директор). Осн. работы относятся к изучению кинетики хим. р-ций. Участник первых исследований в обл. разветвленных цепных р-ций. Изучал (конец 19.30-х — начало 1940-х) механизм ряда гетерогенных каталитических р-ций. На основании разработанного им точного метода раздельного калориметрирования доказал (1948), что инициирование р-ций, протекающих в газовой фазе по радикальпо-цегпюму механизму, происходит как иа поверхности, так и в объеме реактора. Этим были подтверждены положения теории гетерогенно-гомогенного катализа. Исследовал распространение высокотемпературного излучения и его взаимодействие с в-вом. Изучал (с 1971) физику и химию аэрозолей, в частности льдообразующую активность н-в в аэрозольном состоянии. [c.213]

Долгое время считалось, что реакции горения и газификации углерода протекают только на внешней контурной поверхности угле-родиса ых частиц. В 1932-1933 гг. З.Ф.Чухановым был открыт важный для теории и практики гетерогенных процессов закон внутреннего [c.12]

Исследованные выше модели горения в большей степени применимы к двухосновным ракетным топливам (гомогенное ракетное топливо, в котором горючее и окислитель перемешаны на молекулярном уровне), чем к сме-севым ракетным топливам (гетерогенное ракетное топливо, в котором мелкие частицы окислителя находятся в связующем, состоящем из горючего). В настоящее время смесевые ракетные топлива представляют больший интерес, потому что они часто способнывыделить большее количество энергии на единицу массы. Хотя рассмотренные модели горения могут быть применены в случае горения отдельных составляющих (горючее и окислитель) смесевых ракетных топлив, полная теория должна учитывать неоднородность конденсированной фазы, [c.287]

Сравнение теории с полученными в работе р"] экспериментальныии значениями гетерогенной скорости горения монодисперсного распыленного топлива [c.380]

Эксперименты [156, 170] выявили важную роль реакций в коденсированной фазе. Германе [72] предложил и детально разработал статистическую модель, позволяюш ую определить зависимость скорости горения от давления. В модели учитываются гетерогенность структуры поверхности СТТ и тепловыделение на поверхности или под ней. Основными допущениями, которые легли в основу теории, являются определяющая реакция на поверхности раздела ПХА — связующее и плоское одиночное пламя в подготовленной газовой смеси. Модель позволяет прогнозировать 1) связь между скоростью горения и давлением, согласующуюся с экспериментальными данными, [c.70]

Предельный случай идеального смешения совнадает с приближением гомогенной реакционной зоны, с которым мы уже имели дело в теории горения. Этот случай осуществляется для гомогенных реакций в турбулентном реакторе, а для контактных про- цессов (гетерогенный катализ) — в псевдоожиженном (кипящем) слое. В предельном случав идеального вытеснения исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции и состав ее меняется только по мере протекания реакции. Такой режим мог бы осуществляться в ламинарном потоке, который в технических приложениях, как правило, не используется. В обоих указанных приближениях не учитывается неравномерность концентраций и тем-пертур в поперечном направлении, т. е. используются средние значения этих величин по сечению. [c.450]

Из диффузионной теории горения следует, что при повышении температуры и ири неизменной скоростп диффузионного потока скорость гетерогенной реакции теоретически должна стремиться к своему пределу, соответствующему так называемому диффузионному режиму, когда скорость процесса определяется только скоростью диффузии. Чем меньш( скорость дутья, тем скорее должен наступить этот диффузион-Т1Ь1Й предел и тем меньше предельная величина скорости реакции. [c.247]

Много внимания авторами уделено кинетическим расчетам и измерениям характеристических скоростей экспоненциального роста концентрации атомов и радикалов в периоде индукции. Из сравнения расчетов с экспериментальными данными удалось с высокой точностью получить константы скоростей практически всех важнейших элементарных стадий реакции водорода с кислородом. Широко обсуждается и иллюстрируется конкретными примерами концепция частичного равновесия — весьма обш,ий и эффективный подход к анализу кинетики сложных систем, которому в работах советских авторов уделяется незаслуженно мало внимания. В частности, этот подход во многих случаях позволяет обойтись без решения системы кинетических дифференциальных уравнений и свести задачу описания текущего состава реагирующей системы к единственному измеряемому параметру. Концепция частичного равновесия особенно полезна при определении констант скоростей рекомбинационных процессов, определяющих скорость перехода к термодинамическому равновесию и скорость выделения энергии. В последнее время появились работы, в которых эта концепция успешно применяется для нахождения текущего состава продуктов горения углеводородных пламен, а также для определения концентрации токсичных продуктов горения в выхлопе двигателей внутреннего сгорания. В этой главе чрезмерно упрощенно изложены общие вопросы теарии цепных реакций и в особенности теория критических явлений в газофазной кинетике. Эти вопросы более подробно освещены в монографиях [7, 8]. Кроме того, в работах сотрудников ИХФ АН СССР (см., например, [9, 10]) недавно получены новые результаты, относящиеся к процессу воспламенения водорода с кислородом. В частности, продемонстрирована сложная роль процессов гетерогенного обрыва цепей, а также выяснена роль саморазогрева в разветвленном цепном процессе на различных стадиях воспламенения. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология