Горение цепной реакции

Механизм образования сажи (дисперсного углерода) при горении реактивного топлива и в общем случае при химических превращениях углеродсодержащих веществ изучен еще недостаточно. Исследователи основную роль отводят полимеризации или цепным разветвленным реакциям. В последнем случае физико-химическая модель процесса включает разветвленные цепные реакции образования радикалов-зародышей, превращение их в зародыши твердой фазы (минимальные частицы, имеющие физическую поверхность) и дальнейший рост зародышей за счет гетерогенного разложения углеводородов на их поверхности. Сторонники полимеризационной схемы отмечают, что образование ацетилена наблюдается даже в метано Кисло-родном пламени. После достижения максимальной концентрации ацетилен превращается в моно- и полициклические ароматические углеводороды и полиацетилен. Экспериментально показано также, что в соответствующих условиях появлению сажевых частиц предшествует образование (в результате полимеризации) крупных углеводородных молекул с молекулярной массой примерно 500. [c.168]

Однако это уравнение весьма приближенное, так как очень трудно осуществить полное горение при стехиометрическом соотношении топливо —окислитель (кислород или воздух). Для достижения полного сжигания всегда требуется некоторый избыток окислителя. Если это условие не соблюдается, то некоторое количество топлива не будет сгорать до СОг и будут образовываться продукты неполного сгорания, в которых присутствуют окись углерода, водород, ненасыщенные углеводороды, формальдегид (иногда элементарный углерод). Если процесс горения остановить на промежуточной стадии, то количество высвобождаемого тепла будет значительно ниже. Для того чтобы быть уверенным в полном завершении процесса образования продуктов неполного горения, необходимо подвести дополнительное тепло, количество которого превышает количество тепла, выделяемого при реакции их образования. Процесс сжигания осложняется также цепным характером протекания реакций горения через образование промежуточных соединений перед появлением конечного продукта. Промежуточные соединения представляют собой химически недолговечные образования и радикалы, которые способствуют протеканию процесса горения и поддерживают его постоянным. Рассмотрим цепную реакцию горения метана [c.97]

Горением называется химический процесс активного соединения горючих частей топлива с окислителем (обычно кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепла при высокой температуре продуктов сгорания. Для самопроизвольного развития процесса горения (цепная реакция) необходим непрерывный подвод топлива и воздуха и необходим источник высокой температуры. [c.33]

В литературе существуют, по сути дела, две теории горения цепной реакции [158, 159] и чисто тепловая [160, 161]. [c.98]

Из этого можно сделать практический вывод, что при организации процесса горения необходимо обеспечить условия нормального протекания цепных реакций горения. Цепные реакции горения могут прекращаться но разным причинам, в частности при столкновениях радикалов со стенками. Поэтому газо-воздушные смеси горят в трубках малого диаметра в том случае, если диаметры трубок больше соответствующих для каждого газа критических диаметров. [c.8]

В результате изучения кинетики окисления углеводородов установлено, что оно носит характер цепной реакции [83—86]. Такого рода реакция продолжается до тех пор, пока не произойдет, обычно в результате столкновения носителя цепи со стенкой сосуда, обрыв цепи. Если распространение цепи заканчивается одновременно с окончанием горения, то горение происходит нормально. Если же деактивация носителя цепи (активного центра) происходит медленнее, чем распространение цени, то наступит такой момент, когда концентрация цепей и носителей цепи станет настолько большой, что скорость реакции будет подниматься очень быстро несгоревшие газы при этом окислятся, и реакция закончится с неожиданной силой. [c.405]

По цепному механизму протекают такие важные химические реакции как горение, взрывы, процессы окисления углеводоро. ов (получение спиртов, альдегидов, кетонов, органических кислот) и реакции полимеризации. Поэтому теория цепных реакции служит научной основой ряда важных отраслей техники и химической технологии. [c.183]

Процессы распространения пламени различаются по способам передачи энергии от горящих слоев в свежую смесь. Различают диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени [18]. Диффузия из зоны горения в свежую смесь активных центров, вызывающих развитие цепных реакций в новых слоях, играет основную роль в диффузионно-цепном механизме распространения пламени, тогда как при тепловом распространении основное значение приобретают процессы передачи тепла из зоны горения в свежую смесь. При распространении пламени в камере сгорания двигателя имеют место оба механизма, но значение каждого из них меняется по мере развития процесса сгорания. Непосредственно после воспламенения горючей смеси основная роль в распространении пла- [c.55]

Условия появления оксида углерода при горении природного газа, содержащего в основном метан, упрощенно можно рассматривать как стадии последовательных превращений метан — формальдегид — оксид углерода—диоксид углерода. При неблагоприятных условиях цепная реакция может оборваться и в продуктах горения будут содержаться оксид углерода и альдегиды. Подобные явления происходят и с другими горючими газами при недостатке окислителя. То же наблюдается при охлаждении зоны горения. [c.292]

Высокие антидетонационные свойства метанола в сочетании с возможностью его производства из ненефтяного сырья позволяют рассматривать этот продукт в качестве перспективного высокооктанового компонента автомобильных бензинов, получивших название бензино-метанольных смесей. Оптимальная добавка метанола—от 5 до 20% при таких концентрациях бензино-спиртовая смесь характеризуется удовлетворительными эксплуатационными свойствами и дает заметный экономический эффект. Добавка метанола к бензину снижает теплоту сгорания топлива и стехиометрический коэффициент при незначительных изменениях теплоты сгорания топливовоздушной смеси. Вследствие изменения стехиометрических характеристик использование 15%-й добавки метанола (смесь М15) в стандартной системе питания ведет к обеднению топливовоздушной смеси примерно на 7%. В то же время при введении метанола повышается октановое число топлива (в среднем па 3—8 единиц для 15%-й добавки), что позволяет компенсировать ухудшение энергетических показателей за счет повышения степени сжатия. Одновременно метанол улучшает процесс сгорания топлива благодаря образованию радикалов, активизирующих цепные реакции окисления. Исследования горения бензино-метанольных смесей в одноцилиндровых двигателях со стандартной и послойной системами смесеобразования показали, что добавка метанола сокращает период задержки воспламенения и продолжительность сгорания топлива. При этом теплоотвод из зоны реакции снижается, а предел обеднения смеси расширяется и становится максимальным для чистого метанола. [c.155]

Наиболее общее свойство горения — возможность при определенных условиях прогрессивного самоускорения химического превращения — воспламенения, связанного с накоплением в реагирующей системе теплоты или активных продуктов цепной реакции. [c.32]

Одна ИЗ характерных особенностей цепных реакций — наличие периода индукции. Подробные исследования периода индукции в реакции горения водорода принадлежат Ковальскому [3.57], изучавшему скорость этой реакции внутри полуострова воспламенения. [c.217]

При нормальных условиях реакция образования воды практически не идет из-за высокой энергии активации. При наличии радикальных частиц типа ОН-, Н-, О- реакция горения водорода протекает по механизму разветвленной цепной реакции с высокими скоростями. Зарождение цепи может протекать в результате реакций [c.608]

Основы теории цепных реакций. Горение и взрыв. [c.171]

Процессы распространения пламени различаются по способам передачи энергии от горящих слоев в свежую смесь. Различают диффузионно-цепное и тепловое распространение пламени. Диффузия из зоны горения в свежую смесь активных центров, вызывающих развитие цепных реакций в новых слоях, [c.153]

Примерами цепных реакции с разветвленными энергетическими цепями могут служить почти все процессы газофазного горения [водорода, оксида углерода (И), углеводородов и т. д.], а цепной реакции с материальными цепями (разветвленными или неразветвленными) — любая реакция полимеризации. [c.181]

Цепные реакции — явление разнообразное и распространенное, Условно их подразделяют на несколько основных типов, отличающихся некоторыми особенностями, например, реакции горения, фотохимические, полимеризации, радиационно-химические, ядер-ные и т. д. Важнейшее значение среди них имеют фотохимические реакции, которым практически обязано возникновение и существование жизни на Земле. [c.186]

Изучение цепных реакций имеет большое значение для исследования процессов горения, крекинга нефти, производства пластмасс, атомных процессов. Теория цепных реакций разрабатывалась В. Нернстом, М. Боденштейном, С. Гиншельвудом, [c.303]

Когда израсходование одной или нескольких активных частиц приводит к образованию большего числа таких частиц, реакция называется разветвленной. В качестве примера разветвленной цепной реакции рассмотрим горение водорода [c.307]

Цепные реакции представляют собой обширный класс процессов, имеющих большое практическое значение (горение, крекинг нефти, производство пластических масс — полимеров, атомная энергетика). [c.347]

Остановимся теперь подробнее на сложных цепных реакциях в газовых смесях. Для таких реакций расчетные значения скоростей, найденные с помощью формальной кинетики, окажутся низкими. На самом же деле реакции могут протекать со значительными скоростями и при сравнительно низких температурах. Как уже говорилось, это объясняется тем, что реакция идет через промежуточные стадии — простейшие реакции с активными, центрами и низкими вследствие этого энергиями активации. Промежуточные реакции идут большей частью через двойные или тройные соударения, но с низкими энергиями активации. В качестве активных центров, как уже сообщалось, могут выступать атомы веществ, например Н или О, неустойчивые образования или образования, требующие небольших энергий для своего разрушения — радикалы типа ОН и НОд, перекиси типа Н2О2 и т. д. Наличие подобных активных центров в реагирующих газовых смесях является экспериментальным фактом. Они обнаруживаются с помощью спектрального анализа. Замеренные в разреженных пламенах концентрации атомов водорода Н, радикалов ОН и т. п. в тысячи раз превосходят их термодинамически равновесные значения, отвечающие реакциям И 2Н, НаО ц ОН -)- Н и т. д. К тому же концентрация Н во много раз превосходит концентрации других активных центров, В приведенном ниже наборе промежуточных реакций для горения На и СО главным активным центром является атомарный водород Н. Высокие концентрации активных центров объясняются протеканием реакции разветвления цепей, когда на каждый активный центр в реакции получается несколько (обычно два) активных центра. [c.102]

Наиболее серьезные отступления от подобия полей возникают при реакциях со сложной кинетикой, где изменения кон 1ент-раций компонентов смеси не связаны стехиометрическими соотношениями. Сюда относятся все реакции с автокатализом промежуточными продуктами и прежде всего важнейшие для процессов горения цепные реакции. Для любого конкретного вида кинетики скорость пламени может быть рассчитана при помощи численного интегрирования, что и делалось как в уже цитированных работах Сполдинга, Зельдовича и Баренблата, так и в ряде работ Кармана [19], Гиршфельдера с сотр. [20] и других исследователей. [c.376]

Обычную пену нельзя использовать при тушении горящих сжиженных газов, поскольку они легко испаряются, барботи-руют через слои пены и продолжают гореть. Кроме того, вода подаваемая на образование пены, передает тепло кипящим сжиженным газам, что приводит к резкому увеличению их испарения со свободной поверхности. При тушении пожаров сжиженных углеводородных газов применяют специальные порошкообразные огнетушащие средства. Действие их заключается в обрыве цепной реакции, происходящей при горении жидких углеводородов, поскольку образуются мельчайшие частички, которые предотвращают доступ кислорода к горящему продукту. [c.145]

Кроме теплового воспламенения газовых смесей возможно также самоускорение реакции горения, свя занное с развитием цепной реакции. Процесс самовоспламенения реальных горючих смесей имеет цепной характер. Самовоспламенение горючей смеси может произойти только в случае превышения некоторой определенной температуры, называемой температурой самовоспламенения. В отличие от таких характеристик, как нор.мальная скорость и концентрационные пределы, температура самовоспламенения не является физикохимической константой горючей газовой смеси и зависит от габаритов сосуда или аппарата, в котором находится смесь, и от ряда других факторов. [c.22]

Открытие нижнего предела самовоспламенения смеси фосфора с кислородом [Харитон, Вальта, Семенов (1926)] послужило толчком к изучению разветвленных цепных реакций. Указанные авторы обнаружили, что идущее весьма интенсивно горение паров фосфора в кислороде полностью прекращается при понижении парциального давления кислорода ниже некоторого предельного значения, равного 0,05 мм рт. ст. (нижнее критическое давление самовоспламенения). Достаточно было ничтожного повышения давления (на 0,01 мм рт. ст.), чтобы снова произошла вспышка. При давлении на 0,01 мм рт. ст. ниже критического смесь могла существовать сколь угодно долго. Подробное исследование этого явления показало, что критическое парциальное давление кислорода зависит от давления паров фосфора, от диаметра сосуда и от присутствия инертного газа. Было показано, что разбавление реакционной смеси инертным газом снижает критическое давление. [c.213]

Наличие пределов самовоспламенения и взрываемости было объяснено после разработки теории разветвленных цепных реакций. Подробно этот вопрос рассмотрен ниже, а качественно наблюдаемое явление можно объяснить следующим образом. При низких давлениях, меньших нижнего критического данления, среднее число актов обрыва цепей превышает число актов разветвления цепей, и горение становится невозможным. [c.213]

Паровоздушное пространство технологических аппаратов иногда защищают введением специальных флегматизирующих составов, способных подавлять активные центры цепной реакции окисления, приводить к обрыву цепей и к торможению процесса горения. Более активное флегмати-зирующее действие этих добавок значительно уменьшает их расход по сравнению с негорючими газами. В качестве флегматизирующих добавок наибольшее распространение нашли галоидопроизводные вещества и продукты их распада. [c.79]

Как уже указывалось, реакция горения водорода явилась одной из тех реакций, экспериментальное исследование которых дало необходимый фактический материал, легший в основу теории разветвленных цепных реакций. Вместе с тем оказалось, что главные черты механизма этой реакции свойственны такн е и реакциям горения других газов. Поэтому реакцию горения водорода нужно рассматривать как модельную реакцию, в той или иной мере представляющую реакцию горения вообще. Это оправдывает более подробное рассмотрение реакции горения водорода, чему в основном посвящен этот параграф. Общий механизм горения водорода может включать следующие лементарные реакции [c.214]

Таким образом, модифицирующее действие соединений рения и иридия заключается в образовании сплавов с платиной, увеличением энергии распада мультиплетного комплекса и десорбции непредельных, которые, попадая на металлические участки рения или иридия, гидрируются за счет спилловера атомного водорода до более стабильных соединений, или, попадая на участки носителя, инициируют топографическую цепную реакцию деструктивной поликонденсации с образованием кокса. Поэтому на диаграмме ДТА отсутствует экзотермический пик при 200 С, хв актерный для горения кокса на платине, наблюдается слабый пик при 380 С, обусловленный горением коксогенов на металлических центрах рения или иридия, и самый значительный пик при 500 С, характерный для горения кокса на носителе. [c.154]

Объясняя химизм процесса газификации жидкого топлива и сравнивая его с механизмом частичного окисления газообразного топлива, авторы работ [3, 4, 7] считают, что процесс протекает в две стадии. В первой происходит полное сгорание углеводородов, причем на горение расходуется весь введенный кислород. Во второй стадии происходит конверсия остальных углеводородов с паром и двуокисью углерода. В работе [10] предложен механизм частичного окисления метана в факеле с учетом образования ацетилена в качестве промежуточного продукта. Согласно этому механизму процесс протекает в три стадии на первой происходит цепная реакция окисления метана и образуются преил1ущественно углеводо- [c.104]

Активные флегматизаторы (оксид углерода, хлор- и бром-ламещенные углеводороды и др.) вводят в процесс в очень небольших количествах. Они взаимодействуют с продуктами реакции, в результате цепные реакции горения и взрыва прекращаются. Побочный эффект применения активных флегматизато-ров — резкое снижение температуры продуктов сгорания, способствующее прекращению процесса горения и взрыва. [c.44]

Составы на основе галогенуглеводородов. Наибольшее распространение для тушения пожаров получили составы на основе этилбромида (С2Н5ВГ) в сочетании с углекислотой (состав 3,5 ), метиленбромидом (состав 7 ) и тетрафтордибромэта-ном (состав СЖБ ). Огнегасительные концентрации этих составов составляют соответственно 6,7 3 и 4,8% (об.). Применение составов на основе галогенуглеводородов основано на химическом торможении реакции горения, что обусловлено образованием активных радикалов и атомов, реагирующих с промежу-точными продуктами реакции (обрыв цепных реакций горения). Различные конструкции огнетушителей, наполненных огнегасительными составами на основе галогенуглеводородов, применяют для тушения самых различных материалов. Недостаток этих составов — токсичность галогенуглеводородов для некоторых и -них, в том числе этилбромида, характерна высокая коррозионная активность. [c.222]

При распространении пламени реакция также, как правило, протекает по цепному механизму. Рассматривая оановные закономерности этого процесса, можно не учитывать цепного характера реакции, тепловые факторы при горении являются определяющими. Сама цепная реакция не может протекать без соответствующего разогрева при низких температурах развитие цепи реакций прекращается и активные центры быстро превращаются в устойчивые конечные продукты. [c.27]

Для регулирования скорости и торможения разветвленных цепных реакций в реакционную смесь добавляют вещества, называемые замедлителями и ингибиторами обрывая цепи, они уменьшают скорость процесса. Таким образом ведет себя, например, тетраэти-ловый свинец, прибавляемый в небольших количествах к авиационным и автомобильным бензинам. Переходя вместе с бензином в парообразное состояние в камере двигателя, тетраэтилсвинец обрывает цепи при горении топлива. При хранении мономеров часто добавляют ингибиторы, чтобы предотвратить цепную реакцию самопроизвольной полимеризации. [c.357]

Второй вариант отличается от первого тем, что при обмене между адсорбционно-сольватными слоями ССЕ и дисперсионной средой топлива происходят самопроизвольные химические изменения (автоокисление). Химические превращения в процессе горения топлив представляют собой цепные реакции с участием свободных радикалов. Причем основными реакциями являются реакции продолжения цепи, в результате которых прн взаимодействии радикала с молекулами дисперсионной срсды или промежуточного продукта образуется новый активный центр. Свободные радикалы наиболее легко возникают в адсорбционно-сольватном слое ССЕ под воздействием адсорбционного поля, чему способствуют и другие внешние воздействия (термические и фотохимические и др.). Свободные радикалы могут вступать также в обменные реакции, реакции распада и присоединения. Глубина этих реакций зависит от температуры, степени дисперсности пузырьков кислорода, состава и структуры углеводородов, времени и других факторов. Углеводороды, в первую очередь попадающие в адсорбционно-сольватньп слой, имеют наиболее высокие значения сил ММВ и наиболее склонны к образованию радикалов. [c.214]

В отличие от всех других содержащихся в отработавших газах двигателей внутреннего сгорания токсичных компонентов, являющихся продуктами неполного сгорания, образование окислов азота непосредственно с реакцшши горения не связано, а имеет термическую природу. Б результате диссоциации молекул Ог и N2 на атомы при высоких температурах, достигаемых в пламенн, образование окиси азота в основном может происходить в следующих цепных реакциях [9]. [c.83]

Вещества, вводимые в химическую систему для связывания свободных радикалов или превращения их в малоактивные частицы, называют ингибиторами цепных реакций. Для этого часто используют тетраэтилсвинец и пентакарбонил железа (горение углеводородов), оксид азота (П) (термическое разложение углеводородов), нитрит натрия (полимеризация диолефинов), трихло-рид азота (газофазное хлорирование) и др. [c.183]

ТИ8НЫХ Промежуточных частиц атомов, свободных радикалов, ионов или реже молекул с повышенным запасом энергии (колебательно- или электронно-возбужденных молекул). К цепным процессам принадлежат гомогенные газовые реакции горения и медленного окисления, многие реакции крекинга, разложения и полимеризации углеводородов, разложения ряда твердых, жидких и газообразных органических соединений, синтеза НС1, НВг, реакции расщепления ядер урана и др. Различают неразветвленные и разветвленные цепные реакции. В неразветвленных цепных реакциях каждая исчезающая активная промежуточная частица вызывает появление одной новой активной частицы. Типичным примером не-разветвленной цепной реакции служит образование хлористого водорода из хлора и водорода под действием светового потока [c.381]