Константа плазмохимических реакций

Подробно процедура динамического изучения реакции столкновения атом-двухатомная молекула методом классических траекторий изложена в работе [299] на примере расчета реакции обмена Н- -Н2, характеризующейся отличной от нуля энергией активации. В работе детально описан выбор системы координат, в которой происходит расчет классических траекторий. Выбор начальных условий для расчета траекторий организован так, чтобы в максимальной степени воспроизвести квантовые состояния реагентов. Приведены уравнения, устанавливающие связь между начальными и конечными квантовыми состояниями системы и классическими переменными. При исследовании динамики отдельных траекторий получается кинетическая информация различной степени детальности. На первом этапе определяется вероятность реакции и через нее полное сечение реакции как функции начальных состояний реагентов и конечных состояний продуктов. Затем вычисляется константа скорости реакции как интеграл от полного сечения реакции при определенном распределении начальных состояний реагентов. Для вычисления термической константы скорости используется максвелловское распределение по скоростям молекул и больцмановское распределение по внутренним состояниям. Очевидно, что такой подход может быть применен для вычисления констант скорости в нетермических условиях, т.е. при различных температурах, соответствующих различным степеням свободы, и при отклонениях от максвелл-больцмановского распределения. Это позволяет, в частности, моделировать методами классических траекторий неравновесную кинетику процессов в плазмохимических системах, газовых лазерах и в верхних слоях атмосферы. [c.57]

Кинетика плазмохимических реакций разработана гораздо слабее как в теоретическом, так и в практическом отношении (особенно в отношении определения констант скоростей реакций при высоких температурах). [c.4]

Возможно, что найденные выше результаты имеют несколько более общее значение для высокотемпературных процессов, представляющих последовательную цепь превращений. В каждом конкретном случае решающую роль, конечно, будут играть соотношения величин констант и удаленность реакции, к которым они относятся, от конечного продукта, выход которого прослеживается. В настоящее время нет критерия, который позволил бы указать, в какой мере изменение той или иной константы скорости реакции влияет на выходы плазмохимического реактора. Полученные результаты указывают на возможность использования следующего критерия чувствительности выходов плазмохимического реактора к изменению константы скорости реакции [c.63]

Константы скоростей плазмохимических реакций, протекающих при температурах выше 2500° К, определяются в ударных трубах или методом адиабатического сжатия. [c.54]

Следует отметить, что кинетические исследования как гомогенных, так и гетерогенных процессов в плазме чрезвычайно сложны, в связи с этим в настоящее время отсутствуют значения констант скоростей для большинства плазмохимических реакций. Теоретическое и экспериментальное определение констант является одной из важнейших задач науки. [c.60]

Выше отмечалось, плазмохимические процессы протекают в неизотермических условиях, что вызвано как вьщелением (поглощением) тепла в ходе реакций, так и интенсивным теплообменом с окружающей средой ввиду существенного различия температуры окружающ,ей среды и температуры в зоне реакции. Изменение температуры приводит к тому, что константы скорости реакций и объем системы оказываются переменными величинами, что существенно влияет на кинетическую картину процесса, объем системы определяют из уравнения состояния идеального газа [c.23]

Отличительной особенностью твердофазных процессов, протекающих в потоке плазмы, является высокая температура (2200— 3000 К) и воздействие на твердое тело активных частиц — атомов, ионов, возбужденных атомов, молекул и ионов. Поэтому высокотемпературные плазмохимические реакции могут протекать по иным механизмам, чем традиционные процессы. Влияет данное обстоятельство и на константу скорости твердофазных реакций. Результаты многочисленных экспериментальных исследований показывают, что зависимость ее от температуры выражается уравнением Аррениуса, в котором численные значения Е ж ко характеризуют степень затрудненности элементарных актов и всего процесса, являющиеся суммой этих актов. Для реакций типа газ — твердое тело Е зависит от химической активности обоих партнеров, участвующих во взаимодействии, поэтому высокореакционноспособные частицы — атомы и радикалы — способствуют снижению величины энергии активации. [c.70]

Термодинамические вопросы многих плазмохимических процессов разработаны в настоящее время достаточно подробно определено большое количество констант равновесия химических реакций, разработаны методы расчета термодинамических величин и констант равновесия. [c.52]

Коэффициенты и константы скорости. Уровневые коэффициенты скорости [55, 56]. Так как плазмохимический процесс всегда многоканален, статистические коэффициенты (константы) скорости следует определять как отнесенные к единичным концентрациям реагирующих компонент средние скорости по всем возможным каналам. Усреднение должно проводиться по скоростям и квантовым состояниям реагирующих частиц. Это значит, что в выражение для коэффициента скорости должны входить в явном виде функции распределения компонентов. Коэффициенты скоростей взаимодействия частиц в фиксированных квантовых состояниях предложено называть уровневыми коэффициентами скоростей [55, 56 Учитывая это, для бимолекулярной реакции [c.79]

Для типичных плазмохимических гетерогенных реакций разложения, конверсии и восстановления лишь в простейших случаях теоретические зависимости могут быть использованы для прогнозирования их скорости. В большинстве случаев скорость суммарной реакции нельзя прогнозировать потому, что, как правило, не известен механизм процесса и отсутствуют достоверные сведения о константах скорости элементарных реакций. Задача осложняется еш е и тем, что часто скорость подвода теплоты к реагируюш ей системе не равна скорости ее стока по каналам химической реакции и тепловых потерь. Поэтому реакция идет в нестационарных условиях. [c.120]

В большинстве случаев в плазмохимической кинетике необходимо различать поступательную, колебательную, вращательную, электронную температуры (а во многих случаях понятие температуры вообще не имеет смысла в неравновесных стационарных и релаксирующих системах). Это заставляет отказаться от использования в плазмохимической кинетике аррениусовой константы скорости химической реакции (функции температуры). [c.260]

Математическое описание таких реакций естественно может быть в пределах точности экспериментальных кинетических данных выполнено в терминах классической химической кинетики. Основная трудность состоит в нахождении уверенных констант скоростей химических реакций, которые для плазмохимических температур обычно отсутствуют (и их очень трудно экспериментально определить). Экстраполяция констант скоростей, полученных в интервалах (обычно узких) относительно низких температур, чревата многочисленными источниками ошибок. Поэтому в таких случаях необходим тщательный анализ возможных статистически-распределенных и систематических ошибок, ошибок аррениусовой аппроксимации и т. п. [c.109]

Ввиду того, что в реальных условиях входы испытывают случайные возмущения, возникает задача изучения влияния этих возмущений на выходы реактора. Она рассматривается нами как задача прохождения случайного воздействия через преобразователь, которым в данном случае является плазмохимический реактор. При этом математические ожидания выходов будут зависеть от статистических характеристик возмущений. Очевидно, эти зависимости не нужно принимать во внимание тогда, когда разброс значений выходов, обусловленный неточностями определения констант скоростей реакций, значительно больгае изменений выхода, вызываемых случайными воздействиями. [c.55]

Для выяснения чувствительности математической модели плазмохимического реактора к изменению констант скоростей реакций и /сд при разных начальных температурах Т (0) нами были построены статические характеристики, отражающие зависимости выхода Сд (2 ) от входа Т (0) при различных наборах указанн з.х констант и при фиксированных входах г(0)=3-10 см/сек и с-х (0) = 0,9 вес. долей. Для этого было проведено интегрирование на ЭВМ системы уравнений (36) при следующих комбинациях констант, взятых из табл. 6 (/с] , к ), ( f, к ), к , кЧ), кх, к ) и следующих трех значениях входа Т (0) 2,5-10 3,0-10 и 3,5 10 °К при фиксированных входах V (0) = 3-10 см/сек и Сх (0) = 0,9 вес. долей. [c.61]

Описание неравновесных плазмохимических реакций. Константы скоростей химических реакций К с участием возбужденных частиц могут быть большими и зависеть от того, в каком квантовом состоянии находится частица. Каящая частица в том или ином квантовом состоянии должна рассматриваться как самостоятельный сорт частиц . Переходы между различными квантовыми уровнями, меняющие концентрации возбужденных частиц, влияют на скорость химической реакции, которая в свою очередь влияет на эти переходы. [c.228]

Первый том справочника "Физико-химические процессы в газовой динамике" содержит информацикз о моделях, описывающих процессы столкновений в газе и плазме с участием атомов, молекул, ионов и электронов. Рассматриваемые процессы включают упругое рассеяние, элект-ронно-колебательно-вращательный энергообмен между сталкивающимися частицами, химические и плазмохимические реакции. Компьютерная реализация позволяет выполнить расчеты сечений ущ>угих и неупругих столкновений, констант скорости процессов энергообмена и реакций в широком диапазоне энергии столкновений, температуры газа и других параметров. [c.2]

Тем не менее допустимая область энергий все же достаточно широка для расчета с ее помощью скоростных констант плазмохимических процессов. Это связано в первую очередь с тем, что, в отличие от диссоциации двухатомных молекул, происходящей обычно при высокой колебательной энергии Е> Е (Е) > 1), эндоэргические реакции обмена осуществляются обычно при Е < Е, т.е. при такой энергии, когда ( ) <1. Для учета влияния реакции на вид функции распределения на основании (2.58) от однородного уравнения (2.70) переходим к соответствующему неоднородному [c.50]

Спецификой плазмохимического процесса являются большие скорости протекания химических реакций и большие перепады температуры. В связи с этим коэффициенты Т) и производные концентраций изменяются в очень широком диапазоне (до 14 порядков), что создает дополнительные трудности для изучения этого процесса на ЭАВМ. Ввиду этого моделирование задачи было проведено путем разбиения всего времени процесса на участки. Величина каждого участка определялась так, чтобы в его пределах константы скоростей к (Т) изменялись на два порядка за счет соответствуюгдего изменения температуры Т. Таким образом, нелинейные зависимости (Т) задавались с переменными от участка к участку масштабами. [c.237]

Современные плазмохимические процессы (и, в частности, ряд многотоннажных промышленных процессов) организуются, как правило, таким образом, что потоки плазмы и сырья вводятся в плазмохимический реактор раздельно [1—3]. Для того чтобы достигнуть желаемого результата — провести в реакторе химическую реакцию, необходимо прежде всего перемешать сырье с плазмой. При этом по самой суш,ности химршеской реакции требуется, чтобы молекулы реагентов находились в непосредственном контакте. Это означает, что сырье должно быть перемешано с плазмой до молекулярных масштабов независимо от того, является ли плазма реагентом или только энергоносителем, поскольку перенос энергии от частиц плазмы к молекулам реагента происходит также на молекулярном уровне. Одной из характерных особенностей плазмохимической технологии является использование весьма высоких температур — от2-10 до (10—15)-10 °К. При таких температурах скорости химических реакций возрастают настолько, что характерные времена этих реакций становятся сравнимыми с характерными временами процессов переноса. Поэтому в процессе перемешивания реагента с плазмой, характерное время которого становится сравнимым по величине с характерным временем химических реакций, реагент может испытывать значительное превраш,ение. Для сокращения времени перемешивания последнее производят в условиях интенсивной турбулентности. Однако и в этих условиях время перемешивания остается еще достаточно большим для того, чтобы реагент в процессе перемешивания испытывал заметное превращение. При расчетах, моделировании и оптимизации плазмохимического реактора необходимо учитывать степень этого превращения, которая определяется геометрическими и гидродинамическими особенностями реактора-смесрхтеля. Следовательно, возникает необходимость рассчитывать степень превращения данного реагента в процессе его турбулентного перемешивания с плазмой в условиях, когда характерные времена химического превращения и физического процесса турбулентного перемешивания сравнимы по величине между собой. Эта задача неновая и возникает всякий раз, когда приходигся иметь дело с быстрыми и очень быстрыми химическими реакциями, нанример при расчете процессов горения в турбулентных потоках, определении параметров баллистических следов, остающихся за телами, перемещающимися с большими скоростями в газах и жидкостях, и определении констант скоростей биохимических реакций в растворах [4, 5]. [c.198]