Kinetica arderii este o teorie a vitezei și a mecanismului reacțiilor chimice în timpul arderii combustibililor.
(NOTĂ: RATA DE REACȚIE A CONCENTRAȚIEI ȘI TEMPERATURII IMPACTATE)
Arderea este înțeleasă ca o transformare chimică rapidă, însoțită de eliberarea unei cantități semnificative de căldură și de obicei o strălucire strălucitoare (flacără).
În cazul general, în timpul arderii, formarea de noi molecule sau redistribuirea legăturilor chimice dintre moleculele implicate în reacție.
Reacția chimică a arderii în majoritatea cazurilor este complexă, adică constă în mai multe procese chimice elementare. În plus, transformările chimice în timpul arderii sunt asociate cu un număr de procese fizice (transfer de căldură și masă) și sunt caracterizate de legitățile hidro și gazdynamice corespunzătoare
Combustia este reacția chimică rapidă a combinației de componente combustibile cu oxigen, însoțită de o eliberare puternică de căldură și de o creștere bruscă a temperaturii.
Reacțiile de ardere sunt descrise prin ecuațiile stoichiometrice care caracterizează intrarea calitativă și cantitativă a reacției și substanțele formate ca urmare a acesteia.
2CO + 02 = 2CO2 + 67,5 kcal / mol
Conform acestei ecuații, este posibil să se determine cantitatea de oxigen necesară pentru arderea oricărui gaz de hidrocarburi sau așa-numitul coeficient stoechiometric.
La 1 m3 de oxigen, sunt 4,76 m 3 de aer și 3,76 m 3 de azot.
Conform formulei, se determină debitul teoretic de aer Vm.
În practicarea alimentării cu gaz pentru arderea gazelor la arzătoarele cu gaz, este furnizat mai mult aer decât este cerut de ecuațiile stoichiometrice. Aceasta se explică prin faptul că, pentru arderea completă a gazului, este necesar să se furnizeze cantitatea potrivită de oxidant, pe lângă aceasta, pentru a asigura o bună amestecare a gazului și aerului, adică asigură numărul maxim de coliziuni favorabile ale moleculelor de gaz și de aer. Această cantitate de aer se numește Vd real.
Excesul de aer este caracterizat de un exces de aer:
a depinde de metoda de ardere a gazului și de proiectarea arzătorului de gaz.
O caracteristică caracteristică a arderii este capacitatea de a se răspândi spațial. Acest lucru se datorează fie difuzării particulelor active în amestecul de combustibil, fie formării de noi centre active datorită furnizării de energie sub formă de căldură din zonele de reacții chimice. În primul caz vorbim de difuzie, iar în al doilea caz, mecanismul termic al propagării flăcării.
Pentru orice tip de combustie, două etape tipice sunt aprinderea și arderea ulterioară a combustibilului. Timpul petrecut în ambele etape este timpul total de ardere. Asigurarea unui minim de timp total de ardere la generarea maximă de căldură este principalul obiectiv al tehnicii de combustie.
În principiul cinetic, înainte de începerea procesului de combustie, se creează un amestec omogen de combustibil care conține gazul într-o cantitate ceva mai mare decât cea cerută de rapoartele stoichiometrice. Arderea unui astfel de amestec are loc într-o flacără transparentă, rigidă, fără piroliză vizibilă (piroliză - descompunere sub influența căldurii), care conduce la formarea de particule neagră în flacără. În acest caz, combustia poate continua cu o solicitare volumetrică de căldură nelimitată, fără a se forma produse de ardere incompletă.
În mod obișnuit, pentru combustia conform principiului cinetic, se folosesc mixere speciale sau arzătoare de injecție, care pregătesc un amestec omogen de gaz-aer cu un raport aer în exces α1 = 1,02 ÷ 1,05. Cu un conținut mai scăzut de aer primar, principiul cinetic continuă numai în stadiul inițial de ardere, la utilizarea oxigenului într-un amestec cu gazul.
În funcție de numărul de atomi sau molecule care intră în compus, reacțiile sunt împărțite în ordine monomoleculară, bimoleculară și trimoleculară.
În reacțiile monomoleculare (o reacție de prim ordin), produsele se formează ca rezultat al transformării chimice a unei molecule individuale.
În reacțiile bimoleculare (reacții de ordinul doi), are loc o interacțiune între două molecule sau atomi sau un atom și o moleculă.
În reacțiile tri-moleculare (o reacție de ordinul trei), trei particule interacționează.
Cu cât ordinea reacției este mai mare, cu atât este mai lent. deoarece pentru realizarea sa este necesar să colizăm simultan mai multe molecule sau atomi. Reacțiile mai mari decât cea de-a treia ordine nu apar, deoarece coliziunea simultană a patru sau mai multe molecule care au suficientă energie pentru reacție este puțin probabilă.
Distingeți între arderea omogenă și eterogenă. În combustia omogenă, combustibilul și oxidantul sunt furnizate în aceleași stări agregate, cu cele eterogene diferite. (exemplu omogen - arderea unui amestec de gaz-aer, un exemplu de eterogenitate - arderea combustibilului solid, de exemplu lemnul în cuptor)
În dispozitivele de cuptor există o cantitate constantă de combustibil și oxidant în zona de combustie și, în consecință, o concentrație practic constantă de substanțe de reacție rămâne în timp în miezul de combustie. În aceste condiții, rata maximă de reacție poate fi obținută cu un raport al concentrațiilor de materii prime apropiate de C0O stoichiometric, în cazul în care nu rezultă nici un exces de oricare dintre ele ca urmare a reacției. Cu combustibil în exces (amestec bogat) sau la concentrație scăzută (amestec slab), viteza de reacție scade datorită scăderii volumului de căldură pe unitatea de volum. Există o limită inferioară a concentrațiilor de combustibil (NP) sub care combustia devine imposibilă și o limită superioară (VP), atunci când o creștere suplimentară a concentrației de combustibil din amestec încetează de asemenea să se ardă.
În întreaga gamă de concentrații între aceste limite, arderea este posibilă. Când arderea amestecului fierbinte într-un volum închis și absența eliminării căldurii în afara generării de căldură în timpul reacției, produsele de ardere sunt transferate către produse și conduc la o creștere maximă a temperaturii lor.
În aparatele de ardere există întotdeauna o evacuare a căldurii din zona de reacție pe suprafețele de încălzire. Odată cu creșterea temperaturii în zona de combustie principală, se mărește și îndepărtarea căldurii, în timp ce, la căldură, declanșarea căldurii scade și, împreună cu aceasta, scade temperatura produselor de combustie, deoarece chiuveta rămâne suficient de mare.
Temperatura amestecului, de la care sistemul este capabil să accelereze automat reacția la ardere stabilă, se numește temperatura de aprindere.
Combustia este precedată de un proces de aprindere a amestecului de combustibil. Procesul de aprindere poate fi forțat. sau autonom (auto-aprindere).
În cazul aprinderii forțate, se utilizează o sursă externă de energie (scânteie de lumânare electrică, produse de ardere a combustiei unui combustibil etc.) pentru inițierea reacțiilor de combustie. În amestecul de combustibil în imediata vecinătate a sursei de aprindere, se creează o creștere a temperaturii locale și acumularea de particule active. Dacă acest efect de activare este suficient pentru a crește viteza de reacție în amestec, amestecul din acest loc se va aprinde și apoi flacăra se va propaga de la sursa de aprindere pe tot volumul.
Cu aprindere autonomă, nevoia de sursă externă de energie dispare. Aici, reacțiile de ardere pornesc în detrimentul activității chimice atunci când compușii sunt combinați chiar și la temperaturi scăzute. Aceasta conduce la o creștere a temperaturii și la acumularea de particule active, iar dacă amestecul de combustibil și oxidant este uniform, aprinderea va avea loc pe tot volumul. În cazuri reale, datorită amestecării neindividuale a componentelor combustibilului, amestecul în volume nu este omogen: în unele zone nu există oxidant, în altele - combustibil. Există, de asemenea, zone în care compoziția amestecului este cea mai favorabilă pentru auto-aprindere. Aici apar primele focuri de ardere. Pe măsură ce crește temperatura și particulele active se acumulează în jurul acestor focare, flacăra se extinde pe întregul volum.
Procesul de aprindere în sine, în funcție de cauza creșterii vitezei de reacție, poate fi de natura aprinderii termice sau a lanțului.
Dacă motivul principal al creșterii rapide a vitezei de reacție este încălzirea amestecului, atunci aprinderea se numește termică. Dacă nu se observă o creștere semnificativă a temperaturii și motivul principal pentru creșterea rapidă a ratei de reacție este acumularea de radicali și atomi activi, aprinderea se numește aprindere în lanț.
În cazul aprinderii, un anumit timp scade din momentul în care amestecul este lăsat să pătrundă în vas până când temperatura și presiunea cresc brusc. În acest timp, amestecul este pregătit pentru ardere: temperatura crește, iar produsele intermediare active de ardere se acumulează.
Intervalul de timp în care amestecul devine combustibil se numește perioada de inducție sau întârzierea aprinderii.
Navigare după înregistrări
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: