Combustia este o reacție chimică rapidă a combinației de componente combustibile cu oxigen, însoțită de o eliberare intensă de căldură și o creștere accentuată a temperaturii produselor de combustie. Reacțiile de ardere sunt descrise de așa-numitele. ecuațiile stoichiometrice ce caracterizează intrarea calitativă și cantitativă în reacție și care se formează ca rezultat al substanței sale. Ecuația generală a reacției de ardere a oricărei hidrocarburi
unde m, n - numărul atomilor de carbon și hidrogen din moleculă; Q - efectul termic al reacției sau căldura de ardere.
Compoziția stoechiometrică a amestecului de combustibil (de la stoicheion grecesc. - Fundația Element și metreo grecesc -. Measured) - compoziția amestecului, în care agentul de oxidare cât de mult este necesar pentru oxidarea completă a combustibilului.
Reacțiile de combustie ale unor gaze sunt prezentate în tabelul. 8.1. Aceste ecuații sunt foi de bilanț, iar din ele nu se poate judeca nici rata de reacție, nici mecanismul transformărilor chimice.
Efectul termic (căldura de combustie) Q - cantitatea de căldură generată de complet kmol de ardere 1, 1 kg sau 1 m3 de gaz în condiții fizice normale. Distinge Qe și Qo valoare calorică inferioară mai mare: mai mare căldura de ardere include căldură în procesul de ardere a condensării vaporilor de apă (în realitate arderea gazului, vaporii de apă nu se condensează și se îndepărtează împreună cu alte produse de ardere). calcule tehnice De obicei, de obicei, efectuate la o căldură mai mică de ardere, exclude vaporii de apă de condensare de căldură (aproximativ 2400 kJ / kg).
Eficiența calculată pentru cea mai mică căldură de ardere este în mod formal mai mare, dar căldura de condensare a vaporilor de apă este suficient de mare și utilizarea sa este mai mult decât recomandată. Confirmarea în acest sens este utilizarea activă a echipamentelor de încălzire ale schimbătoarelor de căldură de contact, care sunt foarte diverse în ceea ce privește proiectarea.
Tabelul 8.1. Reacțiile de ardere și căldura de ardere a gazelor uscate (la 0 ° C și 101,3 kPa)
Pentru un amestec de gaze combustibile, căldura mai mare (și mai mică) de ardere a gazelor este determinată de raport
unde r1, r2. rn - fracțiile volumetrice (molare, masă) ale componentelor incluse în amestec; Q1. Q2. Qn este căldura de ardere a componentelor.
Folosind fila. 8.1, căldura mai mare și mai mică de ardere, kJ / m3, a unui gaz complex poate fi determinată prin următoarele formule:
Procesul de combustie se desfășoară mult mai complicat decât în conformitate cu formula (8.1), deoarece împreună cu ramificația lanțurilor se rup datorită formării compușilor stabili intermediari care suferă alte transformări la temperaturi ridicate. La o concentrație suficientă de oxigen se formează produse finale: vapori de apă H2O și dioxid de carbon CO 2. În absența unui agent de oxidare și, de asemenea, în timpul răcirii zonei de reacție, compușii intermediari se pot stabiliza și intra în mediu.
Intensitatea eliberării căldurii și creșterea temperaturii conduc la o creștere a sistemului de reacție a particulelor active. Această reacție în lanț relație și o caracteristică de temperatură de aproape toate procesele de ardere, a dus la introducerea conceptului de explozie cu lanț termic - ele însele reacțiile de ardere chimice sunt caracterul lanț, iar accelerația lor are loc datorită eliberării de căldură și creșterea temperaturii în sistemul de reacție.
Rata reacției chimice într-un amestec omogen este proporțională cu produsul concentrațiilor de substanțe reactive:
unde C1 și C2 sunt concentrațiile componentelor reactive, kmol / m 3; k este constanta vitezei de reacție, în funcție de natura substanțelor care reacționează și de temperatura.
Când gazul este ars, concentrațiile substanțelor reactive pot fi considerate neschimbate, deoarece în zona de combustie are loc un flux continuu de componente proaspete de compoziție unică.
Constanta de viteză a reacției (conform ecuației Arrhenius):
unde K0 este factorul pre-exponențial utilizat pentru amestecurile omogene biometrice, = 1,0; E - energie de activare, kJ / kmol; R este constanta gazului universal, J / (kg * K); T este temperatura absolută, K (° C); e este baza logaritmilor naturali.
Factorul pre-exponențial K0 poate fi interpretat ca o constantă care reflectă completitudinea coliziunii moleculelor, iar E este interpretată ca energia minimă de rupere a legăturilor de molecule și formarea de particule active care asigură eficiența coliziunii. Pentru amestecurile combustibile comune, acesta se încadrează în (80 ÷ 150) • 10 3 kJ / kmol.
Ecuația (8.6) arată că rata de reacție chimică brusc crește cu creșterea temperaturii: de exemplu, creșterea temperaturii 5-100 K implică creșterea vitezei reacției de ardere în 2 x 10 4 ÷ 5 • 10 august ori (în funcție de energia de activare).
Viteza reacțiilor de combustie este afectată de natura lanțului lor. Inițial, atomii și radicalii generați de reacție intră în compuși cu substanțele inițiale și unul cu celălalt, formând produse finale și particule noi care repetă același lanț de reacții. Creșterea generării de astfel de particule duce la "dispersarea" reacțiilor chimice - de fapt, la explozia întregului amestec.
Arderea la temperaturi ridicate a hidrocarburilor are un caracter foarte complex și este asociată cu formarea de particule active sub formă de atomi și radicali, precum și a compușilor moleculari intermediari. De exemplu, reacțiile de ardere a celei mai simple hidrocarburi - metan:
1 H + O2 -› OH + O
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: