燃气燃烧反应动力.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 燃气燃烧反应动力学,第一节 化学反应速度及其影响因素,第二节 燃气燃烧反应的机理,第三节 燃气的着火,第四节 燃气的点火,第一节 化学反应速度及其影响因素,一、化学反应速度的表征,化学反应速度：一般用单位时间内单位体积中反应物消耗的摩尔数来衡量二、影响化学反速度的因素浓度、压力和温度,、浓度对化学反应速度的影响,n,=,a,+,b,称为该化学反应的总级数，一般由实验确定，简单反应的级数常常与反应分子数相同二、压力对化学反应速度的影响,情况一：有,N,mo,l气体充满体积为,V,1,的容器，压力为,p,1,，则反应速度为,情况二：温度不变情况下，改变容器的体积为,V,2,，对应的压力为,p,2,，则反应速度为,三、温度对反应速度的影响,Arrhenius 方程：,该方程是一经验公式也可以从气体反应动力学推导而来设气体的总分子数为,N,0,，则其能量分布关系式为,式中：,E,，分子动能，,J/mol设,摩尔质量，则,活化能,E,a,：分子活化而发生化学反应具有的最小能量能量超过,E,a,的分子数,N,a,（活化分子数）为,W,0,，假定所有分子碰撞均有效时的反应速度。

附：活化能,E,a,的实验测试,作图,ln,W,-1/,T,，得到一条直线，用最小二乘法求出直线的斜率，进而求得,活化能,E,a第二节燃气燃烧反应的机理链反应,链反应：由大量反复循环的连串反应组成链反应特性：一旦被引发，就会相继发生系列基元,反应，直至反应物消耗殆尽或通过外加,因素使链环中断为止链反应由三个步骤组成：,1),链的开始（或链的引发）：产生自由原子或,自由基（称为活化中心）2)链的传递：活化中心与一般分子反应，在生成,产物的同时，能再生新的活化中心，,使反应不断进行下去3)链的终止：某一活化中心一旦变为一般分子，,则由原始传递物引发的这条链就被中断直链反应举例,：,H,2,+Cl,2,=2HCl,1)Cl,2,+M,2Cl+M,链的开始,2)Cl+H,2,HCl+H,3)H+Cl,2,HCl+Cl,4),2Cl+MCl,2,+M,链的终止,链的传递,支链反应举例：,2H,2,+O,2,=2H,2,O,链的开始：最初的活化中心可能按下列方式得到,H,2,+O,2,2OH,H,2,+M,2H+M,O,2,+O,2,O,3,+O,链的传递：,H+O,2,O+OH,O+H,2,H+OH,OH+H,2,H+H,2,O,课本上还给出了CO和CH,4,的燃烧机理。

燃气燃烧反应都是支链反应链的终止：,2H+M,H,2,+M,H+OH+M,H,2,O+M,第三节 燃气的着火,任何可燃气体在一定条件下与氧接触，都要发生氧化反应1、,稳定的氧化反应,活化中心浓度增加的数量正好补偿其销毁的数量；,生成的热量等于散失的热量2、不稳定的氧化反应,活化中心浓度增加的数量,大于,其销毁的数量；,生成的热量,大于,散失的热量由稳定的氧化反应转变为,不稳定的氧化反应而引起燃烧的一瞬间，称为,着火,根据起因不同,分为支链着火和热力着火,一、支链着火,一、支链反应速度与压力、温度的关系,压力下限与可燃混合物的组成（惰性气体、杂质）及,容器形状有关，与温度关系不大；,压力上限对惰性气体、杂质敏感，与温度关系很大，,与容器形状无关二、支链着火机理,假设：反应在等温下进行活化中心的产生速度：,式中，,C,a,，,活化中心的浓度；,W,0,，,分子活化产生活化中心的速度；,f,，由支链反应使活化中心增加的速度系数；,g,，活化中心销毁的速度系数不同情况讨论：,说明：,1、,支链反应着火前存在感应期，感应期的长短取决于初始的活化中心浓度2、,压力决定,W,0,和,二、热力着火,1、,热力着火机理,设容器体积,V，,壁面面积,F，,壁面温度,T,0,，反应物的温度,T,，反应物的浓度,C,A、,C,B,，那么,单位时间内容器中化学反应产生的热量为,单位时间内混合物通过容器向外的散热为,着火点温度下有：,T,i,与,T,0,的关系：,2、,影响热力着火的因素,（）改变炉膛壁温（加热），可使燃气达到着火点温度。

改变炉膛壁面的保温效果，即散热线的斜率降低，引起着火点温度改变不改变散热线，改变反应的压力，即改变反应速度，从而改变了发热线的位置，引起着火点温度改变改变燃气的物理化学性质（改变组成），即改变了,H、k,0,和,E,a,，从而改变着火点温度改变混合物中的可燃气体浓度，着火点温度改变第四节燃气的点火,强制点火：将小热源放入可燃混合物中，贴近热源周围的一层混合物被迅速加热并开始燃烧产生火焰，然后向系统冷的部分传播，使可燃混合物逐步着火燃烧强制点火与支链着火、热力着火的区别？,点火源,灼热的固体颗粒,电热线圈,电火花,小火焰,一、强制点火机理,3、,点火成功时，灼热颗粒表面形成的火焰层的厚度,设火焰内侧的最高温度为,T,f,，根据热平衡可求火焰层厚度强制点火温度比自动着火点温度要高点火成功时，灼热固体颗粒表面的温度梯度d,T,/d,x,=0二、热球或热棒点火,点燃条件：,当,T,w,=,T,i,s,时，上式取等号灼热颗粒点火的影响因素：,思考,：对于灼热颗粒点火来说，,P、,g,、,Pr、Nu,如何影响点火温度？,提示：,三、扁平火焰点火,实验表明，扁平点火火焰的临界厚度是火焰稳定传播时焰面厚度的两倍。

影响因素分析：,1.要点燃导热率大的可燃物，要用温度高厚度大的火焰2.若可燃物的析热率高，点火火焰的临界厚度可以减小若燃烧为二级化学反应，临界厚度与压力成反比课后自行思考其它的影响因素，并进行分析四、电火花点火,1、电火花点火机理,电火花点火：把两个电极放在可燃混合物中，通高压,电，打出火花，使混合物点火电火花点火分两个阶段：,第一阶段 电火花加热可燃混合物使之局部着火，,形成初始火焰中心第二阶段 初始火焰中心向未着火的混合物传播，,使其燃烧第一阶段引出最小点火能,E,min,的概念；第二阶段引出熄火距离,d,q,的概念最小点火能,E,min,当电极间可燃混合物的浓度、温度和压力一定时，若要形成初始火焰中心，放电量必须有一最小值初始火焰中心必须要达到一定的尺寸，使其析热率足以抵偿预热外层未燃气体的热损失率最小点火能就是为建立临界最小尺寸火焰,所需要的最小能量熄火距离,d,q,点火能与电极间距的关系见上图最小点火能,E,min,和熄火距离,d,q,随混合物中燃气含量的变化曲线均呈U形最小点火能,E,min,最小值,和熄火距离,d,q,的最小值一般都在靠近化学计量混合比之处2、,电火花点火所需形成的最小火球尺寸,电火花点火形成火球，其最高温度是混合气的理论燃烧温度,T,m,。

若点火成功，在火焰开始传播的瞬间至少满足：化学反应放出的能量等与火球表面导走的能量设可燃气在混合物中的体积百分比浓度为,y,，燃烧为二级化学反应，则有,课后自行思考其它影响,r,min,因素，并进行分析3、,静止混合气中的最小点火能,课后自行思考其它影响,E,min,因素，并进行分析。