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chapter燃烧学绪论.ppt
燃料与燃烧学 考核方式 总分=100 % =平时成绩30%+期末考试70% 平时成绩 =30% =作业15%+实验5% +考勤10% 1、 人类认识与使用火的历史 火在自然界中是一种自发存在:火山爆发,有火;打雷闪电的时候,树林里也会起火。原始人偶尔捡到被火烧死的野兽,人们渐渐学会用火烧制作食物,并且设法把火种保存下来。 1、人类认识与使用火的历史 1、人类认识与使用火的历史 1、人类使用火的历史 2 燃烧科学的应用 电站煤粉锅炉系统简图 内燃机 能源与环境危机下的燃烧科学与技术 燃烧技术给人类文明带来巨大进步。 同时,必须看到目前人类消费的热力、电力和动力绝大部分由化石燃料转换而来(转换过程通常都要经历燃烧过程),化石燃料是古代动、植物遗骸在地壳内经过千百万年演化得到的煤、石油、天然气,它们的储存量有限的。 —— 一次能源供应危机 燃烧学的课程主要内容 化学热力学 化学动力学 传递过程 燃烧化学热力学与动力学任务 化学热力学:根据热力学第一定律分析化学能转变为热能的能量变化;分析化学平衡条件以及平衡时系统的状态 化学动力学:确定各种化学反应速度以及各种因素的影响;研究各种化学反应机理,即研究反应物过渡到生成物所经历的途径 二、阿累尼乌斯定律 Arrhenius在一系列等温条件下实验测定了反应物浓度随时间变化关系,发现反应常数k与温度的关系,温度对化学反应速度的巨大影响主要表现在反应常数上,建立了阿累尼乌斯定律: K0:频率因子 E:活化能,与反应物温度及浓度无关 阿累尼乌斯定律适用场合 简单化学反应(基元反应),或复杂化学反应中的每一步基元反应 有明确反应级数n和速度常数k的复杂反应 三、活化能E 分子运动学说:根据气体分子运动学说理论,化学反应的发生是由于反应物分子相互碰撞而引起的。 并不是每一次碰撞都会引起化学反应,只有那些动能很大,超过某一数值(即E)而足以破坏其原有结构者才会引起化学反应。这种分子称为活化分子。 化学反应本质:参与反应的物质分子中的原子重新排列组合生成新的物质的过程。破坏原有分子结构需要一定的能量,因此只有具有该能量的分子碰撞后才能引起化学反应。 活化能:使普通分子(平均能量)变为活化分子 所需能量。 E Q 活化分子起化学反应时的能量变化: 反应初,分子吸收一批能量,每mol吸收E 随着反应进行,再放出大量能量; 放出能量-E=化学反应燃烧热Q 活化分子浓度决定了化学反应速度 当温度↑时,分子平均动能↑,活化分子数↑ ↑ ,化学反应速度急剧↑ 一定温度下,E越小,活化分子数越多,反应速度越大。 褐煤: 烟煤: 无烟煤: 普通化学反应的活化能在40~400kJ/mol 范围内,E>400可以认为不起反应 k0是反应物质分子碰撞总次数的特性,分子碰撞总次数和分子运动速度成正比,而速度正比于 T1/2 ,因此 (3)反应常数与T的变化关系 温度由低向高,反应常数不断增大,增加速度越来越大(等比数列关系),但是最终增速将减慢下来。这个拐点a可以用下式求出: a 得到: 拐点温度一般达到2500~25000K(对应40~400kJ/mol),一般燃烧技术上不可能达到此温度,因此一般只画出或研究k对T的前半段。 a 提高温度对化学反应速度的影响: 对于活化能大的反应更为显著 E=80和E=160kJ/mol的反应,当温度由1500K升高到1600K时,前者加速1.51倍,而后者增加2.3倍。 1.3 小 结 质量作用定律 反应级数(0,1,2) 压力对化学反应速度的影响 温度对于化学反应速度的影响 1.4 链式化学反应 链式反应与简单反应的主要不同点在于反应中存在一种称为“自由基”的链载体,它是分子获得能量而裂解成的原子或原子基团。 * 在链式反应过程中,开始阶段的反应速度取决于由麦-波能量分布规律所决定的活化分子数目,即初始活化分子浓度。 1.4.1 链式反应 由反应本身所创造的活化分子数目远远超过麦-波定律所决定的分子数目。 定义:是一种在反应过程中含有自由原子或自由基等活化物质的特殊反应,如果通过某一种方式(如光照射等)将其引发,便相继发生一系列的链锁反应,使反应一环扣一环的不断进行下去。 麦-波定律 原子弹装药重6.1千克,TNT当量2.2万吨,试验中产生了上千万度的高温和数百亿个大气压,致使一座30米高的铁塔被熔化为气体,并在地面上形成一个巨大的弹坑.在半径为400米的范围内,沙石被熔化成了黄绿色的玻璃状物质,半径为1600米的范围内,所有的动物全部死亡. 二、反应焓与燃烧焓 在特定的温度压力下
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