燃烧原理与设备第三篇.ppt

第三篇 燃烧基本原理 燃烧过程是一种复杂的化学过程和物理过程，不仅需要温度和浓度条件，而且需要一定的时间和空间。我们将燃烧的整个过程人为地分为三个阶段，即： τ=τ混+τ热+τ化 燃烧过程的分类： 1、动力燃烧、扩散燃烧、中间燃烧 2、层流燃烧、紊流燃烧、过渡燃烧 3、同相燃烧、异相燃烧 第七章 射流混合过程 静止气体中的自由射流 同向平行流中的自由射流 交叉射流 环状射流和同心射流 旋转射流 第八章燃烧反应速度和机理第一节化学反应速度 质量作用定律：在一定温度下，气相化学反应速度与当时的反应物浓度的乘积成正比。 K反应速度常数 x+y反应级数 阿累尼乌斯定律：反应速度常数 K0取决于反应物的常数 R通用气体常数 E活化能，其数值取决于反应物 简单反应：化学反应的反应物只经一步即直接生成最终产物的反应称为简单反应或基元反应。 复杂反应：需要经过中间反应步骤才能完成的反应。确定复杂反应的反应速度时，必须寻求诸基元反应中那个反应速度最慢的基元反应，其反应速度就是整个复杂反应的速度，我们称这个基元反应为复杂反应中的控制反应。 麦克斯韦速度分布函数： 分子碰撞理论 化学反应是反应物分子解体，而重新结合成新的分子结构。化学反应是如何进行的呢？ 分子运动理论启发我们假设：当反应物分子群与其他反应物分子群混在一起时，分子运动必然发生碰撞，在一定条件下，就可能使反应物原分子结构解体，重新组合成新的分子结构，完成全部化学反应。 如果设想正确，我们可据此计算出分子碰撞次数与反应速度有关，与质量作用定律和阿累尼乌斯定律相符合。 对于简单反应：A+B=C+D 假设：1）分子是刚体 2）稀释气体 有效碰撞频率为： 绝对反应速度理论 对于复杂的分子，碰撞理论计算与事实相差很大，另外分子碰撞理论中反应速度系数只能靠实验计算出来。绝对反应速度理论用分子的参数来计算反应速度。论点如下：当具有一定能量的分子（大于活化能）相互碰撞时，首先形成一种过渡状态的活化络合物M*，过一段时间，这个活化络合物分解成生成物，即 A+B→M* M* →C+D 每个M*分解所需时间为τ，则反应速度 W=nm*/τ τ=hp/(kT) hp为普朗克常数，k为波尔兹曼常数 平衡常数K=nm*/(nAnB) 故： 第二节可燃气体燃烧反应机理 连锁反应：是一种需要经过若干中间基元反应才能完成的复杂反应，中间反应会产生一些活性很高的中间活性产物（活化中心），再由活化中心与原始反应物进行化学反应，这时除产生最终生成物外，同时也产生若干活化中心，因此可以使化学反应得以继续下去，在这种化学反应中，活化中心起着一种中间链节的作用，故称其为链锁反应。 如果一链锁反应基本环节完成后，再生出来的活化中心数多于反应开始时的活化中心数（活化中心增殖），称为支链反应。由前苏联学者1927年发现的。 氢的燃烧反应机理 氢的燃烧反应机理被认为是典型的支链反应。 链的产生：H2+O2→2OH H2+M→2H+M O2+O2→O3+O 链的继续与支化：H+O2→OH+O OH+H2→H2O+H O+H2→H+OH 器壁断链：H+器壁→0.5H2 OH+器壁→0.5(H2O2) O+器壁→0.5O2 空间断链：H+O2+M→HO2+M* O+O2+M →O3+M* O+H2+M→H2O+M* 将链的支化反应合并为： H+3H2+O2→2H2O+3H 如果按反应式：2H2+O2→2H2O，反应速度应该是： H2的反应速度取决于链的支化三个反应，第一个反应的活化能最大，因此总体来说，反应速度取决于反应：H+O2→OH+ O，估计到温度的影响，氢的反应速度为： 一氧化碳的燃烧反应机理 实践证明只有存在H2O的情况下，CO才有可能开始快速的燃烧反应。 链的产生：H2O+CO→H2+CO2 H2+O2→2OH 链的继续：OH+CO→CO2+H 链的支化：H+O2→OH+O O+H2→H+OH 断链：　　H+器壁→0.5H2 CO+O→CO2 一氧化碳的化学反应速度见P91公式8-5 甲烷的燃烧反应机理 碳氢化合物的燃烧反应机理很复杂，各类碳氢化合物再较低温度下即开始氧化，温度区域不同，反应机理往往不同，在高温下除了氧化反应外，还存在着分解和裂化反应。 详细介绍见教材P91~92。 链锁反应的特点