燃烧第九章

Q2 = α S (T T0 )
系统升温速率
dT Q Q2 = VρC 1 dt
dT Q Q2 = 1 dt VρC
21
《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
4,放热曲线,散热曲线 ,放热曲线,
放热速率 散热速率
Q
Q = q Vk0C C e 1 Q2 = α S (T T0 )
T0' T0'' T0'''
T
相交工况:体系处于临界状态,体 系能着火.
温度较高:曲线相离,气体温度始终上升,相离工况:体系肯定能着火. 温度上升:曲线相切,临界状态,相切工况:体系处于能否着火的 23 临界状态.
《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
5.热自燃的着火条件 5.热自燃的着火条件
E RT A e C = B (TC T0 ) 2式相除,有 E A E e RTC = B RTC2 TC T0 = RTC 2 E E E 2 即,TC TC + T0 = 0, 为一元二次方程 R R
4 RT0 E E 求解有,TC = ± 1 2R 2R E
4 RT0 E E 1 取TC = 2R 2R E 25
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前一章回顾
2)温度对化学反应速度的影响
注意:适于基元反应. 注意:适于基元反应.
阿伦尼乌斯定律的应用---阿伦尼乌斯定律的应用 热爆燃
4
前一章回顾
3)压力对反应速度的影响
气态物质参加的反应,压力升高,体积减少,浓度增加, 气态物质参加的反应,压力升高,体积减少,浓度增加,压 力对化学反应速度的影响与浓度相同. 力对化学反应速度的影响与浓度相同.
工程燃烧学
1
前一章回顾
1.何谓化学反应速度?受哪些因素的影响? 何谓化学反应速度?受哪些因素的影响? 何谓化学反应速度
(1)定义:是指单位时间内由于化学反应而使反应 )定义: 物质(或产物)的浓度改变的速率. 物质(或产物)的浓度改变的速率.
平均速度 瞬时速度
W = ± C τ
dC dτ
mol/m3.s
W = ±
化学反应速度与各反应物质的浓度,温度, (2)化学反应速度与各反应物质的浓度,温度,压力 以及各物质的物理化学性质有关. 以及各物质的物理化学性质有关.
2
前一章回顾
1). 浓度对化学反应速度的影响
根据质量作用定律,反应速度与各反应物质浓度成 根据质量作用定律, 正比,其中浓度的方次为各反应物质的分子数.可知: 正比,其中浓度的方次为各反应物质的分子数.可知: 浓度越大,反应速度越快. 浓度越大,反应速度越快.
自 燃
点 燃
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第一节 几个有关着火的基本概念
着火方式 自燃:可燃物在没有外部火花,火焰等火源的作用下,因受热 自燃:可燃物在没有外部火花,火焰等火源的作用下, 或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧. 或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧. (1)热自燃:可燃物因被预先均匀加热而产生的着火; 热自燃:可燃物因被预先均匀加热而产生的着火; ( 2 ) 化学自燃 : 可燃物在常温下因自身的化学反应所产 化学自燃: 生的热量造成的着火. 生的热量造成的着火. 点燃:由于从外部能源(如电热线圈,电火花,炽热质点, 点燃:由于从外部能源(如电热线圈,电火花,炽热质点,点火 火焰等)得到了能量,致使可燃物局部受到强烈加热而着火, 火焰等)得到了能量,致使可燃物局部受到强烈加热而着火, 然后燃烧传播到整个可燃物中. 然后燃烧传播到整个可燃物中. 简言之:火焰的局部引发及其相继的传播.也称" 简言之:火焰的局部引发及其相继的传播.也称"强制着 火","引燃". 引燃"
T0'
T0'' T ''' T 0 C
T
切点3的意义: 切点 的意义:3点标志着体系处于由维持低温,稳定氧 的意义 标志着体系处于由维持低温, 化反应状态到不能维持这种状态(即到加速反应状态) 化反应状态到不能维持这种状态(即到加速反应状态) 的过渡状态,体现了体系热自燃着火条件 热自燃着火条件. 的过渡状态,体现了体系热自燃着火条件.
氧气扩散到碳表面 扩散到固体表面的气体(或氧气)须被碳表面所吸附. 扩散到固体表面的气体(或氧气)须被碳表面所吸附. 吸附的气体和碳表面进行化学反应,形成吸附后的生成 吸附的气体和碳表面进行化学反应, 物 吸附后的生成物从碳表面上解吸 解吸后的气体生成物扩散离开碳表面. 解吸后的气体生成物扩散离开碳表面.
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5.影响碳燃烧反应速度的因素有哪些? 影响碳燃烧反应速度的因素有哪些? 影响碳燃烧反应速度的因素有哪些 温度
碳燃烧时生成的CO CO的比例 碳燃烧时生成的CO2与CO的比例 低温 1:1 高温 1:2
碳粒表面特性
环境气流速度
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前一章回顾
6.在工业生产过程中,如何抑制NOx的生成? 在工业生产过程中,如何抑制 的生成? 在工业生产过程中 的生成 减少燃烧气体在高温区的停留时间 降低火焰温度 降低高温区O2的浓度 降低燃料的含氮量
《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
简化假设: 2.简化假设: 研究对象: 研究对象:预混可燃气体 (1)体积为V,表面积为S,其壁温与 体积为V,表面积为S,其壁温与 V,表面积为S, 环境温度T 相同. 环境温度T0相同. T (2)反应过程中混气的瞬时温度为T, 反应过程中混气的瞬时温度为T 且容器中各点的温度,浓度相同. 且容器中各点的温度,浓度相同.开 始时混气温度T与环境温度T 相同. 始时混气温度T与环境温度T0相同. 容器中既无自然对流, (3)容器中既无自然对流,也无强 迫对流. 迫对流. 环境与容器之间有对流换热, (4)环境与容器之间有对流换热, 对流换热系数为α 对流换热系数为α ,它不随温度变 化.
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
假定混合气体有a, 两种 假定混合气体有 ,b两种 化学反应速率 放热速率 散热速率
a b W = k0CACBe-E / RT
a A b E / RT B
Q = q Vk0C C e 1
牛顿冷却定律:Q = α (t2 t1 ) S
2.链锁反应的定义,历程和分类. 链锁反应的定义,历程和分类. 链锁反应的定义 1)是化学动力学中一类特殊的反应,只要用某种方 是化学动力学中一类特殊的反应, 是化学动力学中一类特殊的反应 式引发该反应,它便能发生一系列连续反应. 式引发该反应,它便能发生一系列连续反应.
整个反应由若干相继发生或相继平行发生的基元反应组成. 整个反应由若干相继发生或相继平行发生的基元反应组成. 每一次基元反应又会产生活化分子,且促使反应能够继续发展, 每一次基元反应又会产生活化分子,且促使反应能够继续发展, 所以链锁反应又可称为具有活化分子再生的化学反应. 所以链锁反应又可称为具有活化分子再生的化学反应. 参加反应的中间活性产物或活化中心一般是自由态原子 自由态原子或 参加反应的中间活性产物或活化中心一般是自由态原子或自由 游离基) 基(游离基).
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一章回顾
3.什么叫感应期? 什么叫感应期? 什么叫感应期
连锁反应特点--感应期 连锁反应特点--感应期 --
反 应 速 度 W τi τ
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Wmax
前一章回顾
4.固体碳粒的燃烧反应过程. 固体碳粒的燃烧反应过程. 固体碳粒的燃烧反应过程
固体碳粒(石墨) 固体碳粒(石墨)的燃烧过程是固体和气体之间 进行的异相化学反应,包括扩散,吸附和化学反应, 进行的异相化学反应,包括扩散,吸附和化学反应, 进行五个连续的步骤 五个连续的步骤: 进行五个连续的步骤:
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
临界状态 界状态 方程: 方程:
[Q1 ]T =T = [Q2 ]T =T C C Q1 Q2 = T T =TC T T =T
Q = AeE / RT 1
Q2 = B (T T0 )
C
热自燃着火温度T 热自燃着火温度 C的求解
《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
4 RT0 E E TC = 1 E 2R 2R
着火温度
在一般情况下,由于活化能E很大, 在一般情况下,由于活化能E很大,认为
Q Q1 Q2
Tc ≈ T0
a A
Q1
b E / RT B
Q = Ae 1
E / RT
Q2 = B (T T0 )
Q2' Q '' 2 Q2'''
2
3 1 T
T0' T0''
T0'''
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
Q1
Q2 '
Q 2
Q2
''
Q2'''
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温度较低:放热与散热曲线 相交1,2两点,Q1>Q2,T上升 至T1;T1<T<T2, Q1<Q2, T下 降到T1,因此1点是低温区稳定 点,处于低温氧化态; T＞T2 , Q1>Q2 ,因此2点非 稳定点,但是热力学非自发 状态.
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第九章
着火过程
几个有关着火的基本概念 重点) 重点 着火理论 (重点 点火过程
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第一节 几个有关着火的基本概念
着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后, 着火过程是指燃料与氧化剂分子均匀混合后,从 是指燃料与氧化剂分子均匀混合后 开始化学反应, 开始化学反应,温度升高达到激烈的燃烧反应的一段 过程. 过程. 着 火
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试判断下列情况下的着火方式各属什么 试判断下列情况下的着火方式各属什么 着火方式 类型? 类型?
1, 厨房热锅中植物油着火 2, CaC2遇水发生的爆炸 4, Use a lighter to ignite a cigarette 5, 新疆克拉玛依幼儿园剧场着火
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第九章 着火过程
51谢苗诺夫自燃着火理论链锁反应着火理论工程燃烧学第九章52出发点出发点理论推导理论推导结论结论谢氏理论定性定量着火条件临界环境温度临界换热系数临界压力着火点t预测自燃着火极限应用应用53出发点理论推导结论链锁着火理论定性定量着火条件54一易自燃的化合物与单质二煤植物涂油物的自燃一与水作用发生自燃的物质二在空气中能自燃的物质三相互接触能自燃的物质四与氧化剂混合在摩擦或撞击下能着火或爆炸的可燃固体一煤的自燃二植物自燃三涂油物的自燃55一与水作用发生自燃的物质1活泼金属
几个有关着火的基本概念 着火理论 点火过程
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《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
谢苗诺夫着火理论 谢苗诺夫着火理论的基本内容 谢苗诺夫着火理论的应用 谢苗诺夫着火理论的局限性 1.基本思想 基本思想: 1.基本思想:
某一反应体系在初始条件下,进行缓慢的氧化还原反应, 某一反应体系在初始条件下,进行缓慢的氧化还原反应, 反应产生热量,同时向环境散热,当产生的热量大于散热时, 反应产生热量,同时向环境散热,当产生的热量大于散热时, 体系的温度升高,化学反应速度加快,产生更多的热量, 体系的温度升高,化学反应速度加快,产生更多的热量,反应 体系的温度进一步升高,直至着火燃烧. 体系的温度进一步升高,直至着火燃烧. 出发点:即自热体系着火成功与否取决于其放热因素和散 出发点:即自热体系着火成功与否取决于其放热因素和 放热因素 热因素的相互关系 的相互关系. 热因素的相互关系. 18
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前一章回顾
2)链锁反应历程: 2)链锁反应历程: 链锁反应历程 链引发--由反应物分子生成自由基的反应. --由反应物分子生成自由基的反应 链引发--由反应物分子生成自由基的反应. 链传递---自由基与分子相互作用的交替过程 链传递--自由基与分子相互作用的交替过程 链终止--当自由基被消除时链就中止.销毁方式: --当自由基被消除时链就中止 链终止--当自由基被消除时链就中止.销毁方式:气 相销毁和固相销毁. 相销毁和固相销毁. 3)分为两大类: 3)分为两大类: 分为两大类 (1)直链反应(如H2+Cl2) )直链反应( (2)支链反应(H2+O2) )支链反应(
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T0 0 r
《工程燃烧学》--第九章 工程燃烧学》--第九章
第二节 着火理论
3,放热速率,散热速率 放热速率, 放热速率: 放热速率:体系中单位时间由化学反应放出的热量的混 气平均向外界环境散发的热量. 气平均向外界环境散发的热量.
散热速度: 散热速度:体系中单位时间的混气平均向外界环境 散发的热量. 散发的热量.
Q1 Q 2 Q2 ' Q2'' Q2'''
3 1
自燃准则:壁温T 自燃准则:壁温T0''是 个极限值,超过这个温度, 个极限值,超过这个温度, 反应就会不断加速直至着 火,该温度称为临界环境 温度, Ta,cr表示 表示. 温度,用Ta,cr表示. 临界条件: 临界条件:放热和散热曲 线切点3 称为自然点, 线切点3,称为自然点, 一般用T 表示. 一般用TC表示.