Равновесное горение. Лекция 3

Август 24, 2022

Главная
Химия
Равновесное горение. Лекция 3

Содержание

2. ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ПРИ ГОРЕНИИ Горение — это непрерывный процесс тепловыделения, теплообмена и массообмена.
3. Химическое превращение веществ на молекулярном уровне начинается с массообменных и теплообменных процессов. Молекулы соударяются, обмениваются энергией,
4. Эта тепловая энергия распространяется на тепловое возбуждение ближайших молекул, которые, в свою очередь, вступают в химическое
5. Такие процессы изучаются специальным разделом науки — химической физикой. Поэтому при макрокинетическом рассмотрении процессов горения является
6. В зоне горения могут сразу возникнуть процессы как диффузии, так и теплопередачи.
7. Если рассмотреть равномерно перемешанную смесь горючего с окислителем, равномерно прогретую по всему объему, то в момент
8. Одновременно с возникновением новых молекул продуктов горения в зоне реакции горения выделяется тепловая энергия, которая нагревает
9. Роль конвекции в механизме диффузионного горения. Особую роль в процессах горения, особенно диффузионного, играют явления конвекции.
10. Конвективные потоки над зоной горения являются механизмом уноса горячих продуктов горения из зоны реакции, а также
11. Наибольшее значение имеют конвективные потоки при горении жидких и твердых горючих материалов.
12. При горении горючих газов газовоздушная смесь может формироваться за счет кинетической энергии вытекающего газа. При горении
13. Скорость протекания процессов тепло- и массообмена конвекцией будет определяться: - скоростью выделения теплоты в зоне горения,
14. Скорость выделения теплоты в зоне горения (q1) определяется также скоростью химической окислительно-восстановительной реакции, протекающей между горючим
15. Возникновение и протекание процесса горения определяется не только физико-химическими свойствами топлива и окислителя, но и теплотворной
16. После возникновения горения источником поджигания горючей смеси является сама зона горения, в которой происходит интенсивное выделение
17. При сравнительно медленном распространении зоны химических реакций по горючей смеси (Wp.п = 0,5 ± 50 м/с)
18. Горение, распространяющееся со скоростью ударной волны, т.е. от нескольких сот метров в секунду до нескольких километров
19. В условиях пожара горение протекает в основном в дефлаграционном режиме.
20. В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси в зоне протекания химических реакций взаимодействия горючего с
21. Гомогенное горение — это горение, когда оба компонента находятся в одном агрегатном состоянии. Гетерогенное горение —
22. Горючие газы, жидкости и многие твердые вещества и материалы горят на пожаре преимущественно в режиме гомогенного
23. Тление углеродного остатка твердых горючих материалов, когда все летучие компоненты уже выгорели из прогретого слоя, является
24. Для протекания химической окислительно-восстановительной реакции между горючим и окислителем должен произойти физический процесс — смесеобразование между
25. В зависимости от условий смесеобразования горючего и окислителя и от соотношения скорости химической окислительно-восстановительной (о/в) реакции
26. Горение предварительно равномерно перемешанных газов или паровоздушных смесей всегда протекает в кинетическом режиме, так как скорость
27. Если компоненты горючей смеси смешиваются непосредственно перед зоной горения или в самой зоне, то наблюдается диффузионное
28. Скорость горения определяется (лимитируется) диффузией окислителя в зону горения.
29. Скорость химической окислительно-восстановительной реакции на несколько порядков выше скорости диффузии, поэтому скорость кинетического горения горючих смесей
30. Согласно закону действия масс Гульдберга и Вааге: В однородной среде при постоянной температуре скорость реакции пропорциональна
31. Скорость любой химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и определяется следующим математическим выражением: где Wx.р
32. Скорость химической реакции зависит также от температуры согласно закону Вант-Гоффа: где Τ1, Т2 — исходная и
33. Значительное влияние на процесс горения оказывает газодинамическое состояние компонентов горючей смеси в зоне реакции. Оно характеризуется
34. Численное значение критерия Рейнольдса имеет важное значение. Если критерий Рейнольдса для потока компонентов горючей смеси будет
35. Турбулентный режим горения характеризуется интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с непрореагировавшей смесью, отрывами клубящихся зон горения
36. По своей физической сущности видимое нами при горении пламя представляет собой газовую оболочку, в которой происходит
37. Появившееся при горении пламя всегда испускает свет. Свечение пламени может иметь различную интенсивность и оттенок. Всякое
38. Свечение пламени имеет химическую природу и определяется радикалами С•, СН•, Н•, НСО• и др. При этом
39. При горении различных веществ можно отметить три вида пламени: 1) пламя неяркое (почти бесцветное); 2) пламя
40. Веществ, горящих бесцветным пламенем, очень мало. Они обычно содержат большое количество водорода, серы и кислорода.
41. При увеличении в веществах количества углерода пламя становится светящимся, а при избытке углерода оно начинает коптить.
42. Температура пламени зависит от природы горючих газов и паров. Высокая температура пламени получается при горении метана
43. Температура пламени уменьшается с увеличением его яркости, температура большого яркого пламени обычно ниже, чем небольшого и
44. Характер пламени определяется также скоростью сгорания газа. При равных условиях истечения газов быстро сгорающие газы имеют
46. Скачать презентацию

Слайд 2

ТЕПЛО- И МАССООБМЕН ПРИ ГОРЕНИИ
Горение — это непрерывный процесс тепловыделения,

теплообмена и массообмена.

Слайд 3

Химическое превращение веществ на молекулярном уровне начинается с массообменных и теплообменных

процессов. Молекулы соударяются, обмениваются энергией, и если энергия соударения велика, происходит разрыв внутримолекулярных связей и обмен атомами между молекулами. При этом возникают новые химические соединения, а выделяющаяся тепловая энергия передается в окружающее пространство.

Слайд 4

Эта тепловая энергия распространяется на тепловое возбуждение ближайших молекул, которые, в

свою очередь, вступают в химическое взаимодействие. Таким образом, продолжается цепочка процесса реагирования.

Слайд 5

Такие процессы изучаются специальным разделом науки — химической физикой. Поэтому при

макрокинетическом рассмотрении процессов горения является достаточно очевидным тепло- и массообмен в горении. В однородной и изотермической среде процесс горения создает неоднородность состава среды, а также и поля температур.

Слайд 6

В зоне горения могут сразу возникнуть процессы как диффузии, так и

теплопередачи.

Слайд 7

Если рассмотреть равномерно перемешанную смесь горючего с окислителем, равномерно прогретую по

всему объему, то в момент воспламенения такой смеси возникают новые молекулы, которые по законам диффузии начинают распространяться из зоны горения в окружающее пространство.

Слайд 8

Одновременно с возникновением новых молекул продуктов горения в зоне реакции

горения выделяется тепловая энергия, которая нагревает до высокой температуры продукты горения и начинает распространяться в окружающее пространство на еще непрореагировавшую горючую смесь — возникает процесс теплопередачи, теплообмена.

Слайд 9

Роль конвекции в механизме диффузионного горения.
Особую роль в процессах горения, особенно

диффузионного, играют явления конвекции.

Слайд 10

Конвективные потоки над зоной горения являются механизмом уноса горячих продуктов горения

из зоны реакции, а также обусловливают приток свежего воздуха, богатого кислородом, в зону горения.
Конвективные потоки газов определяют интенсивность процессов диффузионного горения, формируют размеры и форму факела пламени, температуру факела и другие параметры процессов диффузионного горения.

Слайд 11

Наибольшее значение имеют конвективные потоки при горении жидких и твердых горючих

материалов.

Слайд 12

При горении горючих газов газовоздушная смесь может формироваться за счет кинетической

энергии вытекающего газа.
При горении сжиженных газов, горючих жидкостей и твердых горючих материалов их пары и продукты термического разложения, вступающие в реакцию горения над поверхностью жидкого (над зеркалом жидкости) или твердого горючего материала, смешиваются с воздухом и образуют горючую смесь только по механизму молекулярной и конвективной диффузии.

Слайд 13

Скорость протекания процессов тепло- и массообмена конвекцией будет определяться:
- скоростью выделения

теплоты в зоне горения,
- теплотворной способностью топлива — количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании единицы массы или единицы объема горючего вещества или горючего материала.

Слайд 14

Скорость выделения теплоты в зоне горения (q1) определяется также скоростью химической

окислительно-восстановительной реакции, протекающей между горючим и окислителем, и описывается уравнением
где Qгор — теплота сгорания, кДж/моль; V — объем горючей смеси; k — константа скорости реакции горения; С1, С0 — концентрация горючего и окислителя соответственно; n1, n2 — порядки реакции по горючему и окислителю; Eакт — энергия активации реакции, кДж/моль; R — универсальная газовая постоянная; Τ — температура, К.

Слайд 15

Возникновение и протекание процесса горения определяется не только физико-химическими свойствами топлива

и окислителя, но и теплотворной способностью топлива, скоростью протекания процессов массо- и теплообмена, конвекции.

Слайд 16

После возникновения горения источником поджигания горючей смеси является сама зона горения,

в которой происходит интенсивное выделение теплоты.
Эта теплота является причиной непрерывного поддержания процесса горения — распространения зоны горения по горючей смеси.

Слайд 17

При сравнительно медленном распространении зоны химических реакций по горючей смеси (Wp.п

= 0,5 ± 50 м/с) наблюдается дефлаграционный режим горения.

Слайд 18

Горение, распространяющееся со скоростью ударной волны, т.е. от нескольких сот метров

в секунду до нескольких километров в секунду, является детонационным.

Слайд 19

В условиях пожара горение протекает в основном в дефлаграционном режиме.

Слайд 20

В зависимости от агрегатного состояния компонентов горючей смеси в зоне протекания

химических реакций взаимодействия горючего с окислителем различают два вида горения: гомогенное и гетерогенное.

Слайд 21

Гомогенное горение — это горение, когда оба компонента находятся в одном

агрегатном состоянии.
Гетерогенное горение — это горение, когда агрегатное состояние у компонентов различное (разнофазное).

Слайд 22

Горючие газы, жидкости и многие твердые вещества и материалы горят на

пожаре преимущественно в режиме гомогенного пламенного горения.
В зону горения поступают продукты их испарения (при горении жидкостей) и продукты термического разложения (при горении твердых материалов).

Слайд 23

Тление углеродного остатка твердых горючих материалов, когда все летучие компоненты уже

выгорели из прогретого слоя, является гетерогенным беспламенным горением в условиях пожара.

Слайд 24

Для протекания химической окислительно-восстановительной реакции между горючим и окислителем должен произойти

физический процесс — смесеобразование между горючим и окислителем.

Слайд 25

В зависимости от условий смесеобразования горючего и окислителя и от соотношения

скорости химической окислительно-восстановительной (о/в) реакции и скорости смесеобразования различают два режима горения — кинетический и диффузионный.

Слайд 26

Горение предварительно равномерно перемешанных газов или паровоздушных смесей всегда протекает в

кинетическом режиме, так как скорость процесса горения лимитируется только скоростью химической о/в реакции и W перемещения зоны горения по горючей смеси (кинетическое горение).

Слайд 27

Если компоненты горючей смеси смешиваются непосредственно перед зоной горения или в

самой зоне, то наблюдается диффузионное горение.

Слайд 28

Скорость горения определяется (лимитируется) диффузией окислителя в зону горения.

Слайд 29

Скорость химической окислительно-восстановительной реакции на несколько порядков выше скорости диффузии, поэтому

скорость кинетического горения горючих смесей значительно превышает скорость диффузионного горения.

Слайд 30

Согласно закону действия масс Гульдберга и Вааге:
В однородной среде при

постоянной температуре скорость реакции пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ.

Слайд 31

Скорость любой химической реакции зависит от концентрации реагирующих веществ и определяется

следующим математическим выражением:
где Wx.р — скорость химической реакции;
k — константа скорости реакции;
С1, С2 — концентрации реагирующих веществ;
n, т — порядки реакции по реагирующим веществам.

Слайд 32

Скорость химической реакции зависит также от температуры согласно закону Вант-Гоффа:
где

Τ1, Т2 — исходная и конечная температура реакционной смеси; а температурный коэффициент скорости реакции.

Слайд 33

Значительное влияние на процесс горения оказывает газодинамическое состояние компонентов горючей смеси

в зоне реакции. Оно характеризуется интенсивностью их поступления в зону горения. Если компоненты горючей смеси поступают в зону горения сравнительно спокойно, то численное значение критерия Рейнольдса будет значительно меньше критического. В этом случае процесс горения будет ламинарным (спокойным) с постепенным, плавным переходом от зоны смесеобразования к зоне горения и далее — к зоне формирования потока оттекающих продуктов горения.

Слайд 34

Численное значение критерия Рейнольдса имеет важное значение. Если критерий Рейнольдса для

потока компонентов горючей смеси будет иметь численное значение, близкое к критическому, или находиться в переходной области значений (2300 < Re < 10000), то процесс горения будет турбулентным.

Слайд 35

Турбулентный режим горения характеризуется интенсивными завихрениями, перемешиванием продуктов горения с непрореагировавшей

смесью, отрывами клубящихся зон горения от основного факела пламени. Характерным примером такого горения является пожар на мощном газовом фонтане, крупном резервуаре, большом штабеле древесины и на других крупных объектах.

Слайд 36

По своей физической сущности видимое нами при горении пламя представляет собой

газовую оболочку, в которой происходит горение. Газы пламени накалены до высокой температуры за счет теплоты реакции горения. Горение всех жидких и газообразных веществ сопровождается пламенем.

Слайд 37

Появившееся при горении пламя всегда испускает свет. Свечение пламени может иметь

различную интенсивность и оттенок. Всякое лучеиспускание является следствием наличия возбужденных атомов в смеси, в которых электрон перескакивает с высших энергетических уровней на низшие. Атом при этом переходит в невозбужденное (нормальное) состояние.

Слайд 38

Свечение пламени имеет химическую природу и определяется радикалами С•, СН•, Н•,

НСО• и др. При этом толщина зоны свечения соответствует толщине зоны реакции и не превышает, как правило, долей миллиметра.

Слайд 39

При горении различных веществ можно отметить три вида пламени:
1) пламя

неяркое (почти бесцветное);
2) пламя яркое, желтоватого или беловатого цвета;
3) пламя окрашенное.

Слайд 40

Веществ, горящих бесцветным пламенем, очень мало. Они обычно содержат большое количество

водорода, серы и кислорода.

Слайд 41

При увеличении в веществах количества углерода пламя становится светящимся, а при

избытке углерода оно начинает коптить.
Цвет пламени от красного через желтый к ярко-белому зависит от степени накала частиц углерода, имеющихся в пламени и придающих ему яркость.

Слайд 42

Температура пламени зависит от природы горючих газов и паров.
Высокая температура

пламени получается при горении метана с воздухом — 1880 °С, при горении этилена — 1975 °С. При сжигании этих газов в чистом кислороде температура пламени будет еще выше.

Слайд 43

Температура пламени уменьшается с увеличением его яркости, температура большого яркого пламени

обычно ниже, чем небольшого и бесцветного.

Слайд 44

Характер пламени определяется также скоростью сгорания газа. При равных условиях истечения

газов быстро сгорающие газы имеют короткое пламя, медленно сгорающие — более длинное. По скорости сгорания горючие газы можно расположить в следующем порядке: Н2, С2Н2, СН4, СО.