WWW.KNIGI.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |

«...»

-- [ Страница 7 ] --

Соответственно величину называют в химической кинетике характеристическим интервалом температуры. Очевидно, что величина предвзрывного саморазогрева будет тем большей, чем ниже энергия активации и выше температура; например, при Е = 120-10 Дж/(г-моль) и То = 600К За температуру самовоспламенения следует принимать начальную температуру Т о к р, так как температура отвечает лишь некоторому промежуточному состоянию реагирующей смеси, по достижении которого начинается быстрый ее саморазогрев, тогда как значения Т О к р и р О к Р — это именно те критические начальные условия, которые необходимо создать в горючей смеси для того, чтобы в ней стало возможным прогрессивное самоускорение химических реакций, завершающееся взрывом.

Возможен также несколько более точный подход к оценке критических температур и давлений самовоспламенения с учетом того, что вследствие наличия теплоотдачи в стенки сосуда температура реагирующей смеси не будет оставаться одинаковой по всему объему. В центре она будет наибольшей, а в слоях, непосредственно прилегающих к стенкам, равна температуре последних. Критические условия самовоспламенения здесь также будут отвечать нарушению равновесия между скоростью тепловыделения в центральной, наиболее нагретой части газа и теплоотводом от нее в окружающие менее горячие слои и далее в стенки с учетом профиля распределения температур в реагирующей смеси [79].

И в том, и в другом случае теория не дает ответа на вопрос, с какой скоростью будут развиваться предпламенные реакции и через сколько времени произойдет самовоспламенение. Она лишь позволяет установить зависимости так называемых границ самовоспламенения от температуры, давления, порядка реакции, величины энергии активации. В тех случаях, когда скорость реакции (тепловыделения) достаточно точно подчиняется классическому соотношению, границы области самовоспламенения в координатах р, Т для смеси неизменного состава имеют вид, аналогичный представленному на рис. 5, а. При постоянном начальном давлении зависимости критических температур самовоспламенения от концентрации в смеси горючего (коэффициента избытка воздуха) отвечают кривой, приведенной на рис. 5, б Сходный характер имеют зависимости критического давления от состава смеси при постоянной температуре.

Рис. 5. Примерный характер пограничных кривых областей воспламенения (заштрихованы) для реакций с нормальной кинетикой:

а — при неизменной концентрации реагентов, б — при постоянном начальном давлении в зависимости от концентрации горючего Задержки воспламенения. Из приведенного рассмотрения сущности самовоспламенения следует, что оно не может наступать мгновенно. От начала процесса — завершения нагрева горючей смеси от стенок сосуда или адиабатическим сжатием до ее воспламенения обязательно должен пройти некоторый период времени, отвечающий относительно медленному самоускорению предпламенных реакций и нагреву смеси на величину, после чего происходит быстрый их саморазгон, завершающийся взрывом.

Этот интервал времени, так называемый период задержки воспламенения, или период индукции, тем короче, чем выше скорость развития предпламенных реакций и их тепловой эффект.

Длительность задержки воспламенения, ее зависимость от температуры, давления, состава смеси представляет одну из важнейших характеристик моторного топлива, которая определяет его детонационную стойкость (октановые числа бензинов) или воспламеняемость (цетановые числа дизельных топлив).

Период задержки воспламенения зависит от скорости саморазгона предпламенных реакций и условий теплообмена, так как одна часть выделяющегося тепла расходуется на повышение температуры реагирующей смеси, что приводит к возрастанию скорости реакций, а другая часть отводится стенками.

Дифференциальное уравнение процесса разогрева смеси в замкнутом сосуде может быть записано в виде где V — объем смеси (сосуда); — теплоемкость смеси.

Проинтегрировать это уравнение в общем виде невозможно.

Приближенное его решение с рядом упрощающих допущений впервые было дано О. М. Тодесом [78]. Если пренебречь изменением концентрации и теплоотдачей в стенки в течение периода задержки, когда глубина химического превращения и разогрев смеси еще невелики, и разложить подынтегральную функцию в ряд, ограничиваясь лишь двумя первыми членами, то зависимость длительности периода задержки от температуры и давления приобретает следующий вид:

Пренебрегая членом, так как его влияние мало по сравнению с экспоненциальной зависимостью скорости реакции от температуры, получаем приближенное выражение зависимости периода задержки от начальных температуры и давления для реакций с нормальной кинетикой:

где А — постоянный коэффициент.

Из соотношений (22) и (23) следует, что длительность периода задержки воспламенения обратно пропорциональна скорости реакции при заданных значениях начальных температур и давлений. Причины подобной зависимости нетрудно понять исходя из того, что при неизменных условиях теплоотдачи воспламенение должно наступить в тот момент, когда в реагирующей смеси будет накоплено некоторое определенное, как бы критическое, количество тепла. В связи с тем, что предвзрывный саморазогрев невелик, можно считать, что время, в течение которого выделится это количество тепла, будет обратно пропорционально относительной скорости реакции при начальных условиях {р0, То).

Сопоставление рассчитанных по формуле (23) длительностей задержек воспламенения с более точными значениями, полученными численным интегрированием уравнения (21), показывает, что при коротких задержках ошибки невелики. Необходимо подчеркнуть, что соотношение (23) справедливо также и для разветвленных цепных или автокаталитических реакций, скорости которых, как отмечалось в § 3, также возрастают с температурой, взрыв должен наступить при неизменной температуре по прошествии такого промежутка времени, в течение которого будет достигнута некоторая определенная для данных аппаратурных условий критическая скорость реакции = const и соответственно = const, откуда следует, что Это выражение аналогично соотношению (22) для теплового взрыва, в связи с чем рассмотренные выше формально-кинетические зависимости достаточно хорошо подтверждаются и в случае цепочечно-теплового самовоспламенения. Необходимо лишь, чтобы кинетический механизм реакций сохранялся неизменным в диапазоне температур и давлений, отвечающих развитию предпламенных стадий процесса.

Логарифмируя выражение (23) и учитывая, что 8,3 Дж/(г*моль) Следовательно, при неизменной энергии активации Е должна существовать линейная связь между значениями lg и, а также между lg и lg p. Это позволяет довольно просто определить величину энергии активации и порядок реакции исходя из полученных экспериментально длительностей задержек воспламенения при различных температурах и давлениях. Если при постоянном давлении изменять температуру и откладывать полученные значения задержек в координатах, то величина Рис. 6. К определению энергии активации и порядка реакции по экспериментальным зависимостям задержек воспламенения от:

энергии активации будет пропорциональна тангенсу угла наклона прямой, проведенной через экспериментальные точки (рис. 6, а) и может быть вычислена по формуле Результаты опытов при постоянной начальной температуре и различных давлениях (рис. 6, 6) дают возможность вычислить значение показателя порядка по формуле Отклонение экспериментальных точек от прямых в координатах в опытах с однородными смесями свидетельствует об изменениях в механизме предпламенных реакций при переходе из одной области температур или давлений в другую. В опытах с впрыском жидкого топлива в нагретый воздух подобные же отклонения зависимостей от линейных могут вызываться тем, что, начиная с некоторых достаточно высоких температур и соответственно коротких задержек, лимитирующими являются не скорости химических реакций, а другие факторы (подробнее см. § 10).

Самовоспламенение при нагревании смеси быстрым сжатием.

В процессе быстрого сжатия гомогенной горючей смеси скорость реакций прогрессивно возрастает вследствие одновременного повышения и температуры и давления, причем температура стенок камеры сжатия обычно намного (на сотни градусов) ниже средней Температуры сжатой смеси. Это приводит к тому, что до некоторого последние оказываются более высокими, чем критические температуры воспламенения той же смеси при впуске в нагретый сосуд.

Если после достижения в результате быстрого сжатия некоторых значений Тс и рс, превышающих критические, дальнейшее сжатие прекращается (поршень стопорится в достигнутом положении), то происходящие явления остаются в общем теми же, что и при впуске смеси в нагретый сосуд. Но благодаря более быстрому нагреванию смеси представляется возможным изучать воспламенение с меньшими задержками — в пределах 1—100 мс.

В том случае, когда воспламенение возникает в процессе продолжающегося сжатия (ускорение предпламенных реакций происходит не только из-за саморазогрева реагирующей смеси, но также вследствие подвода к ней энергии извне за счет сжатия), задержки воспламенения, отсчитываемые от момента достижения критических условий, получаются очень короткими и подчиняются существенно иным зависимостям, чем при самовоспламенении в условиях постоянного объема (подробнее об этом см. § 9).

При воспламенении от сжатия первичные очаги пламени возникают в не соприкасающихся со стенками центральных частях наиболее нагретой смеси, температуру которых можно с достаточной точностью оценивать, как температуру чисто адиабатического сжатия от начального давления ра до соответствующего фактического давления политропного сжатия рс, используя формулу с учетом влияния на средние значения показателя k температуры и состава смеси. Вычисленные таким путем температуры могут существенно превышать средние температуры именно этими более высокими температурами в основном определяется скорость развития предпламенных реакций и возникновение воспламенения.

§ 5. Методы исследования самовоспламенения Вследствие важного практического значения явлений самовоспламенения в двигателях внутреннего сгорания, а также с точки зрения техники безопасности при обращении с различными горючими смесями объем исследований, направленных как на выяснение возможных пределов самовоспламенения, так и на изучение зависимостей задержек воспламенения от тех или иных факторов, очень велик.

Методы, применяемые при изучении процессов самовоспламенения, весьма разнообразны; наиболее распространенными и совершенными являются впуск однородных горючих смесей в нагретый сосуд (бомбу), метод адиабатического сжатия, сжатие смеси ударной волной, впрыск жидкого топлива в нагретый воздух.

Схематическое устройство одной из современных установок для исследования самовоспламенения углеводородовоздушных смесей при относительно больших задержках представлено на рис. 8.

Гомогенная топливовоздушная смесь, приготовленная в обогреваемом смесителе 1, снабженном электромешалкой, через быстродействующий клапан 2, управляемый ударным механизмом, перепускается в предварительно откачанный реактор 6 из жаропрочной стали. Реактор имеет наружный электрообогрев и рассчитан на давление до 10 МПа при температуре до 800° С. Длительность перепуска составляет 8—10 мс.

С целью сокращения времени и улучшения равномерности нагревания поступающей в реактор смеси применен специальный распылитель в виде тонкостенного полого стального шарика с большим числом равномерно расположенных отверстий, через которые смесь втекает в реактор в виде радиальных струек.



Pages:     | 1 |   ...   | 5 | 6 || 8 | 9 |
 


Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО АВТОМОБИЛЬНЫХ ДОРОГ РСФСР Государственный дорожный проектно-изыскательский и научно-исследовательский институт ГИПРОДОРНИИ РУКОВОДСТВО ПО СОСТАВУ МАТЕРИАЛОВ РАЗДЕЛА ПРОЕКТА (РАБОЧЕГО ПРОЕКТА) ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Часть I Автомобильные дороги и мостовые переходы Одобрено Минавтодором РСФСР от 18 апреля 1984 г. протокол № 23 Москва 1984 Руководство разработано по заданию Главдортеха, утвержденному Минавтодором РСФСР 01.02.1983 г. В нем изложены основные методики расчета степени...»

«Рекомендуемая литература по учебной дисциплине Иностранный язык (немецкий) № п/п Краткое библиографическое описание Электронный Гриф Полочный Кол-во экз. индекс 1) Wir lernen deutsch sprechen : темат. словарь-минимум по нем. языку / Иркут. Ш143.24 73 экз. гос. техн. ун-т. - Иркутск : Изд-во ИрГТУ, 2007. - 67 с. W76 2) Ардова Вера Владимировна Ш143.24 188 экз. Учебник немецкого языка : для заоч. техн. вузов / В. В. Ардова, Т. В. А79 Борисова, Н. М. Домбровская. - 4-е изд., испр. - М. : Высш....»

«Согласовано: Утверждаю: зам.директора по УВР Директор школы _ Л.В.Хмель _ Г.А.Котова Рабочая программа по химии для 8-9 классов 2 часа в неделю учитель химии Г.А.Котова 2013-2014 учебный год Пояснительная записка Рабочая программа по учебному предмету Химия, 8-9 класс составлена в соответствии требованиями Федерального компонента государственного стандарта общего образования (приказ МО РФ от 09.02.1998 №322) и Федеральным БУП для общеобразовательных учреждений РФ, примерной программы основного...»

«БИКБУЛАТОВ РУСТЕМ РАИСОВИЧ ГОМОЛИТИЧЕСКИЕ ЖИДКОФАЗНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ АЛКИЛГИПОХЛОРИТОВ Органическая химия 02.00.03АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук Уфа 1997 www.sp-department.ru Работа выполнена на кафедре биохимнн и техно.1огнн микробиологиче­ ских производств У фимекого государствеююго нефтяного тех~ШЧеского уни­ верспrета, в Научно-исследовательском институте малотоннажных химических продуктов и реактивов НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ: доктор химических наук,...»

«ХИМИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов направления бакалавриата 250100 Лесное дело Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР 2012 1 УДК 54 ББК 24 Х 46 Рекомендован к изданию в электронном виде кафедрой целлюлозно-бумажного производства, лесохимии и промышленной экологии Сыктывкарского лесного института Утвержден к изданию в электронном виде советом технологического факультета Сыктывкарского лесного института Составители: кандидат химических наук, доцент Н. К....»

«ОБЗОРНЫЕ РАБОТЫ Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 2012. – Т. 21, № 4. – С. 5-19. УДК 550.4.574 ИЗУЧЕНИЕ ВОПРОСОВ ХИМИКО-БИОТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ В БИОСФЕРЕ © 2012 С.А. Остроумов Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва (Россия) Поступила 11.01.2012 Рассмотрены две проблемы, связанные с современной типологией видов вещества в биосфере. Согласно традиционным представлениям, в биосфере представлено живое и неживое вещество. Для внесения вклада...»

«Содержание: 1. Введение 2. Инерционная сепарация пыли 3. Особенности конструкции циклона 4. Циклоны тридцатых годов ХХ века 5. Циклоны сороковых - начала пятидесятых годов ХХ века 6. Циклоны 70-х годов ХХ века 7. Особенности работы циклона 8. Существенные характерные особенности движения пылевой смеси в циклоне 9. Пути...»

«Ф.М. КАНАРЁВ kanphil@mail.ru http://kubagro.ru/science/prof.php?kanarev http://Kanarev.innoplaza.net ЯДРА АТОМОВ Анонс. Ядра атомов – основа всего материального. Человечество израсходовало самый большой интеллектуальный и финансовый капитал на их изучение. Получено огромное количество научной информации, позволившей найти, как плодотворное, так и враждебное человеку её применение. Тем не менее, мы ещё далеки от понимания законов Природы, управляющих формированием ядер атомов. Предлагаемая книга...»

«к учебнику Химия. 8 класс: Учеб. для общеобразоват. учеб. заведений / О.С. Габриелян. — 6-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2002 г. Введение § 1. Предмет химии. Вещества Ответ на вопрос 1. Хемофилия — любовь к химии, хемофобия — боязнь химии, обе эти крайние точки зрения не могут быть абсолютно правильными. Химия играет очень большую роль в жизни человека, ведь это металлургия, производство синтетических волокон, лекарственных и косметических средств, бытовой химии, в организме человека тоже...»

«Настоящая рабочая программа раскрывает содержание обучения химии в IX классе. Она рассчитана на 68 часов – два учебных часа в неделю. Изучение химии должно способствовать формированию у учащихся научной картины мира, их интеллектуальному развитию, воспитанию нравственности, готовности к труду. Изучение химии направлено на достижение следующих целей: освоение важнейших знаний об основных понятиях и законах химии, химической символике; овладение умениями наблюдать химические явления, проводить...»






 
© 2013 www.knigi.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.