Механизм и кинетика реакций горения газов

 

Реакции горения – цепные, протекают через образование и взаимодействия молекул с активными центрами (АЦ) – свободными атомами и радикалами.

    Механизмы реакций:

Горение водорода. Суммарное уравнение – 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

       Основные элементарные реакции:

1. Реакции образования АЦ (зарождение цепей):

2. Реакции продолжения цепи (получение конечного продукта):

OH + H₂ = H₂O + H

3. Реакции разветвления цепи:

H + O₂ = OH + O,   

O + H₂ = OH + H

H + H₂O = 2 OH

4. Обрыв цепей («гибель» активных центров) на стенке:

H = H_адс,  H + H_адс = H₂

O = O_адс,  O + O_адс = O₂

5. Обрыв цепей в объеме:

H + OH + M = H₂O + M^*,

 

 

Рис. 1 Соотношение скоростей элементарных актов реакции горения водорода

V _образ. = const^’ ×p ²,

V _ст = const^²× p,

V _об = const^²¢× p ³.

    Условие воспламенения газовой смеси:

Скорость образования активных центров больше скорости их исчезновения на стенке и в объеме.               V _образ.> (V _ст; V _об)

 

Горение СО.

Суммарное уравнение – 2СО + О₂ = 2СО₂

       Основные элементарные реакции:

1. Образование активных центров благодаря наличию примеси водорода

,

.

2. Реакция продолжения цепи

OH + CO = CO₂ + Н

3. Реакции разветвления цепей

Н + О₂ = ОН+ О

О + Н₂О = 2ОН

4. Реакции обрыва цепей в объеме

О + СО + М = СО₂ + М^*

О + О₂ + М =  + М

 + СО = СО₂ + О₂

Особенность кинетики горения СО. – протекание ее лишь в присутствии хотя бы

 микропримесей водорода или водяного пара.

Для интервала температур 1500 – 2500 °С кинетическое уравнение для скорости горения СО

V = k [CO]×[H₂O]_нач,                при [H₂O]_нач £ 3 об.%.

 

Горение СН₄.

Суммарное уравнение – 2СН₄ + О₂ = 2СО + 4Н₂

    Основные элементарные реакции:

Факторы, влияющие на скорость горения газов:

1. Температура.

Увеличивает скорость активации, расширяет область воспламенения.

2. Примеси (в том числе инертные газы).

Замедляют диффузию активных частиц к стенкам, уменьшают V _ст и Р₁.

Ускоряют гибель в объеме, увеличивают V _об , уменьшают Р₂

3. Форма, размер сосуда, адсорбционные свойства материала сосуда

Изменяют скорость диффузии АЦ и скорость адсорбции АЦ на стенках.