燃?xì)鈶?yīng)用第二章ppt課件-展示頁
2025-05-10 12:08本頁面
【正文】 ? 點(diǎn)火成功時(shí)，在灼熱顆粒表面形成一火焰層，其厚度為 δ f。如果顆粒表面溫度稍高于 Tis則反應(yīng)加快，而大部分則流向周圍介質(zhì)。有一熱金屬顆粒放入可燃混合物中，其附近的溫度分布示于圖 27，當(dāng)發(fā)生放熱反應(yīng)時(shí)，溫度梯度較小，因而從表面?zhèn)飨蚪橘|(zhì)的熱流也較小。 ? 強(qiáng)制點(diǎn)火要求點(diǎn)火源處的火焰能夠傳至整個(gè)容積，因此著火的條件不僅與點(diǎn)火源的性質(zhì)有關(guān)，而且還與火焰的傳播條件有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為強(qiáng)制點(diǎn)火，簡稱點(diǎn)火。 ? 當(dāng)可燃混合物的發(fā)熱曲線 L不變時(shí)，如果散熱加強(qiáng)，直線M斜率將增大，著火點(diǎn)溫度將升高。 ? 著火點(diǎn)是一個(gè)極限狀態(tài)，超過這個(gè)狀態(tài)便有熱量積聚，使穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)為不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)。位臵時(shí)，出現(xiàn)一個(gè)切點(diǎn)，就是著火點(diǎn) i。在圖 26中發(fā)熱曲線 L將向左上方移動(dòng)。 二、熱力著火 ? 用升高壓力的辦法也能達(dá)到著火的目的。 ? i點(diǎn)是穩(wěn)定狀態(tài)的極限位臵，若容器內(nèi)壁溫度再升高，則發(fā)熱量總是大于散熱量，化學(xué)反應(yīng)就從穩(wěn)定的、緩慢的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變成為不穩(wěn)定、激烈的燃燒。因此交點(diǎn) 1是穩(wěn)定的平衡點(diǎn)。假設(shè)溫度偶然降低，則由化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的熱量將大于散失的熱量，溫度將回升到原處?？梢娙魏螠囟鹊奈⑿〔▌?dòng)都會(huì)使反應(yīng)離開平衡狀態(tài)，因而交點(diǎn) 2實(shí)際上是不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。假設(shè)由于偶然的原因使溫度下降一些，則由化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的熱量就小于散失的熱最，溫度將不斷下降。 由于容器中溫度變化不大，可以近似地認(rèn)為 α 是常數(shù) ? ?20Q B T T??圖 24 可燃混合物的熱力著火過程 圖 25 兩種平衡狀態(tài)的分析 二、熱力著火 ? 當(dāng)溫度 T0較低時(shí)，散熱線 M和發(fā)熱曲線 L有兩個(gè)交點(diǎn)： l和 2。 在著火以前，由于溫度 T不高，反應(yīng)速度很小，可以認(rèn)為反應(yīng)物濃度沒有變化。 ? 分析燃?xì)馀c空氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)的熱平衡現(xiàn)象，可以了解熱力著火的條件。 二、熱力著火 ? 一般工程上遇到的著火是由于系統(tǒng)中熱量的積聚，氧化反應(yīng)過程生成的熱量大于散失的熱量，使溫度急劇上升而引起的。 ?氫氧混合物存在一個(gè)著火半島 圖 22 著火的壓力極限 圖 23 氫氧混合物的“著火半島” 對(duì)于支鏈反應(yīng)，在著火前存在著一個(gè)感應(yīng)期，在此期間系統(tǒng)中的能量主要用于活化中心的積聚，反應(yīng)的速度極小，甚至很難察覺出來。在沒有達(dá)到熱力著火之前，反應(yīng)速度隨壓力的增加而緩慢地增加 (CD段 )。因?yàn)閴毫艿?，反?yīng)物濃度很小，為數(shù)不多的活化中心很容易撞在容器壁上而銷毀。 圖 21 鏈反應(yīng)圖式 (a)直鏈反應(yīng)； (b)支鏈反應(yīng) 一、支鏈著火 ?以氫、氧混合物的反應(yīng)為例，它有兩個(gè)壓力極限 — 下限和上限。 ? 在鏈反應(yīng)中，如果每一鏈環(huán)中有兩個(gè)或更多個(gè)活化中心可以引出新鏈環(huán)的反應(yīng)，這種鏈反應(yīng)稱為支鏈反應(yīng)，如果每一鏈環(huán)只產(chǎn)生一個(gè)新的活化中心，那么這種鏈反應(yīng)稱為直鏈反應(yīng)。 ? 由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)而引起燃燒的一瞬間，稱為著火。如果氧化反應(yīng)過程發(fā)生的熱量等于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數(shù)量正好補(bǔ)償其銷毀的數(shù)量，這個(gè)氧化反應(yīng)過程就會(huì)很緩慢，我們把這個(gè)過程稱為穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過程。這些自由原子和游離基稱為活化中心?？扇?xì)怏w的燃燒反應(yīng)都是鏈反應(yīng)。這種超過分子平均能量可使分子活化而發(fā)生反應(yīng)的能量稱為活化能。第二章 燃?xì)馊紵幕驹? 第一節(jié) 燃?xì)獾闹? 燃?xì)獾闹? ? 燃?xì)獾娜紵且环N化學(xué)反應(yīng)。在分子互相碰撞時(shí)，只有活化分子才能破壞原來分子的結(jié)構(gòu)，建立新的分子。 ? 有些化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理十分復(fù)雜，它們往往是通過鏈反應(yīng)方式來進(jìn)行的。 ? 在氫和氧的混合氣體中，存在一些不穩(wěn)定的分子，在碰撞過程中不斷變成化學(xué)上很活躍的質(zhì)點(diǎn)： H、 O和 OH基。 ? 任何可燃?xì)怏w在一定條件下與氧接觸，都要發(fā)生氧化反應(yīng)。 ? 如果氧化反應(yīng)過程生成的熱量大于散失的熱量，或者活化中心濃度增加的數(shù)量大于其銷毀的數(shù)量，這個(gè)過程就稱為不穩(wěn)定的氧化反應(yīng)過程。 一、支鏈著火 ? 在一定條件下，由于活化中心濃度迅速增加而引起反應(yīng)加速從而使反應(yīng)由穩(wěn)定的氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)椴环€(wěn)定的氧化反應(yīng)的過程，稱為支鏈著火。燃燒反應(yīng)都是支鏈反應(yīng)。在壓力下限以左的低壓范圍內(nèi)(AB段 )反應(yīng)是緩慢而穩(wěn)定的。當(dāng)壓力較高而且超過上限 (C點(diǎn) )時(shí)，由于壓力高而反應(yīng)物濃度增大，活化中心與其它分子碰撞而銷毀的機(jī)會(huì)增多，所以反應(yīng)又突然變得緩慢。 ?只有當(dāng)壓力處于下限和上限之間時(shí)，支鏈反應(yīng)的活化中心的增加速度才會(huì)超過其銷毀速度，反應(yīng)才會(huì)自動(dòng)加速，引起燃燒和爆炸。經(jīng)過感應(yīng)期之后，反應(yīng)速度達(dá)到可測速度 Wi接著反應(yīng)速度就迅速增加，在瞬時(shí)達(dá)到極大值而完成反應(yīng)。這種著火稱為熱力著火。單位時(shí)間內(nèi)容器中由于化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的熱量為 EabRT1 0 A BQ W H V k e C C H V???式中 W—— 化學(xué)反應(yīng)速度； H—— 燃?xì)獾臒嶂担? k0—— 常數(shù)； V—— 容器的體積。 ERT1Q A e??二、熱力著火 ?單位時(shí)間內(nèi)燃?xì)馀c空氣的混合物通過容器向外散失的熱量為： ? ?20 Q F T T??式中 α —— 由混合物向內(nèi)壁的散熱系數(shù)； F—— 容器的表面積： T—— 混合物的溫度； T0—— 容器內(nèi)壁溫度。 ? 首先分析交點(diǎn) 2的情況。假設(shè)溫度偶爾升高，則發(fā)熱量大于散熱量，溫度將不斷升高。 ? 交點(diǎn) 1的情況則不同。假設(shè)溫度偶爾升高，則散熱量將大于發(fā)熱量，使溫度又降回到原處。在該點(diǎn)混合物的溫度很低，化學(xué)反應(yīng)速度也很慢，是緩慢的氧化狀態(tài)。 i點(diǎn)稱為著火點(diǎn)，相應(yīng)于該點(diǎn)的溫度 Ti稱為著火溫度或自燃溫度。如果散熱條件不變，升高壓力將使反應(yīng)物濃度增加，因而使化學(xué)反應(yīng)速度加快。到 L39。當(dāng)壓力繼續(xù)升高時(shí)，產(chǎn)熱就永遠(yuǎn)大于散熱 (見 L″ )。著火點(diǎn)與系統(tǒng)所處的熱力狀況有關(guān)，即使同一種燃?xì)?，著火溫度也不是一個(gè)物理常數(shù)。 圖 26 壓力升高時(shí)可燃混合物的 熱力著火過程 圖 27 著火點(diǎn)與散熱條件的關(guān)系 二、熱力著火 ? 著火點(diǎn)是發(fā)熱曲線與散熱曲線的相切點(diǎn)，符合以下關(guān)
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