《消防燃烧学》第8章_燃烧反应速度和反应机理1207上课用2.ppt

燃烧基本原理 第八章 燃烧反应速度和反应机理 第一节 化学反应速度 第二节 可燃气体的燃烧反应机理 第三节 碳的燃烧反应机理 第四节 燃烧过程中氧化氮的生成机理 ⑴ 对于一级反应（n=1）：反应速度只与反应物浓度的一次方成正比。 2.温度对化学反应速度的影响 阿伦尼乌斯定律的应用及其局限性 第八章 燃烧反应速度和反应机理 几乎所有的燃烧反应都不是简单地服从质量作用定律和Arrhenius定律，因为燃烧反应的许多特点都无法用简单的反应机理来解释。如： a. 经过一个感应期后达到极高的反应速度 例如氢的燃烧反应 2H2+ O2= 2H2O b. 冷焰现象 有些燃烧反应不需要预热，在很低的温度下即可出现火焰。例如，磷及乙醚蒸气的氧化所出现的冷焰，在未达到正常着火的低温下其反应速度已经很高了； c. 催化作用 例如CO的燃烧反应，加少量的水蒸汽能加快反应的进行。 1、定义 在化学合成工业中很多都与链锁反应有关，如橡胶的合成，石油的裂解，塑料、高分子化合物的制备等。 燃烧反应属于链锁反应中的支链反应。即参加反应的一个活化中心可以产生两个或者更多的活化中心，从而加速反应的进行，以致可以导致爆炸。 §8.2 可燃气体的燃烧反应机理 1、氢氧燃烧反应机理 式中：mCO，mO2--为CO和O2的相对浓度；PK0--与H2O含量成正比的系数（该式适用条件为mO20.05; mH2O=2.0-2.7%;PK0=(1.1-2.5)*109） 烃类氧化的链反应特点 烃类的高温气相氧化有感应期，感应期比较长 表现出明显的阶段性，即在着火前常出现冷焰 与着火时的热焰比较，温度较低，辉光较弱，产生的热量很少，这种现象是烃类气相氧化的特征之一。 烃类的氧化过程 首先生成的是烃的过氧化物或过氧化物自由基（即R-O-O），而过氧化物也会分解为自由基。 反应具有链反应性质，并且由于出现分支而自动加速 高温下分为2个阶段 低温（900K以下）时 甲烷的反应速度和氧及甲烷的浓度有关，并和温度及压力有关。根据实验有： 第八章 燃烧反应速度和反应机理 二、固体碳粒（石墨）的燃烧过程 碳是固体，它的燃烧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，进行五个连续的步骤： 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。 吸附的气体和碳表面进行化学反应，形成吸附后的生成物 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。 2、碳的燃烧反应机理： 目前有三种观点： （1）二氧化碳模型 C+O2→CO2 CO2+C→2CO 2CO+O2→2CO2 （2）一氧化碳模型 2C+O2→2CO 2CO+O2→2CO2 （3）中间碳氧络化物模型 认为初次生成物同时有CO和CO2。氧不仅被吸附而停留在碳表面上，而且溶解于石墨晶格内，形成一种结构不确定的中间碳氧复合物CxOy。然后在氧分子的撞击下分解生成CO2、CO 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 第八章 燃烧反应速度和反应机理 1943年，洛杉矶上空笼罩在浅蓝色的烟雾之中，这是在强烈阳光照射下，污染物发生的化学反应，400多名老人因此丧失了生命.附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。美国光化学烟雾对农业和林业的危害曾波及27个州。 瞬间型NOx 由燃料燃烧时产生的烃(CHi)等在火焰面附近撞击燃烧空气中的N2分子而生成CN、HCN，然后HCN等再被氧化成NOx。快速型NOx对温度的依赖性很弱，在富燃料的炭氢火焰中较多，但生成量只占总NOx量的5%以下 燃料型NOx 燃料中的固定氮生成的NOx，占75%左右 热力型NOx 高温下空气中的N2与O2反应生成的NOx 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 烃类化合物分子结构复杂，其燃烧反应的化学机理也就格外复杂。此外，由于燃料常是由多成分的烃类化合物组成的，这就是人们更加难以认识其真是的反应过程。 焰前反应：着火前的复杂化学反应，温度甚低的淡蓝-绿色光成为冷焰。 不同温度下，碳的燃烧反应机理是不同的。 （1）当温度低于1200-1300℃时,先是氧在石墨内迅速溶解；然溶液在氧分子撞击表面的作用下缓慢分解；上二式相加得总反应方程式为： 这两个反应中，后一个反应是较慢的，因此决定者总的反应速度，且后一个反应是1级反应。所以低温下碳的燃烧反应表示为1及反应的形式：即 自由基：在链锁反应体系中存在的一种活性中间物，是链锁反应的载体。 人们在研究燃烧速度过程中发现，有