影响化学反应速率的因素包括.ppt

第二章燃烧理论基础
概述
燃烧学是一门复杂的交叉学科。
燃烧是强烈放热的,往往又伴随发光的快速的化学反应过程。化学反应过程中,原子和原子外层电子重新组合,经过一系列变迁,最后产生新物质——燃烧产物化学能降低,同时释放出热能和光能,形成火焰。此学科称为化学热力学和化学动力学。
燃烧过程总是发生于物质流动系统中,其流动状态可能是层流,也可能是湍流,可能是均相流,也可能是多相流,此学科称为燃烧流体力学。
燃烧过程带来不均匀温度场,具有能量传递,此学科称为燃烧传热学。
燃烧过程总是在不均匀物质场条件下进行,有多种物质组分的传递扩散和混合,甚至发生相变,此学科称为燃烧传质学。
燃烧是复杂的物理与化学的综合变化过程,而且是不断变化的动态过程。
§ 化学热力学基础
一、化学热力学定义
研究化学反应过程中能量(热能)转化(释放或吸收)、传递和反应的方向和限度的学科。
二、标准摩尔燃烧焓
在燃烧反应中,1mol 燃料完全燃烧时放出的热量。
–单位:kJ/mol
三、热化学定律-盖斯定律
• 1840年,俄国化学家盖斯(Hess)在大量实验基础上指出:
–化学反应的热效应只与化学反应的起始状态和终结状态有关,与变化的途径无关,而且热效应总值不变。
–盖斯定律适用于化学反应的定压和定容过程,是热力学第一定律在热化学中的应用。
–盖斯定律的作用在于当一个化学反应的热效应不易被准确测出或根本不可能测定时,利用盖斯定律却很容易确定下来。
举例:C+O2=CO 求反应焓
四、理论燃烧温度
燃料在绝热条件下完全燃烧能达到的温度,称为理论燃烧温度。
研究纯碳(石墨)在空气中燃烧情况
C+(O2+4N2) →CO2+4N2+△H
273K Ta(K)
在绝热条件下,散热△H=0,根据盖斯定律,假设反
应过程分为两步:
1)等温反应
C+O2+4N2→CO2+4N2+△H1
理论燃烧温度
2)升温过程 CO2+4N2 273(K)→Ta(K)
其中:△H1=-405kJ/mol


Cp(CO2)=+×10-3T-×10-6T2
Cp(N2)=+×10-3T
△H1=138Ta+3×10-2Ta2-5×10-6Ta3-43680=405000
解得Ta=2404K
思考:甲烷燃烧如何计算理论燃烧温度;煤气燃烧如何计算理论燃烧温度?
理论燃烧温度
实际上,理论燃烧温度只是一个假设,燃烧后,由于以下因素存在不能达到理论燃烧温度:
总存在散热过程,不可能做到完全绝热;
总存在未燃尽成分,不可能做到完全燃烧;
纯碳很难获得,△Hl相应的也变小;
CO2在高温下还要热分解,△Hl相应地进一步变小。
五、锅炉的理论燃烧温度
定义
-将锅炉炉膛视为绝热系统,即燃烧与炉膛水冷壁之间
无热交换,燃料燃烧后烟气(燃烧产物)能达到的最
高温度。
-此时对应烟气的焓即为燃料燃烧后所拥有的全部热量.
+Qrl+Qk=Iy
---燃料收到基低位发热量
Qrl--- 燃料带入的物理显热
Qk--- 空气带入的物理显热
Iy--- 烟气的焓值
六、影响理论燃烧温度的因素
理论燃烧温度取决于燃烧的初始压力、温度和反应的组分。
燃烧过程通常在常压下进行,燃烧初始温度通常为常温,因此实际上理论温度主要取决于燃料的构成
(1)C、H 多,Ta 高,即 Qnet,ar高、 Ta高
(2)A 、 M 、 N 、 O多, Ta低
(3)一般理论燃烧温度为1500-1800℃(1800-2100K)
(4)实际上,由于燃烧过程非绝热,未完全燃烧损失存在,以及反应过程中 CO2离解,实际火焰的最高温度比理论燃烧温度低200℃左右,只能达到1300-1600 ℃