Полная версия

Главная arrow Товароведение arrow Теория горения и взрыва

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>

1.12. Пиролиз органических и неорганических соединений в пламенах

Термическое разложение (пиролиз) и превращение исходных продуктов внутри диффузионного пламени экспериментально установлены в работе [40]. Доказано, что в подготовительных зонах диффузионного пламени достаточно времени для разложения органических соединений.

В пламенах гомогенных смесей время пребывания продуктов в подготовительных и основных реакционных зонах обычно значительно меньше. Часто неправильно считают, что пиролиз органических соединений в пламенах гомогенных смесей не происходит или может быть ограничен процессами окисления из-за недостаточного времени пребывания продуктов в зонах высоких температур. Однако найдено, что как в диффузионном, так и в пламени гомогенных смесей продуктами горения являются простейшие соединения (в основном Н2O, СO2, СО, оксиды металлов), т.е. в обоих видах пламен протекают процессы разложения и превращения исходных соединений, которые предшествуют основным стадиям окисления.

Светящаяся реакционная зона, в которой происходят основные реакции окисления гомогенных смесей, имеет незначительную ширину. Например, характерная ширина реакционной зоны при нормальном атмосферном давлении и скорости горения 10 м/с составляет 0,03 мм [5]. При увеличении скорости горения или давления примерно во столько же раз уменьшается толщина реакционной зоны. Малые размеры реакционной зоны свидетельствуют о том, что основные реакции окисления газообразных горючих заканчиваются за очень короткое время. Например, смеси ракетных топлив в парообразном состоянии при давлениях, соответствующих давлениям в ракетных камерах, имеют скорости горения ~10 м/с и характеристический размер волны горения около 10-6 м, так что характеристическое время реакции составляет примерно 10-7 с (Б. Эдлен[1]). Это время мало по сравнению с характеристическим временем в камерах сгорания ракетного двигателя, которое имеет порядок 10-3 с. Скорости реакций разложения обычно или превышают скорости реакций окисления, или имеют тот же порядок. Из этого следует, что процессы термического разложения и превращения исходных продуктов могут протекать в зонах пламени незначительной толщины и за очень короткое время.

Экспериментально установлено, что процессы разложения органических соединений при высоких температурах протекают за очень короткое время. Достаточно глубокое разложение этана при пропускании его через кварцевую трубку, нагретую до температуры 1100–1400°С, наблюдалось за время 0,001 с. Поданным Б. Эдлена, нормальная скорость горения исследованных смесей природного газа с воздухом составляет около 0,2 м/с. Таким образом, время пребывания исходных продуктов в зоне шириной 1 мм составляет примерно 0,005 с. По данным работы [5], возрастание температур от 500 до 1700°С в сферическом пламени метан-кислородной смеси в исследованных условиях происходит примерно за 0,0026 с. При горении распыленной струи углеводородов в ракетном двигателе достижение максимальной температуры (на расстоянии 0,18 м от форсунки при средней скорости потока 75 м/с) происходит примерно за 0,0024 с, что также достаточно для протекания процессов разложения.

Т. Л. Бейли[2] экспериментально установил, что в пламени богатой пропан-воздушной смеси на расстоянии 2-2,5 мм но нормали от фронта пламени начинается разложение исходного горючего. Продуктами разложения являются предельные и непредельные углеводороды, которые по мере приближения к фронту пламени претерпевают термические превращения. Процессы разложения и превращения в условиях пламени гомогенных смесей протекают при более быстром нарастании температур и за более короткое время, чем в условиях диффузионного пламени. Однако характер протекания процессов разложения и превращения аналогичен характеру протекания подобных процессов в диффузионных пламенах. На расстоянии 0,75-1,0 мм по нормали до фронта пламени все углеводородные составляющие исчезают, т.е. происходит практически полное их разложение.

Таким образом, состав конечных продуктов, температурные и временные условия в пламени свидетельствуют о том, что процессы термического разложения и превращения органических соединений протекают при любом виде горения.

  • [1] Edlen В. Isoelectronic Extrapolation of Electron Affinities // Chem. Phys. 1960. Voi. 33. P.98-111.
  • [2] Bailey Т. L. Experimental Determination of the Electron Affinity of Fluorine // Chem. Phys. 1958. Vol. 28. P. 797-812.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ   >>