燃烧与污染及污染控制技术燃烧理论基础教学课件PPT 29页

'1.3.3CO燃烧反应1CO燃烧也是分支链反应，H2和水蒸气H2O对CO燃烧有触媒作用。所以，CO反应分“干燥”和“潮湿”两种情况。 2一、干CO燃烧活化中心为原子氧O以及臭氧O3，因为没有触媒，反应在660～740℃以上才能着火燃烧，且没有明显的火焰传播速度，反应速度也较慢。 3二、湿CO燃烧燃烧机理：基础反应链的分支CO反应CO-O2混合物中，哪怕加入1%微量H2或者2%H2O水蒸气到600～640℃就能燃烧链的传递链的中断链的引发 1.3.4烃的燃烧反应4也属于链式反应。以烷为例进行研究烃的燃烧是一种蜕化的分枝反应，这种反应的新链锁环节要靠中间生成物分子的分解才能完成，故其反应速度较H及CO慢。烷+O2反应的活化中心，主要是羟基OH 5一、有O2燃烧反应机理与RH同一C级的醛总反应与RH低一C级的烷 6总的过程为：高C级的烷----同一C级的醛----低一C级的烷----·····----甲醛最后甲醛在200～300℃左右，甲醛发出浅蓝光——冷焰一般不会引起爆炸。第一次出现冷焰的温度称为闪点。 二、缺O2燃烧反应—裂解7①裂解，脱H2（烯）烷②断链低C烷低C烯 8举例：裂解，脱H2乙烯一次反应乙烯二次反应（焦）析碳析碳 9结论：①C/H比大的高碳烃（烷）裂解析炭反应速度比甲烷快得多。且C/H愈大析炭愈严重。丁烷比甲烷析炭速度快3～10倍，甲苯比甲烷析炭速度快几个数量级。②不饱和烃（烯、炔）比饱和烃（烷）更容易裂解析C渣油>重油>清柴油>汽油>液化石油气>天然气 101.3小结一、链式反应四、烃的燃烧反应三、CO燃烧反应二、氢的链式反应缺氧、有氧干、湿激发、传递、断裂 1.4催化剂对化学反应速度的影响催化剂是一种能够极大地改变化学反应速度，但本身在反应前后质量和化学组成均不改变的物质，这种作用称催化作用。凡能加快反应速度的催化剂称正催化剂；反之，用于减慢反应速度的催化剂称负催化剂。在工程实际应用中，负催化剂又有特定的名称：如减慢金属腐蚀速度的称缓蚀剂；防止高分子老化的称抗老剂；阻缓燃烧过程的称阻燃剂。所以，通常说催化剂均指正催化剂。11 催化剂能加快化学反应速度的实质是催化剂有效地降低了反应活化能E加入催化剂后，并不改变反应物和生成物的相对能量，除活化能降低外，不改变反应物和生成物的初始态和终态。特别指出：催化剂只能加快热力学上认为可能进行的反应，即Gibbs自由能变ΔrGm<0。对热力学上计算不能进行的反应，即Gibbs自由能变ΔrGm>0，任何催化剂都是没用的。12 归纳起来,催化剂有如下特性:①用量小，活性高，可有效促使反应物分子活化；②催化剂参与反应前后催化剂本身的质量、化学性质、组分不变，对化学反应的初态和终态不改变,也就是说从热力学角度讲催化剂的参与不改变反应的Helmholrs自由能变ΔrHm(H≡U-TS)和Gibbs自由能(G≡H-TS),对化学反应有改变的仅两点：活化能E↓，反应途径(过程)变化。③催化剂有很高的选择性和促使化学反应向某一确定方向进行的能力。实验表明，某一特定的化学反应只能使用某一种或几种催化剂才有效，但是同一反应采用不同的催化剂可以得不同的效果(即指产生不同的生成物，或不同的反应速度)。13 催化剂可以是气，液，固体14反应物催化剂和催化条件生成物酒精C2H5OH浓H2SO4,140℃乙醚(C2H5)2O+H2O浓H2SO4或AL2O3,170℃乙烯C2H4+H2OCu,200-250℃乙醛CH3CHO+H2OZnO/Cr2O3,400-500℃丁二烯CH2=CH-CH=CH2+H2O水煤气Cu,264℃,30MPa甲烷CH3OHFe-CO,200℃,2MPa烷烃和烯烃的混合物+H2O---合成油Ni催化,250℃,常压甲烷CH4+H2ORu催化,150℃,15MPa固体石蜡 催化剂中毒少量的杂质常可影响催化剂的活性：助催化作用或中毒助催化剂本身活性很小或无活性，但可以提高催化剂活性。使催化剂中毒的物质称毒物，中毒后的催化剂表现为：活性降低，选择性降低。中毒后的催化剂一旦除去毒物，催化剂效力可以恢复的称暂时性中毒。如催化剂完全失效，不可恢复活性时，称永久性失效。15 由于催化剂的独特性能，在化工、冶金、生命科学中得到广泛应用。近年来，催化剂开始用于动力设备燃烧化学反应的控制的研究之中，例如催化燃烧问题和催化性吸收脱NO（SCR）。16 1.5化学平衡171.5.1可逆反应燃烧过程中很多可逆反应，在高强度燃烧中这些可逆反应常常是引起不完全燃烧的重要因素，如二氧化碳的离解等。任何反应都是双向可逆反应，只不过正反速度有时差异明显，可以认为是完全反应。 1.5.2平衡常数18一、W+=W-平衡，此时系统内各组成成分不变，除非T，p改变或成分数量改变，破坏平衡。 19平衡常数kC仅是温度函数，与反应物及生成物浓度无关，可用浓度来计算。因为K+，K－均只是物料种类和温度的函数。用成分分压力来表示平衡常数：上标表示反应中分子的增加数目 二、平衡常数与温度的关系20E1QE2正向反向 化学平衡是一种动态平衡，一直在反应，但反应物和生成物浓度、压力不变；平衡常数只是温度和物料种类的函数，而与压力和浓度无关；对于异相反应，平衡常数概念同样可用，因为k本身对异相反应也可用，此时只需在表达式中去掉固相组分那项。21注意： ①压力增加，平衡将向分子数减少的方向移动；压力减小，平衡将向分子数增多的方向移动；②温度升高，平衡将向吸热方向移动，抵抗温度升高的影响；温度降低，平衡将向放热方向移动，抵抗温度降低的影响；③如果增加可逆反应中某一种成分，平衡将向消耗这种组分方向移动。22三、影响化学平衡因素外界条件改变，平衡被破坏。系统变化遵循吕·查德里反抗规则：当化学平衡由于某一外因（T,p或成分含量）而被破坏时平衡将向反抗这一外因的方向移动。 1.6燃烧热23燃料燃烧所释放的能量以焓(等压燃烧)或内能(等容燃烧过程)的变化形式表现出来。燃烧过程的能量转换：化合物的生成焓、反应焓及燃烧焓(或反应能、燃烧能) 1.5小结一、可逆反应二、平衡常数平衡常数与温度的关系影响化学平衡因素24 251.6.1生成焓定义：化合物的构成元素（最稳定的单质）经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。kJ/mol标准生成焓：是化合物的构成元素在标准状态下（298K,0.1MPa），经化合反应生成1mol该化合物的焓的增量。所有稳定单质在标准状态下的标准生成焓均为0。 26注意，生成焓概念中的1mol，构成元素。当生成焓为负值时，表示生成的化合物的生成焓值低于其构成元素的生成焓值之和，为放热反应。反之为吸热反应。但是由于CO并非构成元素（最稳定单质），所以上式不是CO2的生成焓。如果化合物不是由元素直接反应的生成物，则反应后生成物与反应物间的焓差值，不是生成焓，而是反应焓。 27二、反应焓与燃烧焓在特定的温度压力下（等温等压）进行的反应，反应物与产物具有相同的t,p，则产物与生成物间的焓值之差为该反应的反应焓。各反应物与生成物的焓值以其生成焓来表示。（标准反应焓）对于反应则该反应的生成焓为反应物为R，产物为P。 28例如对如果反应物为元素，产物为其化合物，且质量为1mol，则反应焓即为该化合物的生成焓。放热吸热 29燃烧焓为反应焓的特例，指单位质量的燃料（不含氧化剂）作等压燃烧反应时的反应焓。注①燃烧焓针对燃料（反应物）而言，生成焓则是针对化合物（产物）而言。②发热量指的是燃料在等压或等容燃烧时所释放的热量，工程上用正值。一般用kJ/kg，kJ/m3发热量与燃烧焓数值相等，符号相反'