燃氣的燃燒反應是一種化學反應。它也遵循化學反應動力學的基本原理。
燃氣的燃燒化學反應,在通常情況下屬于單相反應,只有在特殊情況下,才出現(xiàn)固體碳粒,麗發(fā)生多相反應。
對于燃燒化學反應,反應速度通常采用單位時間;單位體積內(nèi)燃燒掉的燃料數(shù)量或消耗掉的氧量或燃燒放出的熱量來表示。例如,在燃燒技術中常常采用爐膛的容積熱強度qv,單位是kJ/m3·h或kW/m3來表征燃燒反應速度。
燃氣的燃燒化學反應速度的大小,取決于反應物質(zhì)的性質(zhì)與進行反應的條件。影響反應速度的主要因素仍然是反應物質(zhì)的濃度、溫度、壓力和催化條件等。
一、鏈反應
除了分子熱活化理論以外,闡明化學反應機理的另一重要理論就是鏈鎖反應理論。
根據(jù)這個理論,化學反應的進程實際上不是按照反應方程式來進行的,而是要經(jīng)過中間階段,產(chǎn)生中間活性產(chǎn)物(或稱活化中心)。這些中間活性產(chǎn)物大都是不穩(wěn)定的自由原子或離子,它們與原反應物反應時,所需的反應活化能小得多,使化學反應避開了高能的障礙,所以它們很容易直接發(fā)生反應,得到反應最終產(chǎn)物的同時,又形成新的中間活性產(chǎn)物。所以,一旦中間活性產(chǎn)物形成,不僅本身發(fā)生化學反應,而且還導致一系列新的活化中心發(fā)生化學反應,就象鏈鎖一樣,一環(huán)扣一環(huán)地相繼發(fā)展,使反應進行得非常迅速,瞬間完成。
鏈反應具有十分重要的意義。不僅燃氣的燃燒和爆炸屬于鏈反應,還有很多工藝過程,例如高分子的加成聚合反應、碳氫化合物的鹵化和氫化都與鏈反應密切相關。
鏈反應的歷程包括:
(1)鏈的形成 這是由原反應物生成活性中間產(chǎn)物的過程,是鏈反應中最困難的階段,它需要足夠的能量來分裂原反應物,一般借助光化作用、高能電磁輻射或微量活性物質(zhì)的引入來頭現(xiàn)。
(2)鏈的增長 這是由活性中間產(chǎn)物與原反應物作用,產(chǎn)生新的活性中心的過程。它有兩種類型:
直鏈反應,或叫不分支鏈反應,指每一步中間反應都是由一個中間活性產(chǎn)物與反應物作用。再產(chǎn)生出一個新的活化中心,鏈以直鏈形式增長:
分支鏈反應,是指一個中間活性產(chǎn)物與反應物作用,產(chǎn)生出多于一個的活化中心。鏈形成分枝,使反應速度急劇增長,甚至引起爆炸:
(3)鏈的中斷 指活性中心的銷毀。主要包括:器壁中斷、空間中斷等。
二、燃氣燃燒反應機理
燃氣的燃燒反應都屬于鏈鎖反應。比如,氫的燃燒屬于典型的分支鏈鎖反應,其反應歷程可表示如下:
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