当前课程知识点:燃烧理论 > 第五章 一些重要的化学机理 > 5.4 高链烷烃的氧化 > 八步机理
刚才我们前面的话
已经把一个碳氢化合物
高碳氢化合物的反应的
基本的现象
做了一个介绍
而且用一个三步反应和实验
做了一个大概的途径(分析)
也就是说变成烯烃
再变成一氧化碳
再变成二氧化碳
那么三步
那我们进一步把三步
更细化一下
我们变成一个八步来看看
是什么样子
那么工作是由Glassman完成
Glassman现在已经九十多岁高龄了
是普林斯顿的
非常著名的一位教授
大家有兴趣 除了我们
《Introduction to combustion》
就是《燃烧导论》这本书
作为我们基本教材的话
那么Glassman
它的《Combustion》就是
也就《燃烧》
那么实际上
也是一本非常好的教材
大家有兴趣
很多的内容可以去参考
我们把三步反应扩展到八步
我们来看看到底发生了什么
那么第一步到底发生了什么
是一个原始的燃料
比如丙烷 对吧
丙烷它自己会跟第三体去碰撞
碰撞发生什么
出现的是碳-碳键断裂
碳-碳键断裂
因为一般来讲
碳-碳键比碳-氢键要弱
所以一般的这种碰撞
首先出现一个碳-碳键断裂
那么碳-碳键断裂
比如丙烷C3H8
那么会变成C2H5
这是一个乙基
加上一个什么
CH3是一个甲基
就变成了两个基团
但这两个基团怎么样
会进一步断裂
而这个时候怎么样
就会进一步断裂失去
氢原子
失去氢原子形成了什么
你比如说C2H5加上M
变成了什么C2H4
就是乙烯了对不对
加上一个氢
而CH3加上M变成CH2
也就说甲基变成一个什么
变成亚甲基
所以这是一个基本过程
好 就是一个什么
实际上刚才我们说
从甲基(丙烷)变成烯烃的
第一个过程
实际上我们这里边
用了两步来解释
第三步是发生什么
刚才说了我们已经有氢产生了
有氢的原子产生了
这个自由基
那么氢的自由基就会怎么样
就会轰击氧
跟氧的分子去反应
那就变成了什么
一个氧原子加上一个什么
加上一个羟基
是一个链式的分支反应
也就是一个自由基
变成两个自由基
这显然是非常快速的
好 有了什么
有了这三个自由基了
我们有羟基有氢有氧
好 这些自由基怎么样
这个时候就变成很活跃了
它开始去轰击燃料
也就C3H8
那么通常这个过程是什么
是一个脱氢的过程
也就是变成什么
比如加羟基就变成了水
用氢去变成氢气
氧去轰击变成一个
多出一个羟基来
那全部的产物里变成什么
是丙基
就C3H7
好 那么这已经四步过去了
那第五步发生了什么
也就是进一步的脱氢反应
也就C3H7跟第三体碰撞了以后
脱去一个氢
那变成什么
C3H6
这是什么
丙烯 变成了烯烃
加上一个氢
到现在为止
我们才形成了一个烯烃 对吧
产生一个烯烃
那么C3H6
接下去再进一步的断裂的
逻辑是什么样的
就是要遵守所谓的
β—剪刀规则
那就看你前面那个氢什么
是脱在哪里
它也可能怎么样
也可能变成一个甲基和一个C2H4
也就是一个乙烯加上一个甲基
也可能进一步脱氢
就是变成一个丙烯加上一个氢
这两种途径都有可能
跟什么有关系
跟前面那个
就是那个自由基
就是脱掉那个氢的位置
是相关联的
那么这个位置的话
就看它在什么位置
这张图的话
非常清晰的就看出来
自由基的位置
在什么地方
那么它的特点
它(自由基)附近的那个键得到加强
在远一点的那个键的话
是得到减弱
那个键的话容易断裂
那么这个过程
我们把它称之为β—剪刀规则
以后我们去分析
就是整个碳氢化合物的反应
β—剪刀规则就非常重要
就看它哪个碳-碳键
或者是碳-氢键
哪个是最弱
那么哪个容易就能够被断裂
下一次的碰撞
或者是下一个反应断裂的键
在什么地方
那么这里边的话
要么是脱氢
要么就是中间那个碳-碳键断裂
这样的形成不同的烯烃
要么变成了丙烯
要么变成了乙烯
就是不同的过程
那么接下来的话
就是第六步
实际上就是这些烯烃
那么进一步的氧化
这些烯烃和氧反应
那么这些反应变成了什么
在氧的作用底下
就变成了含氧的这种物质
就出现了
甲酸基和甲醛就出现了
我们在前面的实验现象里边
就提到过
含氧的产物就在这边产生
好 进一步的话
这些含氧产物
包括亚甲基等等的话
进一步的氧化
氧化的话
就变成什么
就统统会变成一氧化碳
最后的话
一氧化碳在含湿的
或者含氢的条件之下
进一步反应变成二氧化碳
就整个就是八步的反应
希望大家能够好好的体会一下
八步的过程
那么最最重要的
跟前面的三步的话
更增加了一些细节
比如我的脱氢反应到底怎么脱的
还有一个很重要的的话
比如我有一个
变成乙烯和丙烯
它什么条件
是β—剪刀规则
这是一个新出现的名词
还有一个含氧的产物怎么产生的
主要是氧原子去
轰击烯烃
最后产生的
所以这样一个基本过程
了解了以后
那么其它的前后的过程
跟我们前面学的
一氧化碳和氢的反应
非常一致
综合起来就变成一个八步的反应
-1.1 我们为什么要学习燃烧理论
-1.2 什么是燃烧:定义与现象
-1.3 燃烧科学发展简史
-1.4 燃烧科学的研究方法
-1.5 课程的结构
-2.1 概述
--概述
-2.2 状态参数复习
--状态参数复习
-2.3 热力学第一定律
--热力学第一定律
-2.4 反应物和生成物的混合物
--燃烧焓与热值
--例题
-2.5 绝热燃烧温度
--定压绝热燃烧温度
--定容绝热燃烧温度
-2.6 化学平衡
--第二定律的讨论
--吉布斯函数
--复杂系统(选修)
-2.7 燃烧的平衡产物
--全平衡(选修)
--水煤气反应的平衡
--压力影响
-2.8 应用
--例题
--烟气再循环
-2.9 小结
--小结
-第二章 燃烧与热化学--第二章作业
-3.1 传质概述
-3.2 传质理论基础
-3.3 传质应用实例
-3.4 小结
-第三章 传质引论--第三章作业
-4.1 概述
--概述
-4.2 总包反应与基元反应
-4.3 基元反应速率
--其他基元反应
-4.4 多步反应机理的反应速率
--净生成率
--稳态近似
--单分子反应机理
--部分平衡
-4.5 简化机理(选修)
--简化机理(选修)
-4.6 催化和非均相反应(选修)
-4.7 小结
--小结
-第四章 化学动力学--第四章作业
-5.1 概述
--概述
-5.2 H2-O2系统
--H2-O2系统
-5.3 一氧化碳的氧化
--一氧化碳的氧化
-5.4 高链烷烃的氧化
--三步机理
--八步机理
-5.5 甲烷燃烧
--复杂机理和起源
--甲烷燃烧动力学
--高温反应途径分析
--低温反应途径分析
-5.6 氮氧化物
--氮氧化物的危害
-5.7 小结
--小结
-第五章 一些重要的化学机理--第五章作业
-6.1 概述
--6.1 概述
-6.2 定压-定质量反应器
-6.3 定容-定质量反应器
-6.4 全混流反应器
-6.5 柱塞流反应器
-6.6 燃烧系统建模中的应用及小结
-第六章 反应系统化学与热分析的耦合--第六章作业
-7.1 概述和总质量守恒
-7.2 组分质量守恒
-7.3 多组分扩散(选修)
-7.4 动量守恒方程(选修)
-7.5 能量守恒方程-质量通量表达形式
-7.6 守恒标量的概念-混合物分数定义
-第七章 反应流的简化守恒方程--第七章作业
-8.1 概述及物理描述
-8.2 层流火焰分析
-8.3 影响火焰速度和火焰厚度的因素
-8.4 熄火、可燃性和点火
-8.5 火焰稳定及小结
-第八章 层流预混火焰--第八章作业
-9.1 概述
--概述
-9.2 无反应的恒定密度层流射流
--物理描述
--求解
--两个例子
-9.3 射流火焰的物理描述
-9.4 简化理论描述
--概述
--守恒标量
--状态关系式
-9.5 不同几何形状燃烧器的火焰长度
--两个例子
-9.6 碳烟的形成和分解
--碳烟的形成和分解
-9.7 对冲火焰(选修)
--对冲火焰(选修)
-9.8 小结
--小结
-第九章 层流非预混火焰--第九章作业
-10.1 概述
--概述
-10.2 液滴蒸发的简单模型
--基本假设
--气相分析
--气液界面能量平衡
--液滴寿命
-10.3 液滴燃烧的简化模型
--假设
--温度分布
--液滴表面能量守恒
--火焰面处能量守恒
--例题
--扩展到对流条件
-10.4 一维蒸发控制燃烧
--物理模型和假设
--总守恒方程
--例题
-10.5 小结
--小结
-第十章 液滴的蒸发与燃烧--第十章作业
-11.1 概述及燃煤锅炉
-11.2 非均相反应
-11.3 单颗粒碳的燃烧-单膜模型
-11.4 单颗粒碳的燃烧-双膜模型
-11.5 颗粒燃烧速度
-11.6 煤的热解及燃烧
-第十一章 固体燃烧--第十一章作业
-12.1 概述
--概述
-12.2 湍流现象与描述
--湍流的现象与描述
-12.3 湍流尺度
--湍流尺度
-12.4 湍流模型
-12.5 湍流预混火焰
--湍流火焰速度
--层流火焰折皱模式
--火焰稳定
-12.6 湍流非预混火焰
--射流火焰
--火焰长度
-12.7 湍流燃烧小结
--湍流燃烧小结
-课程总结
--课程总结