当前课程知识点:燃烧理论 > 第五章 一些重要的化学机理 > 5.5 甲烷燃烧 > 高温反应途径分析
下面我们就来看看
刚才那个复杂的
200多个基元反应
是不是真的在燃烧当中
都发挥作用了
我们现在先来看一个
非常高温的情况底下
高温指的是2200K
这是典型的甲烷燃烧的温度
它最后转变成二氧化碳的
主要的大概的途径
大家可以去先看图
图有点复杂
大家先看箭头
箭头的话表示的
就是从反应物
到产物的方向
这个比较直观
那么箭头的宽度
它的都不一样的
宽度表示它的化学反应速度
也就是说每一个
比如有很多并行的反应
它之间的互相的关系
哪个反应重要
哪个宽说明哪个反应重要了
基本上可以看出来
那么另外一个的话大家看
就是反应的上部
或者箭头的上边
或者是左边
它都有一个自由基的
比如羟基 氢和氧
可以看出来什么
它主要的这些反应
是跟这些有关
包括比如有的可能是水
有的是M
就是第三体等等
就这些是什么
是指的是反应
那么再靠右边或者下面
你看看它有一个标号
R多少
是指的什么
就是指的是
整个的反应体系
就是那个表里边的
那个排号
就R98
就第98个反应
这就是甲烷跟羟基
变成甲基的反应
那么R98后面
括弧里边还有一个数
前面有一个数
后面有一个负多少
这个实际上就是它的速度
也就是说
比如说3.8-6
实际上3.8乘10的负6次方
它的反应速度
那就9.0乘10的负7次方
说明(速度)比较小一点 对吧
看第一个
就是高温的途径 看这张图
甲烷和羟基和氢和氧
都会发生反应
那最快的那个
最重要的反应是什么
是跟羟基的反应
跟羟基的反应(速率)
实际上如果我们都进行换算
是38乘10的负7次方对不对
那跟氢的反应(速率)
是9.0乘10的负7次方
跟氧的(反应速率)5.2乘10的负7次方
跟氢跟氧的话应该是同量级的
跟羟基是要大
大概差不多有一个量级
就氢和氧加起来
大概也就只有羟基的三分之一
这样一个水平
我希望大家
就是能够学会读这样一张图
好 那么真正的反应
你就可以看出来
它是怎么一个过程
首先第一步的反应
是甲烷
在三个自由基的作用底下
变成一个甲基
那么甲基的话
实际上它并不是说
直接就一步下来
甲基有四个途径去反应
那么中间最重要的那个途径
首先在氧的轰击底下
变成了什么
变成CH2O
就是一个甲醛
那么甲醛的话
会变成什么 HCO
就是甲酸基
甲酸基再变成CO
变成一氧化碳
再变成二氧化碳
后面途径都一样了
大家可以看出来
从甲基就分散了四个途径
最后会怎么样
会都变成甲醛
所以你看甲基
那么它在各种自由基的作用下
首先变成了CH2
CH2括弧里边有个S
是什么
是单电子的
那么这个反应的话
就和左边大家看
再往下走的话
就变成CH2的正常的
就是双电子了
那么它在其它的作用底下
会(通过)各种不同途径
最后就变成CH2O
希望大家能够理解
那右边还有一个途径
就是CH3
在羟基的作用底下
它会变成什么
CH2OH
这个叫什么
叫羟甲基
那么继续它会进一步的
脱氢的过程变成了
也是走到最后都变成了甲醛
你看所有的途径
不管中间途径
右边途径 还是左边的途径
最后都汇集 变成了甲醛
甲醛变成甲酸基
最后变成一氧化碳
变成二氧化碳
大概就是高温底下的途径
那一看主要途径
当然中间途径
而左边途径
也是蛮重要的
那么大概的一个逻辑
基本上可以看出来
一个的话
甲烷首先变成一个甲基
这是一个基本的反应
那么在后面的话
不管你怎么反应
会形成什么
不断的脱氢的过程
最后形成含氧的化合物
含氧化合物最后变成一氧化碳
变成二氧化碳
大概的整个的途径
就这么一个途径
所以希望大家能够很好的
不管怎么样
大概就是说是甲烷甲基
变成甲醛 变成甲酸基
变成一氧化碳
变成二氧化碳
这是一个主的这一个路线
当然还有很多分别的途径
希望大家能够
非常清晰的能够知道
也就是说 真正的(详细机理)
我们刚才说了是279个反应
那在这里边
实际上只涉及到多少个
大概也就是不到二十个反应
这里边最最重要的
那么其它的反应
你说存在不存在 也存在
因为它(速率)比较小
对整体的影响不大
所以在这里边并没有体现
你可以看出来
大概的这里边的化学反应速度
大概是在
10的负6次方和10的负7次方
我们都列在里边了
可能比如像10的负8次方
负9次方
可能也还有很多反应
但我们并没有去管它
大概就这么一个过程
你也可以算一算
大概里边有多少个反应存在
大概我的基本判断
大概不到二十个是为主的
-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