Образование оксидов азота

Условия образования оксидов при горении до сих пор не разработаны в достаточной мере и требуют глубокой проработки весьма сложной химической кинетики процесса в сочетании с детальным изучением тепломассообмена и его влияния на кинетику. В 1960-70 гг. в большинстве публикаций в качестве основной модели образования NO принималась “термическая” схема. Согласно этой схеме выход NO определяется реакцией между атомом кислорода и молекулой азота. При этом количество атомарного кислорода определяется диссоциацией молекулы О2 . Эти процессы имеют очень большой энергетический барьер Е = 561 кДж/моль и, следовательно, определяются температурой процесса. Однако исследования за последние 20 лет показали:

· образование NO в пламенах имеет место не после окончания реакции горения, а не посредственно в зоне горения и зависит от ряда других химических реакций в пламенах. При этом собственно образование NO происходит не только в результате реакции атомарного кислорода с молекулой азота, но и в ряде других ;

· образование О в пламенях происходит не только за счёт диссоциации О2 , но и в ряде других реакций, концентрация атомарного кислорода в зоне горения на 1-2 порядка выше равновесного, определяемого из условий диссоциации молекулярного кислорода и в пламенах углеводородов составляет 0,4-0,8% ;

· максимальная температура в ядре зоны горения существенно ниже расчётной теоретической вследствие наличия сверхравновесных концентраций промежуточных продуктов реакций и теплообменных процессов ;

· зависимость выхода NO от температуры значительно слабее, чем это предполагалось ранее.

К настоящему времени приближенно до детальной разработки процесса можно отметить 3 основных группы источников образования оксида азота при горении, которые рассмотрим ниже.

“Термические” оксиды азота.

Условия протекания цепной реакции окисления атмосферного азота свободным кислородом при горении, формальная кинетика которой описывается уравнением :

,

В результате ряда работ различных учённых было получено уравнение для равновесного количества NO.

Температура, К

300

700

800

1800

2500

Равновесная концентрация, [CNO], мг.м^3

0,00127

0,38

2,54

4700

31700

Так же была разработана цепная схема окисления азота, в которой активную роль играют свободные атомы кислорода и азота :

При этом концентрация атомарного кислорода остается неизменной, а скорость процесса определяется реакцией 2 схемы.

Энергетический барьер этой реакции складывается из двух составляющих :

а) энергии, требующейся на образование одного атома кислорода (Е1);

б) энергии активации реакции атома кислорода с молекулой азота (Е2);

Таким образом,

Е=Е1+Е2=494/2+314=516 кДж/моль.

Так как энергия активация этой реакции очень высока, то она предопределяет исключительно сильную зависимость скорости образования оксида азота от температуры.

Так же стоит отметить, что концентрация оксидов азота линейно увеличивается с увеличением концентрации атомарного кислорода и экспоненциально с увеличением температуры.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5

Немного больше об экологии

Стимулирование рационального природопользования
Современный мир не мыслим без заводов и фабрик, производящих продукцию, необходимую для жизни современного человека. Но при этом стало почти правилом наплевательское отношение к окружающей среде со стороны работников этих предприятий, которые пытаются обойти природ ...

Экологические проблемы малых водных экосистем
Широкое использование природных ресурсов человеком в хозяйственной деятельности причиняет ущерб природе. Она стала терять свою уникальную способность к самовосстановлению. Из-за антропогенной нагрузки на природу нарушились естественные биологические циклы, приро ...