1、工程燃烧学主讲教师： 裴 蓓2第一节第一节化学反应速度化学反应速度第二节第二节可燃气体的燃烧反应机理可燃气体的燃烧反应机理第三节第三节碳的燃烧反应机理碳的燃烧反应机理第四节第四节燃烧过程中氧化氮的生成机理燃烧过程中氧化氮的生成机理第八章 燃烧反应速度和反应机理工程燃烧学-第八章8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章一、基本概念1、化学反应的种类8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章2、化学反应速度的表示法（ 1） 定义： 是指单位时间内由于化学反应而使反应物质（或产物）的浓度改变的速率。平均速度ddCW =CWmol/m3.s瞬时速度8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章3、浓度表示法mol/
2、cm3VnssC =null摩尔浓度：单位体积所含某物质的摩尔数。g/cm3VGss=null质量浓度：单位体积所含某物质的质量。8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章总总总CCVnVnXssnnss=/null摩尔相对浓度：某物质的摩尔数与同一体积中各物质的总摩尔数之比。null质量相对浓度：某物质的质量与同一体积中各物质的总质量之比。总总总ssGGsVGVGfs=/null各种浓度之间的关系2、质量相对浓度与摩尔相对浓度的关系sssssXMMMCMCfs=总总1、质量浓度与摩尔浓度的关系ssssVnsMVMGCs/=sssCM=工程燃烧学-第八章8.1 化学反应速度总总总CCVnVnXss
3、nnss=/null例题工程燃烧学-第八章8.1 化学反应速度sssCM=工程燃烧学-第八章总总总CCVnVnXssnnss=/4、质量作用定律8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章 对于一级反应（n=1）： 反应速度只与反应物浓度的一次方成正比。AAkCddCW = 对于二级反应（n=2）反应物只有一种，或 CA=CB的情况反应物有两种的情况2AkCddCW =BACkCddCW =8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章n级反应：级反应：nkCddCW =化学反应速度与各反应物质的浓度、温度、压力以及各物质的物理化学性质有关。8.1 化学反应速度工程燃烧
4、学-第八章1. 浓度对化学反应速度的影响根据质量作用定律，反应速度与各反应物质浓度成正比，其中浓度的方次为各反应物质的分子数。 可知：浓度越大，反应速度越快。原因 ：燃烧反应属双分子反应，只有当两个分子发生碰撞时，反应才能发生。浓度越大，即分子数目越多，分子间发生碰撞的几率越大。二、影响化学反应速度的主要因素8.1 化学反应速度2.温度对化学反应速度的影响工程燃烧学-第八章（1） Vant Hoff 规则： 历史上最早提出反应速度与温度的关系（1884）。根据实验总结出一条近似规则，温度每升高10K，反应速度大约增加2-4倍。（2） 阿伦尼乌斯定律： 瑞典物理化学家(1889年)提出，建立在
5、分子碰撞理论 之上。注意：适于基元反应。8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章null分子碰撞理论13反应速率常数K温度 TK=K00exp( )abABEWKCCRT=基元反应速度方程：8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章对于复杂反应，表达式将不同。null 阿伦尼乌斯定律的应用及其局限性8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章阿伦尼乌斯定律和分子碰撞理论属热爆燃理论（热自燃）。何谓热爆燃？根据阿伦尼乌斯定律和分子碰撞理论，反应系统的温度不仅影响分子动能的大小，而且也影响着分子间的碰撞频率。假如系统为绝热的，由于反应使整个反应系统的温度升高，增高的温度又使反应物间的反应速度加速，反应系统处于
6、一种正反馈的加热、加速反应的过程，直至反应速度激增趋于无穷大，这就是爆炸。这种 由于反应热量集聚的加速反应乃至燃烧爆炸的理论称为热爆燃理论。8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章反应速度与温度关系的几种类型局限性：局限性：null只是描述了过程的始末，没有涉及其所经历的过程，燃烧和爆炸是一步完成的。null仅适用于一些燃烧速度随着反应温度的升高而急遽增高的的情况。 热爆炸理论对于许多反应、燃烧现象无法解释，有其局限性。8.1 化学反应速度工程燃烧学-第八章3.压力对反应速度的影响由于在工业炉燃烧室中的压力接近于常压且变化范围不大，在工业炉燃烧过程的研究中常予以忽视。null气态物质参加的反应，
7、压力升高，体积减少，浓度增加，压力对化学反应速度的影响与浓度相同。null对理想气体混合物中的每个组分可以写出其状态方程：AAp VnRT=A AAnpCVRT=B BBnpCVRT=bBaAppwnbappw =+0exp( )abA BEwK CCRT=第八章 燃烧反应速度和反应机理第一节第一节化学反应速度化学反应速度第二节第二节可燃气体的燃烧反应机理可燃气体的燃烧反应机理第三节第三节碳的燃烧反应机理碳的燃烧反应机理第四节第四节燃烧过程中氧化氮的生成机理燃烧过程中氧化氮的生成机理工程燃烧学-第八章8.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章一、链锁反应理论1、链锁反应定义8.2 可燃气
8、体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章是化学动力学中一类特殊的反应，只要用某种方式引发该反应，它便能发生一系列连续反应。null实际的反应很快，经历了一系列复杂的中间反应历程。null整个反应由若干相继发生或相继平行发生的基元反应组成。null每一次基元反应又会产生活化分子，且促使反应能够继续发展，所以链锁反应又可称为具有活化分子再生的化学反应。null参加反应的中间活性产物或活化中心一般是 自由态原子 或 自由基（游离基） 。8.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章2.链锁反应历程：链引发 -由反应物分子生成自由基的反应。链传递 -自由基与分子相互作用的交替过程链终止 -当自由基被消除时
9、链就中止。销毁方式：气相销毁和固相销毁。销毁方式：气相销毁和固相销毁。“3.分为两大类：（ 1） 直链反应 （如 H2 Cl2）（ 2） 支链反应 （ H2 O2）（ 1）（ 2）null自由基的生成null光解null热解 ClClh223332 CHCHCH 加热8.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章null直链反应反应活化中心不增殖。如反应：null支链反应反应活化中心不断增殖。Ea 25kJ molEa 12.6KJ mol1、氢的燃烧反应机理8.2 可燃气体的燃烧反应机理相加得（链传递及支化）（链终止）工程燃烧学-第八章OHOH22222 + HOHHOH 323222（8
10、）总反应 :（链引发）222.22 322HO OHH MHMOO OO+ + OOHOH2+ OHHOH2H固相破坏OH固相破坏OHHOH2（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）+ HOHOHH228.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章OHOH22222 +222.2OHOHCKCdtdCW =+ OOHOH2+ OHHOH2（ 2）（ 3）（ 4）+ HOHOHH22Ea=75400J/molEa=41900J/molEa=25100J/mol化学反应速度null可燃气体的着火反应特征 具有一定的着火温度（着火点） TC，当反应系统达到该温度时，反应速率急剧增大，气体压力急升，并有放热、发光等着火现象。 在达到着火温度之前有一个感应期i，即着火延迟时间。在着火延迟时间内，反应速率极慢，可燃混合气体浓度变化很小。8.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章8.2 可燃气体的燃烧反应机理null连锁反应特点-感应期Wmaxi反应速度W时间图 8-2 等温过程的支链反应速度工程燃烧学-第八章8.2 可燃气体的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章i反应速度W时间图 8-3 绝热过程的支链反应速度8.2 可燃气体的燃烧反应机理2、一氧化碳的燃烧反应机理工程燃烧学-第八章
