Дипломная работа: Экспериментальные исследования процесса тепломассообмена и химических реакций углерода с газами
 , (22)
где  - скорость стефановского
течения при протекании химической реакции в кинетической области,  - число Семенова,
диффузионно-кинетическое соотношение.
Подставляя
(20) в (15) при  =1, получим связь
 с  в явном виде
 . (23)
В
предположении, что  , аналогичным
образом из (16), (17), (18) находим поверхностные концентрации  и 
 (24)
 (25)
 (26)
Используя
формулы (23) и (24), проведем анализ влияния температуры на  и, следовательно, на  и  .
При
невысоких температурах и диаметрах частицы, для которых ( ,  ,  ), то есть реализуется
кинетическая область протекания химических реакций.
Учитывая,
что при этих условиях (3) приймет вид  , при этом  .
Подставляя
(23) и (24) в (6), получим, что для кинетической области
 , (27)
 ,  ,
 ,
 ,
 . (28)
Т.е.
при протекании реакции в кинетической области  и
 определяются внутренним
реагированием и увеличиваются с ростом температуры по аррениусовской
зависимости и не зависят от относительной скорости движения частицы. При этом
химической реакцией (III) можно пренебречь. Это подтверждается
экспериментальными данными [5].
В
области промежуточных температур и диаметров ( ,
 ,  ) повышение температуры
приводит к подключению процессов массопереноса и эндотермической реакции (III),
что сдвигает кинетику химических реакций в переходную область. Для этой области
можно записать
 ,
 .
В этой
области температур, в результате действия эндотермической реакции (III), в
определенном диапазоне размеров частицы, с ростом температуры происходит
понижение  .
Дальнейшее
повышение температуры и диаметра частицы может привести к смещению кинетики
химических реакций в диффузионную область, в которой выполняются условия
 ,  .
Используя
условие , из (22) получим
 , (29)
При
протекании реакций в диффузионной области, из (23)-(26) с учетом (21), получим
выражения для поверхностных концентраций
 , (30)
 , (31)
 , (32)
 , (33)
где
 , (34)
Подставляя (30) и (31) в
(7) получим, что при протекании химических реакций в диффузионной области
плотность химического тепловыделения
 .
Учитывая,
что тепловые эффекты реакций (I) – (III) связаны между собой
 ,
получим,
что плотность химического тепловыделения в диффузионной области определяется
тепловым эффектом реакции (II)
 . (35)
Скорости
химического превращения углеродной частицы  и
 при протекании химических
реакций в диффузионном режиме, получаются в результате подстановки (30), (31) в
(1) и (2)
 ,
 .
С
учетом (29) и (34) получим, что суммарная скорость химического превращения
углерода при высокой температуре определяется скоростью химической реакции 2С+О2=2СО
(ІІ), протекающей в диффузионной области
 . (36)
3. Аналіз влияния температури и диаметра частицы на
кинетику химических реакций и тепломассообмен углеродной частицы с газами.
3.1. Влияние температуры при заданном диаметре частицы.
Расчеты скоростей
химических реакций ( ,  ,  ), плотностей химического
тепловыделения ( ,  ,  ) и относительных массовых
концентраций газообразных компонент на поверхности углеродной частицы ( ,  ,  ) проводились по формулам
 ,
 ,  ,
 ,
 ,
при следующих
параметрах:  =1,234·107,
 =6,859·106,
 =3,989·106
Дж/кг О2;  = 2,188·105,
 = 4,721·105,
 = 2,228·105
м/с;  = 1,67·105,
 = 1,837·105,
 = 3,674·105
Дж/моль;  =8,31 Дж/(моль·К);  = 2·105 м-1;
постоянные величины:  = 0,178·10-4
м2/с;  =1,293кг/м3;
 =0,0244Вт·м/К
определены для  =273,15 К, m=0.2
и соответствуют графиту марки ЭГ-14.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6 |
