73
Q = Eк −ЕН	(4.3)
N /N0	при Т 1

при Т 2

E

E0

Рис. 4.3. Распределение частиц по энергиям:

N – число частиц с данной энергией; N0 – общее число частиц.

Доля активных молекул возрастает при увеличении температуры горючей смеси.

На рис.4.3. изображено распределение энергий между молекулами при температуре Т1 Если по оси энергий отметить значение, равное энергии активации Ea , то получим долю активных молекул в смеси при заданной температуре Т1 . Если под действием источника тепла температура смеси возросла до значения Т2 , то возрастет и доля активных молекул, а следовательно, и скорость реакции горения.

4.1.2. Факторы, влияющие на скорость реакций горения

Для реакции горения в общем виде аГор + bОк = ∑ni ПГi (1.2) зависимость скорости реакции от концентрации реагирующих веществ можно представить выражением

V = k0 Cгорx Cокy

(4.4)

где:

k0 – константа скорости реакции,

Сгор - концентрация горючего вещества, кмоль/м3,

Сок – концентрация окислителя, кмоль/м3,

x,y – порядки реакции по горючему и окислителю соответственно.

74

Как выше было сказано, суммарное уравнение реакции (1.2) не отражает истинного механизма протекания реакции горения, которая является многостадийной и, зачастую цепной, поэтому порядки реакции в уравнении (4.4) далеко не всегда совпадают с величиной стехиометрических коэффициентов в уравнении (1.2).

Отсюда следует, что чем больше концентрация горючего вещества, тем выше скорость горения.

Скорость реакции горения зависит от температуры:

k = A e	−	Ea
		RT			(1.5)
где:
А – фактор эффективности соударений;
е – основание натурального логарифма;
Еа – энергия активации, кДж ;
			кмоль
R – универсальная газовая постоянная,					кДж		;
				R = 8,314
					К кмоль

Т – температура, К.

Это уравнение является выражением закона Аррениуса о зависимости скорости химических реакций от температуры. В упрощенном виде для узкого интервала температур можно пользоваться правилом Вант-Гоффа:

t2 −t1	(4.6)
v1 = v0 γ 10

где:

t1- первоначальная температура среды; t2- конечная температура среды;

v0-начальная скорость реакции;

v1-скорость реакции при заданных условиях γ – температурный коэффициент.

Согласно данному правилу скорость химической реакции возрас-

75

тает в 2-4 раза при повышении температуры на каждые 100.

Таким образом, скорость химической реакции окисления горючего вещества при горении резко возрастает с повышением температуры, причем тем больше, чем ниже энергия активации.

Поскольку большинство реакций, протекающих при горении, являются обратимыми, то необходимо при описании их кинетики пользоваться константами равновесия.

КР =	Кпр	=	СdПГ1	СdПГ2	CdПГn	n
			1	2			(4.7)
	Кобр			Cгорx Cокy

где:

Кр – константа равновесия,

Кпр – константа скорости прямой реакции (окисления),

Кобр – константа скорости обратной реакции.

CПГ - концентрация продуктов горения

x,y,di –порядки реакции по горючему, окислителю и продуктам реакции соответственно.

Анализируя это выражение, можно сделать вывод о том, что скорость реакций окисления при горении зависит также от давления.

По принципу Ле-Шателье: при повышении давления равновесие смещается в сторону образования меньшего числа молей газоообразных веществ и соответственно в сторону уменьшения давления в системе. Если число молей газообразных продуктов горения значительно превышает число молей газообразных исходных веществ (горючих газов или паров и газообразного окислителя), то увеличение давления должно несколько тормозить процесс горения. Однако при этом не следует забывать о том, что увеличение давления приводит к возрастанию объемной концентрации горючих газообразных веществ и окислителя. А в соответствии с выражением (4.4) скорость реакций горения возрастает при повышении концентрации горючего вещества. На практике это приводит к тому, что при увеличении давления скорость реакций горения большинства веществ увеличивается.