煤氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度

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1、第25卷第3期泰山學(xué)院學(xué)報(bào)Vol.25
NO.32003年5月JOURNALOFTAISHANUNIVERSITYMay

2003煤氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度高志崇(泰山學(xué)院化學(xué)系,山東泰安
271021)[摘
要]
計(jì)算了水煤氣和焦?fàn)t氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度,進(jìn)一步明確氫氣和烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理.氫燃燒反應(yīng)的機(jī)理為:(1)O2+hv2O,(2)H2+OH2O+hv;烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理為:(1)O2+hv2O,(2)CpH2qpC+qH2,(3)H2+OH2O+hv,(4)C+OCO+hv,(5)2CO+O22CO2.[關(guān)鍵詞]
燃燒反應(yīng);溫度;焓;波長(zhǎng)+[中圖分類號(hào)]
O

2、643.21

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]
A


[文章編號(hào)]
1672-2590(2003)03-0071-04氫氣和烴均屬于可燃性物質(zhì),作者曾根據(jù)氫氣和烴燃燒反應(yīng)的火焰溫度提出了氫氣和烴燃燒反應(yīng)[1,2]的機(jī)理.煤氣含有H2、CO和CH4等多種可燃性氣體,其燃燒反應(yīng)的火焰溫度與氫氣和烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理有關(guān).本文將通過煤氣燃燒反應(yīng)火焰溫度的計(jì)算進(jìn)一步明確氫氣和烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理.1
燃燒反應(yīng)的反應(yīng)焓
H與光子數(shù)量、波長(zhǎng)之間的關(guān)系能量有功和熱兩種方式.熱是以無序形式傳遞的能量,功是以有序形式傳遞的能量.功有體積功W和非體積功W?兩種.光是有序的能量,顯然光是一種非體積功,也就是說燃燒過程

3、中體系以光的形式對(duì)[1,2]環(huán)境作非體積功,非體積功的大小也就是光子的能量(規(guī)定體系對(duì)環(huán)境作功為正值).假設(shè)某燃燒反應(yīng)發(fā)出nmol光子,那么體系作的非體積功W?為W?=nEm=nNhc
=0.1196n
,式-123-1中Em為每摩爾光子的能量(Jmol),N為阿伏加德羅常數(shù)(6.022#10mol),h為普朗克常數(shù)-348-1(6.626#10Js),c為光速(2.998#10ms),為波長(zhǎng)(m).根據(jù)熱力學(xué)第一定律
U=U2-U1=Q-W-W?(1)燃燒反應(yīng)通常是在恒壓條件下進(jìn)行的,因而W=P(V2-V1)(2)由于燃燒反應(yīng)可近似地看成絕熱反應(yīng),因而Q=0(3)將

4、(2)、(3)式代入(1)式得(U2+PV2)-(U1+PV1)=W?,根據(jù)焓的定義H=U+PV.因而
H=H2-H2=-W?=-0.1196n
(4)由(4)式可以看出,燃燒反應(yīng)的焓變即為體系對(duì)環(huán)境作的非體積功的負(fù)值.作者利用(4)式計(jì)算的氫[2]氣、一氧化碳及乙炔在氧氣中燃燒反應(yīng)的火焰溫度與實(shí)際溫度非常接近.本文將利用該公式計(jì)算水煤氣和焦?fàn)t氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度,進(jìn)一步明確氫氣和烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理.2
氫氣和烴燃燒反應(yīng)機(jī)理2.1
氫氣燃燒反應(yīng)機(jī)理[1]作者根據(jù)氫氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度,提出了氫氣燃燒反應(yīng)的機(jī)理.該機(jī)理為:
[收稿日期]2003!03!10
[作者簡(jiǎn)介]高志崇

5、(1966-),女,山東招遠(yuǎn)人,泰山學(xué)院化學(xué)系副教授.
7
2















泰山學(xué)院學(xué)報(bào)














第25卷(1)
O2+hv2O;(2)
H2+OH2O+hv;總反應(yīng)為
2H2+O22H2O+hv.由總反應(yīng)可以看出,每摩爾氫氣燃燒發(fā)出0.5mol光子.2.2
烴燃燒反應(yīng)機(jī)理[2]根據(jù)乙炔和丙烷燃燒反應(yīng)的火焰溫度,作者提出了烴燃燒反應(yīng)的機(jī)理,該機(jī)理為:(1)
O2+hv2O;(2)
CpH2qpC+qH2;(3)
H2+OH2O+hv;(4)
C+OCO+hv;(5)
2CO+O22CO2.由該機(jī)理可以看出,每摩爾甲烷燃燒

6、發(fā)出1.5mol光子.3
水煤氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度水煤氣是煤氣的一種,是煤與水蒸氣反應(yīng)形成的,主要反應(yīng)為C+H2O
CO+H2.水煤氣是合成氨的原料氣,也可以用作燃料.工業(yè)生產(chǎn)水煤氣的方法有多種,其中間歇式氣化法應(yīng)用最為廣泛.下面以間歇式氣化法生產(chǎn)的水煤氣計(jì)算水煤氣燃燒反應(yīng)的火焰溫度.3.1
水煤氣燃燒反應(yīng)的反應(yīng)焓
H與溫度T之間的關(guān)系以煤為原料通過間歇式氣化法生產(chǎn)的水煤氣的典型組成為31.97%CO、7.81%CO2、41.40%H2、[3]17.77%N2、0.75%CH4和0.3%O2.現(xiàn)以100mol水煤氣為基準(zhǔn),以21%O2、79%N2予以計(jì)算.100mol水煤氣

7、完全燃燒需要180.405mol空氣(37.885molO2、142.520molN2),反應(yīng)式為:31.97CO+781CO2+41.40H2+17.77N2+0.75CH4+0.3O2+37.885O2+142.520N240.53CO2+42.90H2O(g)+160.29N2+21.825hv.實(shí)際發(fā)生的反應(yīng)為:31.97CO+41.40H2+0.75CH4+38.185O232.72CO2+42.90H2O(g)+21.825hv.由反應(yīng)式可知,100mol水煤氣完全燃燒發(fā)出21.825mol光子.為