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燃燒法降解氟利昂——燃料的初步選擇要點

   2019-09-12 和平26
核心提示:目標反應在4種燃料體系中都使反應的化學親和勢和平衡常數更大,亦即反應的推動力更大,反應進行得更徹底,在備選的四種燃料體系中,這一效果以LPG體系更加顯著,從此角度評價,選LPG作為燃料最合適。

298K時,目標反應的標準Gibbs函數變△G=-224.38kJ/mol,以Gibbs函數作為判據,該反應能自發進行,且反應的推動力是比較大的。但是,CFC-12卻不像一元鹵代烴那樣易于發生類似于水解之類的SN親核取代反應,其原因是CFC-124個鍵的鍵能都比較大,其分子呈三角錐形結構,具有很高的對稱性,整個分子的極性很小,表現出很強的化學惰性,大家從表2-2的數據中也不難理解這一現象。因此,常溫下目標反應的反應速率很慢,以致在數天的時間范圍內都很難觀察到反應發生的跡象。眾所周知,燃燒場成為一個加速這一反應動力學過程的重要條件。

4種燃料—CFC-12耦合體系加上CFC-12 + H20體系,共有5個反應體系的△G-T關系曲線和lgK-T關系曲線繪于圖2-7中,由該圖可以看出:CFC-12 + H2O反應體系的Gibbs函數曲線位于最上面,CO, H2禍合體系次之,位于最下面的是LPG體系,這說明LPG體系的反應推動力在3002500K的溫度范圍內是最大的,其他體系與它相差甚遠,例如,1500K時,LPG體系的反應推動力是CFC-12 + H2O體系的5.7倍,還分別是H2體系、CH4體系的4.4倍、2.3倍。在lgK-T關系圖中,曲線的排列順序正好與△G曲線的排列順序相反,相同溫度下,CFC-12 + H20反應體系的K值最小,曲線位于最下面,H2、CO體系次之,位于最上面的是LPG體系,這說明LPG體系的反應進行得最為徹底,它們之間的差距隨溫度升高有減小的趨勢,盡管如此,在整個溫度考察范圍內,LPG體系的平衡常數遠大于其他體系,1500K時,LPG反應體系的K值為7.63 x 101??,與CFC-12 + H2O體系相差60個數量級,與H2體系、CH4體系分別相差82、88個數量級。在計算溫度范圍內,2500KLPG反應體系的平衡常數最小,此時平衡常數K=2.66x10??>>0,這是一個非常大的值,說明該體系平衡時反應進行得非常完全,這對氟利昂的分解是很有好處的。

經過對計算結果的比較,可得到如下結論:目標反應在4種燃料體系中都使反應的化學親和勢和平衡常數更大,亦即反應的推動力更大,反應進行得更徹底,在備選的四種燃料體系中,這一效果以LPG體系更加顯著,從此角度評價,選LPG作為燃料最合適。

從計算結果還可知,當反應能夠發生時,較低的溫度將更有利于CFC-12的徹底分解,這在LPG體系中也表現得更加明顯。


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