ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

ПРОТЕКАНИЕ И ПОДВИЖНОСТЬ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ

Каждая обратимая реакция протекает до определенного предела, зависящего от температуры, давления и соотношения концентраций реагирующих веществ. Но если на систему, находящуюся в химическом равновесии, воздействовать извне, изменив температуру, давление или концентрацию реагирующих веществ, то система выйдет из состояния равновесия и в ней произойдут процессы до наступления нового поло­жения равновесия.

Предел равновесия реакций горения обычно сдвинут в сторону про­дуктов горения. Часто равновесие оказывается настолько сильно сдви­нутым, что реакцию считают практически необратимой. Однако при не­которых физических условиях равновесие реакций горения наступает при значительном содержании в смеси исходных веществ, т. е. горюче­го и окислителя. Поэтому в зависимости от условий протекания процесса горения в реакцию может вступить большая или меньшая доля исход­ных веществ. Для полного использования химической энергии топлива необходимо реакции горения доводить практически до конца. В усло­виях промышленного сжигания топлива равновесие достигается редко ввиду малого времени, предоставляемого для протекания реакций го­рения. Однако направление изменения равновесия и положения равно­весия имеют большое значение.

Направление изменения равновесия можно предсказать, пользуясь принципом Ле-Шателье, который гласит: если на систему, находящуюся в химическом равновесии, воздействовать извне, то в ней (возникнут самопроизвольные процессы, стремящиеся ослабить это воздействие.

Из этого принципа следует, что если реакция идет с выделением тепла, то при нагревании равновесной системы реакция пойдет в обрат­ном направлении, в ней произойдет процесс с поглощением тепла, кото­рый понизит температуру системы. У эндотермических реакций, наобо­рот, при повышении температуры вырсод конечных продуктов увеличи­вается. Увеличение концентрации какого-либо компонента сдвигает рав­новесие так, что в системе происходит процесс, при котором уменьша­ется концентрация этого вещества.

Если из системы какой-либо продукт выводится, то при этом рав­новесие сдвинется в сторону увеличения его концентрации. Примени­тельно к процессу горения, протекающему в потоке, это означает, что непрерывный отвод продуктов сгорания способствует более полному протеканию реакций горения. Если реакция сопровождается увеличе­нием объема, то повышение давления вызовет обратную реакцию, иду­щую с уменьшением объема. Понижение давления благоприятствует ре­акции, идущей с увеличением объема и, следовательно, давления.

Но если в данной системе вообще не. происходят процессы, противо­действующие изменению указанных факторов, то равновесная система остается нечувствительной к внешнему воздействию. Так, например, равновесное состояние водяного газа

С0 + Н20=^С02 + Н2 + 43 580 кДж/моль (10400 ккал/моль) (4-15)

При изменении давления не изменяется, так как и прямая и обратная реакции протекают без изменения объема.

Для количественного определения положения равновесия надо поль­зоваться законом действующих масс и температурной зависимостью Кс-

В качестве примеров химического равновесия реакций горения рас­смотрим диссоциацию водяного пара и СОг-