Кинетика образования сажевых частиц при пиролизе углеводородов : Полииновая модель сажеобразования

• Автор: Крестинин, Анатолий Васильевич
• Шифр специальности: 01.04.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 128 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Обозначения
Введение. В чем состоит проблема механизма образования сажи?
Глава I. Образование сажи из углеводородов
(состояние исследований)
1.1 Экспериментальные исследования механизма образования сажи при горении и пиролизе углеводородов
1.2 Кинетические модели сажеобразования
Глава II. Полииновая модель сажеобразования
2.1 Газообразные сажевые предшественники, зародыши сажевых
частиц и процесс зародышеобразования
2.2 Математические уравнения модели
2.3 Описание гетерогенных реакций на стадии полимерного роста
2.4 Коалесценция сажевых частиц
2.5 Химические реакции в газовой фазе и выбор термодинамических данных
2.6 Заключительные замечания
Глава III. Детальное моделирование процесса сажеобразования
при пиролизе углеводородов
3.1 Сажеобразование из простых углеводородов
3.2 Ингибирующее действие ацетилена в смесях с полициклическими ароматическими углеводородами
3.3 Чуствительность модели к термохимическим параметрам
3.4 Применение полииновой модели к описанию кинетики роста углеродистой пленки на твердой поверхности в атмосфере углеводородов
Глава IV. Образование сажи при конденсации углеродного пара
4.1 Современное состояние исследований механизма конденсации углеродного пара
4.2 Рост углеродных кластеров и образование сажевых зародышей
4.3 Термодинамика углеродных кластеров
4.4 Моделирование процесса термораспада фуллеренов

4.5 Конденсация углеродного пара в электодуговом реакторе
4.6 Заключительные замечания
Глава V. Некоторые вычислительные проблемы математического моделирования газофазных процессов, идущих с образованием аэрозолей
5.1 Математическая модель химического процесса с гомогенным образованием новой фазы
5.2 Конечномерная аппроксимация бесконечной системы дифференциальных уравнений (5.1)
5.3 Экономичный метод вычисления матричной экспоненты для жестких матриц большой размерности и его использование при решении систем обыкновенных дифференциальных уравнений
Основные выводы диссертации
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Вывод уравнения динамики заселенности поверхности растущей сажевой частицы радикальными центрами
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Вывод математического условия “пересыщения
полиинового пара”
ПРИЛОЖЕНИЕ В. Вывод дифференциальных уравнений модели
электродугового реактора
ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Квазистационарный анализ кинетической схемы
образования фуллеренов
Литература

ОБОЗНАЧЕНИЯ
/) - диаметр сажевой частицы, см;
/, - объемная доля сажи, см3/см3;
N4 - число Авогадро;
пЬг - степень размножения радикальных центров, т.е. среднее число
поверхностных радикальных центров, рождающихся после перестройки структуры полиинового комплекса {пЬг > 1).
5 - поверхность частицы аэрозоля (см2);
1УЬг - скорость размножения поверхностных радикальных центров, моль/(см2хс);
№сагь ' скорость гибели поверхностных радикальных центров, обусловленная карбонизацией полимера, моль/(см2хс);
УР01У - скорость присоединения полиинов к поверхностным радикальным центрам, моль/(см2хс);
1егт - скорость гибели поверхностных радикальных центров в гетерогенных реакциях, моль/(см2хс);
И/ёГ = си(1У1егт +И/р0/},) - скорость поверхностного роста полимера, моль/(см2хс); если средняя молекулярная масса газообразных молекул, вносящих вклад в поверхностный рост, равна < т > , то скорость поверхностного роста (гхсм-2хс-') равна < т >№/ёГ (мольхсмхд1);
Z(D) - функция распределения сажевых частиц по размеру;
Греческие символы
а - доля поверхности частиц, занятая радикальными центрами всех сортов, на стадии полимерного роста, 0 < а< 1;
а - доля поверхности частиц, занятая радикальными центрами с
присоединенной полииновой молекулой, на стадии полимерного роста,
О < а< 1;
А - площадь поверхности, занятая одним радикальным центром 0.1 нм2 );

поверхность раздела фаз станет сокращаться за счет процесса слияния (коалесценции) частиц.
6,0 6,5 7,0 7,5 8
104Я, К
Рис.9. Температурная зависимость численной плотности сажевых частиц. Сравнение расчетов с экспериментом, а) Пиролиз ацетилена. 20%С-ат/Не,
1 атм, гіт (—) - расчетная концентрация частиц после окончания процесса коалесценции, Мтах (— ) - максимальная рассчитанная концентрация частиц,
0 - эксперимент Теснера с сотр.[63]. б) Пиролиз диацетилена, 20%С-ат/Не,
1 атм, обозначения как на Рис.9а, Д - эксперимент Теснера с сотр.[67].
Как видно из Рис. 9а, рассчитанная температурная зависимость численной плотности частиц при пиролизе ацетилена хорошо совпадает с