W ro z d z ia le p rz e d s ta w io n o o p is b a d a ń ro z k ła d u p o d tle n k u a z o tu w m ieszan in ach m o d e lo w y c h N - H - 0 o ra z w śro d o w isk u ch ara k te ry sty c z n y m d la sp a la n ia w ęg lo w o d o ró w . E k sp e ry m e n ty u k ie ru n k o w a n e b y ły g łó w n ie n a o k re śle n ie ro li H 20 i C 02 w reakcji d e k o m p o zy c ji te rm ic z n e j N 20 w b a d a n y m z a k re sie te m p eratu ry , 1 100-1600K . Poniżej op isan o sta n o w isk o b a d a w c z e , za sto so w a n e in s tru m e n ta riu m p o m ia ro w e , m eto d y k ę p rz e p ro w a d z o n y c h b a d a ń o ra z ic h w y n ik i, k tó re p o ró w n a n o z w y n ik a m i p o d o b n y c h b ad ań p re z e n to w a n y c h w p u b lik a c ja c h literatu ro w y ch .
8.1. Stanowisko badawcze
B a d a n ia e k sp e ry m e n ta ln e p rz e p ro w a d z o n o w c y lin d ry c z n y c h reak to rach p rze p ły w o w y c h , o g rz e w a n y c h z zew n ątrz. R e a k to ry te g o ty p u b y ły z p o w o d zen iem sto so w an e w cz e śn ie j w b a d a n ia c h k in e ty k i re a k c ji c h e m ic z n y c h [4 0 ,4 1 ,7 0 ,7 1 ,1 1 0 ,1 1 2 , 1 1 3 ,1 2 0 ,2 0 4 ,2 0 5 ]. W o p is a n y c h e k sp e ry m e n ta c h w ła sn y c h w y m ie n n e re a k to ry o d w óch ró żn y ch śre d n ic a c h w e w n ę trz n y c h u m ieszczan o w o si silito w eg o p ie c a e le k try czn eg o ty p u R 0 9 o m o c y 9kW . W a ru n k i stw arzan e p rz e z o sio w e u sy tu o w a n ie re a k to ró w w zg lęd em e lem en tó w g rzejn y ch , ro z m ie sz c z o n y c h w ró w n y ch o d le g ło śc ia c h n a p o w ierzch n i w a lc a o śre d n ic y 150m m , o ra z c y lin d ry c z n y k sz ta łt w n ę trz a p ie c a z a p e w n ia ły ró w n o m ie rn e ich n ag rzew an ie. S c h e m a t sta n o w isk a b a d aw czeg o p rz e d s ta w io n o n a rys. 8.1. W stęp n ie p rze m ie sz a n e su b stra ty d o p ro w a d z a n o w sposób c ią g ły do p o c z ą tk o w e g o p rz e k ro ju reak to ra, leżąceg o w p ła s z c z y ź n ie je d n e j z w e w n ę trz n y c h p ła s k ic h ścian p ie c a , n a to m ia s t p ro d u k ty b y ły o d p ro w a d z a n e z p rz e k ro ju leżą ceg o w p ła s z c z y ź n ie śc ia n y p rz e c iw le g łe j. W celu w y ró w n a n ia p o la p rz e p ły w u w e w n ą trz re a k to ra z a k o ń c o w y m p rz e k ro je m p rzew o d u d o p ro w a d z a ją c e g o s u b s tra ty u m ie sz c z o n o c e ra m ic z n y e le m e n t z o tw o ra m i o śre d n ic y około 1.5m m , ró w n o m ie rn ie ro z m ie sz c z o n y m i n a całej je g o p o w ie rz c h n i. P ro d u k ty o p u szczające re a k to r g w a łto w n ie sc h ła d z a n o do te m p e ra tu ry o to c z e n ia , p rz e p u s z c z a ją c j e p rz e z stalo w ą sp iralę c h ło d z o n ą w o d ą. W c e lu z b a d a n ia e w e n tu a ln e g o w p ły w u m a te ria łu ch ło d n ic y na w y n ik i p o m ia ró w s p ira lę sta lo w ą zastąp io n o w k ilk u e k s p e ry m e n ta c h c h ło d n ic ą w y k o n a n ą ze
Rys. 8.1. Stanowisko do badań rozkładu podtlenku azotu: 1 - piec, 2 - sility, 3 - reaktor, 4 - term oelement, 5 - chłodnica, 6 - chromatograf, 7 - spektrom etr FTIR, 8 - spektrometr N DIR, 9 - analizator testo-33 lub IMR
Fig. 8.1. Experim ental setup for investigations o f nitrous oxide destruction: 1 - furnace, 2 - heating rods, 3 - reactor, 4 - thermocouple, 5 - cooler, 6 - chrom atograph, 7 - spectrometer FTIR, 8
- spectrom eter NDIR, 9 - analizers testo 33 or IM R
sz k ła k w a rc o w e g o . W re z u lta c ie n ie stw ie rd z o n o ż a d n y c h ró ż n ic p o m ię d z y w arto ściam i m ie rz o n y c h stę ż e ń p ro d u k tó w w g a z a c h o p u sz c z a ją c y c h reak to r. S tru m ien ie su b strató w m ie rz o n o p rz e d z m ie sz a n ie m p rz y u ż y c iu ro ta m e tró w T G M L W o ra z sta b iliz o w a n o za p o m o c ą u k ła d u z a w o ró w , ta k ż e ró ż n ic e c h w ilo w y c h w a rto śc i w a h a ły się w g ra n ic a c h ±2.5% stru m ie n ia śred n ieg o . D o p o m ia ru s tru m ie n ia p a ry w o d n ej z a sto so w a n o o s o b n ą p ro ced u rę, k tó r ą o p is a n o w n a stę p n y m ro zd ziale.
Is to tn y m e le m e n te m e k sp e ry m e n tó w b y ło u z y sk a n ie m o ż liw ie d o k ład n eg o w y m ie s z a n ia su b s tra tó w d o p ro w a d z o n y c h do re a k to ra . L ö ffle r i in. [113] d la o sią g n ię c ia tego ce lu sto so w a li p rz e p ły w su b s tra tó w p rz e z d ro b n e o tw o ry w p rz e k ro ju p o c z ą tk o w y m reaktora.
W o p is y w a n y c h e k sp e ry m e n ta c h w ła sn y c h w stę p n e w y m ie s z a n ie su b stra tó w zach o d ziło p o d c z a s p rz e p ły w u p rz e z g ęsto u p a k o w a n e w y p e łn ie n ie d ro b n y c h e le m e n tó w k w a rc o w y c h o n ie re g u la rn y c h k sz ta łta c h .
P ro d u k ty o d p ro w a d z a n o z re a k to ra s o n d ą k w a rc o w ą o śre d n ic y w ew n ę trz n e j 5m m , c h ło d z o n ą p o w ie trz e m . U d z ia ły N2O w g a z a c h o p u sz c z a ją c y c h re a k to r m ie rz o n o p rzy
z asto so w an iu trz e c h u rz ą d z e ń p o m iaro w y ch : c h ro m a to g ra fu g azo w eg o , sp ek tro m etru F T -IR o raz sp e k tro m e tru N D IR . P ró b k i do a n alizy ch ro m ato g raficzn ej p o b ieran o g azo szczeln y m i strzy k aw k am i, n a to m ia s t d o sp e k tro m e tró w d o p ro w ad zan o c iąg ły stru m ie ń p ro d u k tó w p o p rz e z o g rz e w a n ą d ro g ę g a z o w ą o raz u k ła d k o n d y c jo n o w a n ia g azó w , p o z w a la ją c y u su n ąć z n ic h p arę w o d n ą. W b a d a n ia c h sto so w an o d w u k a n a ło w y c h ro m a to g ra f g azo w y C P 9001 firm y C h ro m p ack . R o z d z ia ł sk ład n ik ó w g a z o w y c h zach o d ził w k o lu m n ie z w y p ełn ien iem P o ra p a k Q , a p o m ia r p rz y u ż y c iu d e te k to ra E C D . S tężeń N2O n ie m o ż n a by ło o zn aczy ć ch ro m a to g ra fic z n ie w o b e c n o śc i C O i C O2, ze w z g lę d u n a tru d n o śc i zw iązan e z ro z d z ie le n ie m ty c h sk ład n ik ó w . W ty ch p rz y p a d k a c h w y k o n y w an o z a te m w y łą c z n ie analizy sp ek traln e . S p e k tro m e tr F T IR A v a ta r 360 firm y N ic o le t o ro z d z ie lc z o śc i 0 .5 cm' 1 z d etek to rem D T G S w sp ó łd z ia ła ł z k u w e tą g a z o w ą o d łu g o ści d ro g i o ptycznej 10m. P rzed k a ż d y m p o m ia re m re je stro w a n o w id m o tła, a p o d czas a n a liz y w y cin an o z w id m ch a ra k te ry sty c z n y c h d la N 20 p a sm a , w k tó ry c h w y stę p o w a ły sz czeg ó ln ie siln e in terfe ren cje z w id m a m i C 02 i H20 . W zg lę d n e b łę d y m ie rz o n y c h k o n cen tracji z a w ie ra ły się w g ra n icach ±
5% . S p ek tro m etr N D IR U N O R 6 10 firm y M a ih a k p o sia d a ł w b u d o w a n y u k ład filtró w oraz a n a liz a to r w id m , u m o ż liw ia ją c y b e z p o śre d n i o d c z y t stężeń N2O w a n a liz o w a n y c h p ró b k ach , w zak resie o d 0 d o 3 0 0 p p m . W zg lę d n y b łą d p o m ia ru n ie p rz e k ra c z a ł ± 4 p p m . S tężen ia N O , C O i C 02 m ie rz o n o ch ro m a to g ra fic z n ie o ra z p rz y u ż y c iu a n a liz a to ra IM R , z d etek to ram i e le k tro ch em iczn y m i. W sz y stk ie u rz ą d z e n ia p o m ia ro w e b y ły o k reso w o k alib ro w an e p rzy u ż y c iu m ie sz a n e k g a z ó w w zo rco w y ch .
T e m p e ra tu rę w e w n ą trz p rz e strz e n i ro b o czej re a k to ró w m ie rz o n o te rm o e le m e n te m P t- P tR h o śred n icy sp o in y 0.5 m m . D ru ty te rm o e le m e n tu b y ły o sło n ięte p ła sz c z e m ceram iczn y m . P o d czas k ażd eg o ek sp e ry m e n tu , p rz e d ro z p o c z ę c ie m rejestracji w ie lk o śc i m ierzo n y ch , d o p ro w ad zan o u k ład p ie c -re a k to r do stan u u stalo n eg o . S tru m ien ie re a g e n tó w stab ilizo w ały się w g ran icach ±2.5% w a rto śc i stru m ie n ia śred n ieg o , a m ie rz o n a ró ż n ic a p o te n c ja łó w na k o ń c ó w k a c h te rm o e le m e n tu w g ran icach ±0.1 m V . P o m ia ry n ie w y k a z a ły ró żn ic p o m ięd zy w arto ściam i te m p e ra tu ry m ie rz o n y m i w z d łu ż p ro m ie n i p rz e k ro jó w p o p rz e c z n y c h reak to ró w .
T e m p e ra tu ra reak cji je s t w a ż n y m p a ra m e tre m w b a d a n ia c h k in ety k i chem icznej.
P ró b y w stę p n e w y k a z a ły , ż e te rm o e le m e n t u m ie sz c z o n y w o si re a k to ra w sk a z y w a ł w rz eczy w isto ści tem p e ra tu rę je g o ścian. S p o strzeżen ie p o tw ie rd z iły n ie z a le ż n e p o m iary p iro m e tre m o p ty c z n y m IM P A C IS 8N o ra z te s t trz e c h te rm o e le m e n tó w . T e st p o le g a ł na p o m ia rz e te m p e ra tu ry trz e m a te rm o e le m e n ta m i o ró ż n y c h śre d n ic a c h sp o in i sp o rząd zen iu
b ila n su e n e rg ii d la k ażd ej sp o in y , z u w z g lę d n ie n ie m p rz e p ły w u c ie p ła p rz e z k o n w ek cję i p ro m ie n io w a n ie [206]. P o m im o z n a c z n ie ró ż n y c h śre d n ic sp o in (0 .5 m m , 1.2m m , 1.8m m ), w sz y stk ie trz y te rm o e le m e n ty w sk a z y w a ły tę s a m ą w a rto ś ć te m p e ra tu ry , ró w n ą tem p eratu rze ścian re a k to ra , n ie z a le ż n ie o d sk ła d u m ie sz a n in y re ak cy jn ej. L o k aln e w arto ści tem p eratu ry re a g e n tó w o b lic z a n o z a te m z ró w n a n ia b ila n su en erg ii g a z ó w p rz e p ły w a ją c y c h p rz e z reak to r
m c p d T ^
— = 7t-dw
a ( T w - T ) , ( 8 . 1 )dx
k tó re ro z w ią z a n o n u m e ry c z n ie . W o b lic z e n ia c h w y k o rz y sta n o z m ie rz o n e ro zk ład y te m p e ra tu ry śc ia n re a k to ra o ra z z n a n e m e to d y o b lic z e ń k o n w ek cy jn ej w y m ia n y ciep ła p o d c z a s la m in a m e g o p rz e p ły w u g a z u w e w n ą trz p rz e w o d u ru ro w e g o [1 8 1 ,2 0 7 -2 0 9 ]. W arto ści liczb y R e y n o ld sa d la stru m ien i re a g e n tó w , sto so w a n y c h w ek sp e ry m e n ta c h , z a w ierały się w g ra n ic a c h o d 6 d o 14. W b a d a n ia c h z m ie sz a n in a m i N20 /A r , N20 / H20 / A r i N20 / C 0 2/A r p o m in ię to z m ia n ę e n ta lp ii c h e m ic z n y c h re a g e n tó w , k tó ra w w a ru n k a c h p rz e p ro w a d z o n y c h e k sp e ry m e n tó w b y ła p o m ija ln ie m a ła w p o ró w n a n iu z w a rto śc iam i ic h e n ta lp ii fizy czn y ch .
P o n ie w a ż re a g e n ty d o p ły w a ły d o p ie c a w te m p e ra tu rz e o to c z e n ia , is tn ia ł p e w ie n o d c in e k ic h p o d g rz e w a n ia . P o d czas k ażd e g o e k sp e ry m e n tu m ie rz o n o te m p e ra tu rę ścian re a k to ra w p u n k ta c h o d le g ły c h o d sie b ie co 5m m . Jej ró ż n ic e p o m ię d z y p u n k tam i p o m ia ro w y m i n ie p rz e k ra c z a ły 5K . N a stę p n ie o b lic z a n o te m p e ra tu ry re a g e n tó w z ró w n an ia (8 .1 ) do u sta le n ia się ic h w a rto śc i n a n ie z m ie n n y m p o z io m ie . D o o k re ś le n ia d łu g o ści n o m in aln ej re a k to ra p rz y ję to d łu g o ś ć je g o o d cin k a, w z d łu ż k tó re g o o b lic z a n e te m p e ra tu ry re a g e n tó w ró ż n iły się o m n iej n iż 100K . R ó ż n ic e p o m ię d z y ta k o k re ś lo n ą d łu g o ś c ią n o m in a ln ą a c a łk o w itą d łu g o ś c ią re a k to ra (2 9 0 m m ) n ie p rz e k ra c z a ły w e k sp e ry m e n ta c h 4 0 m m . C h a ra k te ry s ty c z n ą te m p e ra tu rę reak cji o b lic z a n o ja k o śre d n ią c a łk o w ą z w arto ści lo k a ln y c h w p rz e d z ia le ró w n y m d łu g o śc i n o m in aln ej reak to ra. D o o b lic z e n ia c zasu p rz e b y w a n ia re a g e n tó w w strefie re a k c ji p rz y jm o w a n o o b ję to ść re a k to ra o d łu g o ści n o m in aln ej, p o m n ie js z o n ą o o b ję to ść o sło n d ru tó w te rm o e le m e n tu . G ęsto ść g a z ó w w re a k to rz e o b lic z a n o d la ch a ra k te ry sty c z n e j te m p e ra tu ry reak cji. W o b lic z e n ia c h p o m in ię to z m ia n y stę ż e ń sta b iln y c h sk ła d n ik ó w w m ie sz a n in a c h re a k c y jn y c h . D la reak cji to w a rz y s z ą c y c h p rz y ję to w sp ó łc z y n n ik i ic h sz y b k o ś c i z z a łą c z n ik a 1.
E k sp e ry m e n ty w y k o n a n o d la za k re su te m p e ra tu ry 1 1 0 0 -1 6 0 0 K . W a rto śc i średniej p rę d k o śc i g a z ó w w re a k to rz e z a w ie ra ły się w g ra n ic a c h 0 .0 5 -0 .3 2 m /s , a śred n i czas
p rz e b y w a n ia w g ra n ic a c h 0 .8 - 13s. M ie rz o n e w a rto śc i u d z ia łó w o b ję to ścio w y ch N 20 w g azach o p u sz c z a ją c y c h rea k to ry w ah ały się w zak resie o d lOOOppm do lp p m .
A n a liz a b łę d ó w w y k azała, że w p rzy jętej m e to d z ie b ad aw czej p aram etram i o k reślan y m i z n a jm n ie jsz y m i d o k ład n o ściam i b y ły : c z a s p rz e b y w a n ia re a g e n tó w w strefie reak cji i c h a ra k te ry sty c z n a te m p e ra tu ra reak cji. S p o so b y ic h w y z n a c z a n ia p ro w a d z iły do b łę d u ± 2 0 % . D ru g i co do w ielk o ści b łą d w n o sił p o m ia r te m p e ra tu ry , p o d c z a s g dy ud ziały p o z o sta ły c h ź ró d e ł b y ły zn a c z n ie m niejsze. C ałk o w ity b łą d w z g lę d n y , z ja k im w yzn aczan e b y ły w a rto śc i kiof, n ie p rz e k ra c z a ł ± 2 8 % .
8.2. Reaktor przepływowy
Z a sto so w a n ie re a k to ró w p rz e p ły w o w y c h w b a d a n ia c h k in ety k i reak cji h o m o g e n ic z n y c h w y m a g a o stro żn ej a n a liz y w p ły w u ścian re a k to ra n a p ro c e s y zac h o d z ą c e w p rz e strz e n i gazo w ej. Isto tn e z n aczen ie d la in terp re tacji w y n ik ó w e k sp e ry m e n tó w m a m ateriał reak to ra, a w sz c z e g ó ln o śc i je g o re a k ty w n o ść w z g lę d e m sk ła d n ik ó w m ie sz a n in y gazów . Isto tn y m p a ra m e tre m je s t ró w n ie ż sto su n e k p o w ie rz c h n i ścian re a k to ra do je g o objętości.
P o d czas w c z e śn ie jsz y c h b ad ań , w y k o n a n y c h p rz e z a u to ra w ra m a c h p ra c y d o k to rsk iej [40], nie stw ierd zo n o w p ły w u śred n icy re a k to ra n a szy b k o ść tw o rz e n ia się N O , ch o c ia ż stosow ano rea k to ry o zn a c z n ie ró ż n y c h śred n icach w ew n ętrzn y ch : o d 19.5 d o 38 ,5 m m . Jo h n s so n i in.
[110] w y k lu c z y li w p ły w k w a rc u n a te rm ic z n y ro z k ła d N 20 w te m p e ra tu ra c h p o w y żej 1000K . S tw ierd zili ró w n ie ż , ż e p o w ie rz c h n io w e za m ro ż e n ie ro d n ik ó w w y stę p u ją c y c h w chem ii tle n k ó w a z o tu m a , w p rz y p a d k u zn aczn eg o ic h ro zc ie ń c z e n ia o raz w y so k ic h te m p e ra tu r ścian reak to ra, p o m ija ln ie m a łe zn aczen ie. W e k sp ery m en tach sto so w an o reak to ry k w a rc o w e o d w ó c h śred n icach , 16m m i 34m m . S to su n k i p o w ierzch n i ścian re a k to ró w do ic h o b jęto ści w y n o siły o d p o w ie d n io 4 .9 9 c m_1 i 2 .5 c m ''. D la p o ró w n a n ia , sto su n e k te n w b ad an ia ch G la rb o rg a i in. [112] w y n o sił 4 .4 c m '1, w b a d a n ia c h L o ffle ra i in. [113] - 3 .3 cm _1, a w b a d a n ia c h in n y ch b a d a c z y c y to w a n y c h p rz e z Jo h n s so n a i in. [110] w a h a ł się w g ra n ic a c h od
1 .4 3 c rń ' do 7 .8 4 cm ‘1. O p isan e w aru n k i ek sp e ry m e n tu p o z w o liły , z g o d n ie z su g estiam i Jo h n sso n a i in. [110] o ra z w y n ik a m i w c z e śn ie jsz y c h b a d a ń w ła sn y c h [40], p o m in ą ć w p ły w ścian re a k to ra n a p rz e b ie g reak cji c h em iczn y ch , z a c h o d zący ch w je g o o b jętości.
8.3. Badania rozkładu N20 w modelowych mieszaninach N-H-O
P o d c z a s p ie rw sz e j se rii e k sp e ry m e n tó w do re a k to ra d o p ro w a d z a n o m ie sz a n in y arg o n u i N2O o w y so k ie j cz y sto śc i. B a d a n ia p o z w o liły w y z n a c z y ć w a rto śc i stałej szy b k o ści kno reak cji te rm ic z n e g o ro z k ła d u N2O
n2o + m <=>n2 + o + m (RIO)
w arg o n ie. W y n ik i o b lic z e ń p rz e d s ta w io n o n a ry s. 8.2 n a tle k o re la c ji p u b lik o w a n y c h p rzez G la rb o rg a i in. [112], O lsc h e w sk ie g o i in. [106] o ra z H a n so n a i S a lim ia n a [117]. W y zn aczo n e w arto ści le ż ą z n a c z n ie p o w y żej ty c h , k tó re o p u b lik o w a li O lsc h e w sk i i in. [106]. P rz e k ra c z a ją ró w n ie ż n ie z n a c z n ie w a rto ś c i z a le c a n e p rz e z H a n so n a i S a lim ia n a [117], n a to m ia st le ż ą p o n iż e j w a rto ś c i p o d a w a n y c h p rz e z G la rb o rg a i in. [112]. M a k s y m a ln e w z g lę d n e ró żn ice w o d n ie s ie n iu d o w a rto śc i w y n ik a ją c y c h z d w ó c h o sta tn ic h re k o m e n d a c ji n ie p rz e k r a c z a ją2 0% .
OT
o E
O)o
O)o
0.60 0.65 0.70 0.75
1000/T, 1/K0.80 0.85
Rys. 8.2. Stała szybkości kn o reakcji N 20 + M => N2 + O + M dla M=Ar: (--- ) O lschew ski i in.
[106], (— • — ) Hanson i Salimian [117], (--- ) Glarborg i in., [112], (a) eksperymenty własne
Fig. 8.2. Rate constant kno o f reaction N 20 + M => N2 + O + M for M=Ar: (--- ) O lschew ski et al.
[106], (— • — ) Hanson and Salimian [117], (--- ) Glarborg et al., [112], ( A ) own experim ents
W drugiej se rii e k sp e ry m e n tó w do re a k to ra d o p ro w a d z a n o m ie sz a n in ę arg o n u , N 20 i p a ry w o d n ej. C a łk o w ity stru m ie ń su b strató w b y ł s u m ą d w ó c h stru m ie n i, m ierzo n y ch o d d zieln ie. P ie rw s z y stru m ie ń c zy steg o arg o n u b y ł n a w ilż a n y w w y n ik u b a rb o ta ż u p rzez o g rzew an e n a c z y n ie z w o d ą p o cz y m m ie sz a ł się z e stru m ie n ie m su ch eg o argonu, z a w ierająceg o lOOOppm N20 . P o d c z a s k ażd eg o ek sp e ry m e n tu m ie rz o n o czas p rzep ły w u arg o n u p rz e z n a c z y n ie z w o d ą k tó re b y ło d o k ład n ie w a ż o n e , p rz e d ro z p o c z ę c ie m i po zak o ń c z e n iu p rz e p ły w u , n a w a d z e elek tro n iczn ej ty p u S arto riu s, z d o k ła d n o ś c ią ± 0 .01g. W w ię k sz o śc i te stó w u d z ia ł m o lo w y p a ry w o d n ej w su b stra ta c h w y n o s ił o k o ło lOOppm.
W y k o n an o ró w n ie ż k ilk a e k sp e ry m e n tó w z z a w a rto ś c ią H 20 w su b s tra ta c h o k o ło 5% obj.
N a jle p s z ą zg o d n o ść w y n ik ó w e k sp ery m en tó w z w a rto śc ia m i o b lic z o n y m i z m o d e lu uzy sk an o d la w sp ó łc z y n n ik a w z m o c n ie n ia d la H 20 w reak cji (R IO ) ró w n e g o 10, co je s t w a rto ś c ią o o k o ło 17% m n ie js z ą o d w y z n aczo n ej p rz e z G la rb o rg a i in. [112]. W a rto śc i stałej szybkości kiof reak cji (R IO ) d la M = H20 , o b lic z o n e n a p o d sta w ie p rz e p ro w a d z o n y c h ek sp ery m en tó w , p rz e d sta w io n o n a rys. 8.3. R y su n e k p re z e n tu je ró w n ie ż w y n ik i u z y sk a n e d la m ie sz a n in z d o d atk iem d w u tle n k u w ę g la , k tó re op isan o w n a stę p n y m p o d ro z d z ia le .
8.4. Badania rozkładu N20 w środowisku charakterystycznym dla spalania węglowodorów
E k sp e ry m e n ty , p o d o b n e do p rz e p ro w a d z o n y c h z p a r ą w o d n ą w y k o n a n o d la m ie sz a n in A r/N20 / C 0 2. S tru m ie ń su b strató w u z y sk iw an o p rz e z w stę p n e m ie sz a n ie stru m ien i c zy steg o d w u tle n k u w ę g la z e stru m ien iem arg o n u , z a w ie ra ją c e g o lOOOppm N20 . U d ział o b ję to śc io w y C 02 w m ie sz a n in a c h d o p ro w a d z a n y c h do re a k to ra w a h a ł s ię w g ra n icach od 1%
do 2 0 % , a o d p o w ie d n ie u d z ia ły p o d tle n k u azotu w g ra n icach o d 9 9 0 p p m do 800ppm . W yniki ek sp ery m en tó w o p ra c o w a n o z g o d n ie z o p isan y m i w cześn iej p ro c e d u ra m i. W y zn aczo n e w arto ści kiof d la M = C 02 p rz e d s ta w io n o n a ty m sam y m ry su n k u co d la p a ry w o d n ej (rys. 8.3).
N a jle p s z ą z g o d n o ść o b lic z o n y c h w a rto śc i sto p n ia ro z k ła d u N 20 z w a rto ś c ia m i zm ierzo n y m i u zy sk an o , g d y w o b lic z e n ia c h sto so w an o d la M = C 02 w arto ści k i0f 3 ra z y w ię k sz e o d w arto ści u zy sk a n y c h d la M = A r, w g ra n ic a c h b łę d u ± 28% . T ę s a m ą w a rto ść w sp ó łc z y n n ik a w z m o c n ie n ia d la d w u tle n k u w ę g la w z g lę d e m arg o n u p o d ali G la rb o rg i in. [112].
1000/T, 1/K
Rys. 8.3. Stała szybkości k !0f reakcji N 20 + M => N2 + O + M dla M =H20 i M = C 0 2: (--- ) H20 , Glarborg i in. [112]; (a) H20 , eksperymenty własne; (--- ) C 0 2, Glarborg i in. [112];
( • ) C 0 2, eksperym enty w łasne
Fig. 8.3. Rate constant k]0f o f reaction N 20 + M => N2 + O + M for M =H20 i M = C 0 2: (--- ) H20 , Glarborg et al. [112]; (a) H20 , own experiments; (--- ) C 0 2, Glarborg et al. [112]; ( • ) C 0 2, own experim ents
W c e lu a n a liz y i w e ry fik a c ji za p ro p o n o w a n e g o m e c h a n iz m u c h e m ic z n e g o (załączn ik
1) p rz e p ro w a d z o n o ró w n ie ż se rię ek sp e ry m e n tó w , w k tó ry c h do re a k to ra d o p ro w ad zan o m ie sz a n in y C H i/p o w ie trz e o ra z C H y ^ O /A r / p o w ie tr z e . S tab iln y p ro c e s sp a la n ia u zy sk an o p rz e z u m ie sz c z e n ie w p o c z ą tk o w y m p rz e k ro ju re a k to ra c ie n k ie g o e le m e n tu cera m ic z n e g o z ro z m ie sz c z o n y m i ró w n o m ie rn ie n a o k rę g a c h o tw o ra m i o śre d n ic y o k o ło 2 m m . W celu u n ik n ię c ia n ie d o k ła d n o śc i z w ią z a n y c h z w y k le z p o m ia re m te m p e ra tu ry w strefie reak cji stru m ie n ie su b s tra tó w d o b ie ra n o w ta k i sp o só b , ab y te m p e ra tu ra śc ia n re a k to ra b y ła w
k a żd y m p rz y p a d k u w y ż sz a o co n ajm n iej 100K o d te m p e ra tu ry a d iab a ty czn eg o spalania.
P rzeto g azy w e w n ą trz re a k to ra b y ły d o g rzew an e. P o zw o liło to n a u zy sk an ie p raw ie izo term iczn eg o p ro c e s u sp alan ia. N a ry su n k u 8.4 p rzed staw io n o ty p o w y ro z k ła d tem p eratu ry reag en tó w p o d c z a s sp a la n ia m ie sz a n in y m eta n /p o w ie trz e o liczb ie n a d m ia ru p o w ie trz a do sp alan ia *,=2.2 w z d łu ż o si re a k to ra o śre d n ic y 34m m .
1750
* 1700 ro
3 1650
WLa