Сажеобразование

Исследователи берут на себя основную роль в полимеризации или цепных ответвлениях.В последнем случае физико-химическая модель процесса включает разветвленные цепные реакции образования радикальных эмбрионов, превращение их в твердофазные эмбрионы (минимальные частицы с физической поверхностью) и дальнейший рост эмбрионов за счет гетерогенного распада углеводородов на их поверхности. Сторонники схемы полимеризации отмечают, что образование ацетилена также наблюдается в метан-кислородном пламени. После достижения максимальной концентрации ацетилен превращается в моно - и полициклические ароматические углеводороды и полиацетилен. Также экспериментально показано, что при соответствующих условиях образованию частиц предшествует образование (в результате полимеризации) крупных углеводородных молекул с молекулярной массой около 500.При изучении образования сажи в процессе пиролиза метана было обнаружено, что выходсажитембольше,чемвышемолекулярныйвесуглеводорода.При этом для бинарных смесей соблюдается правило аддитивности, т. е. образование твердых частиц из каждого углеводорода происходит так же, как и из отдельных углеводородов.Это,по-видимому,связаностем,чтомеханизмобразованиясажевыхчастицодинаковдлявсехациклическихуглеводородовиразличиезаключаетсятольковскоростипроцесса.Небольшие количества метановых примесей ароматических углеводородов приводят к резкому увеличению выхода сажи, что объясняется скоростью образования зародышей сажи. Добавки нафталина также значительно увеличивают количество сажи можно предположить, что в процессе пиролиза происходят реакции алкилирования нафталина, тогда как алкильные нафталины характеризуются высокой скоростью образования сажи.ЗАКЛЮЧЕНИЕНа основе кинетического анализа модели полииновойпонятна причина высокой эффективности полициклических ароматических углеводородов в образовании частиц и тормозящее влияние водорода на количественную плотность частиц и выход сажи. Подходкописаниюростасажевыхчастицдаетколичественноеобъяснениеобнаруженномуранеедругимиисследователямиускорениюростапленкиуглеродавэкспериментахпогетерогенномупиролизуацетилена.Наблюдаемоеускорениенеможетбытьописановрамкахизвестныхкинетическихданныхобобразованиипироуглеродаизуглеводородовгазовойфазысучетомвкладапродуктовобъемногопиролизаацетилена.Посколькупроцессысажеобразованиясильнозависятотфизическихусловийпротеканияреакцийидальнейшейдинамикичастиц,дляпрогнозированиятакихпроцессовнеобходимыматематическиемоделиичисленныеметодыихрешения.ДлячисленногоописанияпроцессовкоагуляциисуществуетстатистическаямодельСмолуховского,врамкахкоторойсистемауравненийбалансафракцийчастицрешаетсятемилиинымчисленнымметодом.Например,методмоментовоснованнааппроксимации:послеобразования«зародышей»сажи(врамкахчисленногометодавыбираютсямолекулы,выступающиевэтойроли)молекулыуглеводородоврассматриваютсякакмножествовекторовсраспределениемпонекоторымпараметрам,аименноконцентрациячастицкакфункциявремени,внешнихивнутреннихкоординат(взависимостиоттипавыбранногодлярасчетареактора,вкоторомзадаютсяфиксированныепараметры).Вслучае,еслихарактернымипараметрамиявляютсяобъем/масса/размерчастиц,тозадачасводитсякполучениюаппроксимациифункциираспределениячастицпоразмерам,определяющейсянесколькимипервымимоментамирасчета,врамкахкоторыхпроводитсяаппроксимацияинахождениезаданнойфункциираспределения.Средилабораторныхэкспериментальныхустановок,дающихвозможностьизучатьпроцессысажеобразования,широкораспространеныпламенаразличныхконфигураций,проточныереакторыиударныетрубы.Большимдостоинствомпламенныхипроточныхтиповреакторовявляетсяотносительнопростаяреализацияразличныхметодовотборапроб,позволяющаядостоверноопределятьпродуктыпротекающихреакцийнаразныхстадияхсажеобразования.Посколькупроцессысажеобразованиясложные,ихарактернаблюдаемыхявленийсильнозависитотфизическихусловийэксперимента,каждыйтипреакторовзанимаетсвоюнишуисследованийобсуждаемыхпроцессов.СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВТеснерП.А.,ЕвплановаИ.Я.,ШуруповС.В.Кинетикаикатализ,т.41(2),с.125(2000).ГлазковД.Ю.Процесссажеобразованиявцилиндредизеляиметодыегомоделирования//ИзвестияКГТУ.2018.№48.URL:https://cyberleninka.ru/article/n/protsess-sazheobrazovaniya-v-tsilindre-dizelya-i-metody-ego-modelirovaniya(датаобращения:02.11.2023).МатвеевС.Г.,ЧечетИ.В.ПостроениедетальныхкинетическихсхемобразованияпятикольцевыхПАУиихредуцированиедляиспользованиявсовременныхCAEпакетах//ВестникСГАУ.2011.№5.URL:https://cyberleninka.ru/article/n/postroenie-detalnyh-kineticheskih-shem-obrazovaniya-pyatikoltsevyh-pau-i-ih-redutsirovanie-dlya-ispolzovaniya-v-sovremennyh-cae-paketah(датаобращения:02.11.2023).СавченковаА.С.,СеменихинА.С.,ЧечетИ.В.,МатвеевС.Г.,МатвеевС.С.,ИдрисовД.В.,ФренклахМ.,МебельА.М.Rateconstantsfortheformationofthevinylidenebridgebondbetweennaphthaleneandacenaphthalene:AtheoreticalstudyAIPConferenceProceedings,AIPConf.Proc.2304,020020-1–020020-4(2020)(годпубликации-2020)https://doi.org/10.1063/5.0033818СавченковаА.С.,СеменихинА.С.,ЧечетИ.В.,МатвеевС.Г.,МатвеевС.С.,ФренклахМ.,МебельА.М.Aceanthracene-anthracenedimerizationwiththeformationofanE-bridgebondAIPConferenceProceedings,AIPConf.Proc.2304,020038-1–020038-4(2020)(годпубликации-2020)https://doi.org/10.1063/5.0033819СеменихинА.С.,СавченковаА.С.,ЧечетИ.В.,МатвеевС.Г.,ФренклахМ.,МебельА.М.Onthemechanismofsootnucleation.II.E-bridgeformationatPAHbayPhysicalChemistryChemicalPhysics,Т.22,стр.17196-17204(годпубликации-2020)https://doi.org/10.1039/D0CP02554B«Химическийэнциклопедическийсловарь»,издат.«Советскаяэнциклопедия»,М.-1983г.«Энциклопедияполимеров»,издат.«Советскаяэнциклопедия»,М.-1974г.ЗуевВ.П.,МихайловВ.В.,«Производствосажи»,М.-1970г.СюняевЗ.И.,«Нефтянойуглерод»,М.-1980г.