ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ САЖИ Горение и пламя из "Производство сажи Издание 2" Промышленные способы производства сажи основаны на разложении углеводородов под действием высокой температу-ры. Образование сажи в одних случаях происходит в пламени горящего сырья при ограниченном доступе воздуха, в других — при термическом разложении сырья в отсутствие воздуха. Некоторые виды сажи получают, извлекая ее из продуктов синтеза различных углеводородов, например при синтезе ацетилена из метана. Каждый из этих способов получения сажи имеет ряд разновидностей. [c.17] По обоим способам образование сажи происходит в пламени горящего сырья, т. е. процесс сводится к тому, что часть сырья сгорает, создавая необходимую температуру для разложения остальной части сырья. [c.18] В последнее десятилетие широкое распространение получил способ, при котором создание необходимой температуры для разложения сырья происходит не в результате сжигания части сырья, а посредством сжигания какого-либо другого топлива. Нгкболее пригодным топливом является природный газ и нефтяной пиролизный газ, получаемый в значительных количествах при переработке нефти. Иногда для этой цели применяют какое-либо недорогое жидкое нефтяное топливо. Реакторы или печи для получения сажи имеют в таком случае две зоны. В одной из них сжигают газ или жидкое топливо при небольшом избытке воздуха, а в другую зону, в которой находится пламя горящего газа, вводят нагретое, а иногда даже испаренное жидкое сырье. [c.18] При этом способе получения сажи выход продукции выше, чем при сжигании сырья с целью получения как тепла, так и сажи. Кроме того, этот способ легко управляем и позволяет получать сажу с самыми различными свойствами. [c.18] Термическое разложение сырья без доступа воздуха также производится различными способами. Некоторые виды сажи получают разложением газообразных или парообразных углеводородов в генераторе, нагретом предварительно до высокой температуры. [c.18] Если в качестве сырья применяются углеводороды, разлагающиеся с выделением тепла (например, ацетилен), то расщепление сырья на углерод (сажу) и водород производят в реакторе путем местного нагревания сырья до требуемой температуры. [c.18] Выход сажи, % от израсходованного сырья. [c.19] Ламповую, форсуночную и газовую печную сажи получают при неполном сгорании сырья в печах различной конструкции, газовую канальную и антраценовую — сжиганием газообраз ного сырья в щелевых горелках с последующим осаждением сажи на металлической поверхности. Печные активные сажи ПМ-70 и другие и полуактивную сажу ПМ-50 производят в реакторах, в которых сжигают газ для создания необходимой температуры и затем вводят сырье для разложения. Иногда сажи ПМ-70 и ПМ-50 получают так же, как и форсуночную сажу — неполным сжиганием сырья в печах. Термическим разложением сырья в отсутствие воздуха получают термическую сажу из природного газа и некоторые сорта ацетиленовой сажи. [c.20] Следует отметить, что неоднократно делались попытки получить сажу размолом активированного угля (древесного и торфяного), кокса и других веществ, содержащих много углерода. Но даже при самом тонком помоле таких веществ получить сажу не удавалось. Неудача объясняется тем, что приме-нявщиеся материалы имели аморфную или кристаллическую структуру, тогда как сажа по строению занимает промежуточное место между аморфным углем и кристаллическим графитом. [c.20] Различные способы производства сажи сопоставлены в табл. 5. [c.20] Горением называется процесс соединения вещества с кислородом (или другим газом), сопровождающийся выделением тепла и образованием пламени. Чтобы начался процесс горения, горючее вещество должно быть сначала нагрето до температуры воспламенения. Начавшийся процесс горения может продолжаться при условии, если в результате сгорания вещества выделяется достаточно тепла для поддержания температуры его воспламенения. При уменьшении температуры ниже этого уровня горение прекращается. [c.21] Механизм процесса горения изучен недостаточно. Предполагается, что при горении происходит расщепление молекул горючего вещества, осколки которых затем вступают в соединение с кислородом. [c.21] По теории академика Н. Н. Семенова, энергия, выделяющаяся при горении газообразных веществ, в первый момент после реакции сосредоточивается в получающихся в результате реакции обломках молекул или радикалах. Эти активированные, т. е. обладающие избыточной энергией, радикалы вновь вступают в реакцию. В результате таких последовательно идущих реакций возникает цепной процесс. Если энергия отдельных радикалов перейдет в тепло до вступления их в реакцию, то цепь оборвется и процесс прекратится. Наоборот, если обладающий избыточной энергией радикал сможет активизировать не одну, а две молекулы (что обычно и происходит при горении), то цепь реакций разветвится. [c.21] Сажу получают из газообразных и жидких, а иногда из твердых углеводородов жидкие и твердые углеводороды при горении переходят в парообразное состояние. Сажа образуется в светящемся пламени. Такое пламя (рис. 4) состоит из трех частей. [c.21] Под влиянием выделяющегося при этих реакциях тепла разлагаются горючие вещества, и продукты горения нагреваются до высокой температуры. [c.22] Для полного сгорания 1 кг углерода требуется 1,87 ле кислорода или 8,91 ж воздуха для сгорания 1 кг водорода — 5,55 кислорода или 26,47 воздуха. Обычно для полного сгорания горючих веществ необходимо подводить к зоне горения несколько больше воздуха, чем это требуется теоретически, так как не весь кислород воздуха участвует в процессе горения. При недостаточном поступлении воздуха происходит неполное сгорание горючего углерод при этом образует не двуокись, а окись углерода, для чего требуется только 0,93 кислорода на 1 кг углерода, т. е. в два раза меньше, чем для полного сгорания. Если еще больше ограничить приток воздуха, то часть углерода (а также и водорода) вовсе не будет сгорать, а будет удаляться вместе с газообразными продуктами горения из зоны горения, образуя копоть — мельчайшие частицы сажи. [c.22] СИ серы И ВОДЯНОГО пара), а также температуру продуктов сгорания, если известно количество сжигаемого в единицу времени горючего. [c.23] Эти определения можно выполнить на основании материального и теплового баланса процесса сжигания горючего. Материальный баланс составляют, исходя из положения, что сумма массы веществ, участвующих в горении (т. е. в данном случае сумма массы горючего и массы необходимого для его сжигания воздуха), должна равняться сумме масс продуктов сгорания — двуокиси углерода и паров воды. [c.23] На основе материального баланса составляют четыре уравнения баланс углерода, баланс серы, баланс водорода и баланс кислорода. В этих уравнениях неизвестными величинами являются количества кислорода воздуха и количества обра-зующи.хся двуокиси углерода, двуокиси серы и водяных паров. Решение системы четырех уравнений с четырьмя неизвестными дает возможность определить эти неизвестные. [c.23] На основании таких расчетов составлены формулы, для определения количества воздуха, необходимого для полного сжигания горючего. [c.23] Вернуться к основной статье