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燃烧法降解氟利昂——燃料的初步选择要点

2020-06-11580

298K时,目标反应的标准Gibbs函数变△G=-224.38kJ/mol,以Gibbs函数作为判据,该反应能自发进行,且反应的推动力是比较大的。但是,CFC-12却不像一元卤代烃那样易于发生类似于水解之类的SN亲核取代反应,其原因是CFC-124个键的键能都比较大,其分子呈三角锥形结构,具有很高的对称性,整个分子的极性很小,表现出很强的化学惰性,大家从表2-2的数据中也不难理解这一现象。因此,常温下目标反应的反应速率很慢,以致在数天的时间范围内都很难观察到反应发生的迹象。众所周知,燃烧场成为一个加速这一反应动力学过程的重要条件。

4种燃料—CFC-12耦合体系加上CFC-12 + H20体系,共有5个反应体系的△G-T关系曲线和lgK-T关系曲线绘于图2-7中,由该图可以看出:CFC-12 + H2O反应体系的Gibbs函数曲线位于最上面,CO, H2祸合体系次之,位于最下面的是LPG体系,这说明LPG体系的反应推动力在3002500K的温度范围内是最大的,其他体系与它相差甚远,例如,1500K时,LPG体系的反应推动力是CFC-12 + H2O体系的5.7倍,还分别是H2体系、CH4体系的4.4倍、2.3倍。在lgK-T关系图中,曲线的排列顺序正好与△G曲线的排列顺序相反,相同温度下,CFC-12 + H20反应体系的K值最小,曲线位于最下面,H2CO体系次之,位于最上面的是LPG体系,这说明LPG体系的反应进行得最为彻底,它们之间的差距随温度升高有减小的趋势,尽管如此,在整个温度考察范围内,LPG体系的平衡常数远大于其他体系,1500K时,LPG反应体系的K值为7.63 x 10¹⁰⁶,与CFC-12 + H2O体系相差60个数量级,与H2体系、CH4体系分别相差8288个数量级。在计算温度范围内,2500KLPG反应体系的平衡常数最小,此时平衡常数K=2.66x10⁶⁸>>0,这是一个非常大的值,说明该体系平衡时反应进行得非常完全,这对氟利昂的分解是很有好处的。

经过对计算结果的比较,可得到如下结论:目标反应在4种燃料体系中都使反应的化学亲和势和平衡常数更大,亦即反应的推动力更大,反应进行得更彻底,在备选的四种燃料体系中,这一效果以LPG体系更加显著,从此角度评价,选LPG作为燃料最合适。

从计算结果还可知,当反应能够发生时,较低的温度将更有利于CFC-12的彻底分解,这在LPG体系中也表现得更加明显。


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