Задачи по химмотологии и физикохимии Горюче-смазочных материалов (стр. 4 )

4 Оцените, являются ли приведенные в условии задачи данные оптимальными для нанесения металлического смазочного покрытия, а толщина его – эффективной? 

5 Если рассчитанная величина h выходит за граничные условия (5–  20 мкм), то предложите условия оптимизации процесса нанесения покрытия.

Таблица 6

№	Осажденный металл	Плотность металла, г/см3	Выход по току	Плотность металла, г/см3	Электролит
1	Cu	8,947	0,85	2,0	Na[Cu(CN)2]
2	Zn	7,133	0,80	2,0	ZnSO4
3	Cd	8,650	0,97	1,0	Cd(NO3)2
4	Pb	11,341	0,95	1,95	Pb[BF4]2
5	In	7,310	1,00	0,1	K3[InCl6]
6	Cu	8,947	1,00	5,0	CuSO4
7	Ni	8,903	0,94	1,0	NiSO4
8	Ag	10,491	1,00	0,2	CH3COOAg
9	Sb	6,696	0,98	2,6	Na3[SbCl6]
10	Sn	5,846	0,95	0,1	SnSO4
11	Cu	8,947	0,99	1,0	(CH3COO)2Cu
12	Zn	7,133	0,75	2,2	Zn(NO3)2
13	Ga	5,097	0,90	1,5	Ga2(SO4)3
14	Ni	8,903	0,80	1,75	Ni(NO3)2
15	Bi	9,800	0,99	2,5	Bi2(SO4)3
16	Ag	10,491	1,00	0,85	AgNO3
17	Cu	8,947	1,00	3,75	Cu(NO3)2
18	Cd	8,650	0,90	1,20	CdSO4
19	Pb	11,341	0,90	2,20	Pb(NO3)2
20	Sn	5,846	0,85	0,97	SnSO4

5 Самовоспламенение топлива

в двигателях внутреннего сгорания

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС), широко применяемых на тепловозах, дизель-поездах, дрезинах и т. п., горение нефтепродуктов происходит в контролируемых условиях. Горение – сложный процесс, при котором превращение веществ сопровождается интенсивным выделением тепла и ярким свечением.

Горение представляет собой совокупность химических реакций окисления, способных происходить с прогрессирующим самоускорением вследствие накопления выделяющегося тепла и активных промежуточных продуктов. Наиболее обширный класс реакций горения – окисление углеводородов (в том числе нефтепродуктов), водорода и т. д.

Горение может начаться самопроизвольно в результате самовоспламенения или быть инициировано зажиганием. Начальной стадией горения является воспламенение, в течение которого энергия, подводимая к системе от внешнего источника, и выделяющаяся при горении, приводит к резкому ускорению химической реакции.

Воспламенение горючей смеси при отсутствии источника зажигания называется самовоспламенением. Причиной самовоспламенения является саморазогрев горючей смеси в процессе экзотермической реакции, и, как следствие, увеличение скорости реакции.

Окисление горючей смечи – это цепной радикальный процесс с участием свободных радикалов. Условием самоускорения цепного процесса является превышение скорости реакций разветвления цепей над скоростью их обрыва. Веществами, вызывающими разветвление цепей, являются гидропероксиды ROOH и альдегиды RCHO.

Температура самовоспламенения – наименьшая температура, при достижении которой происходит резкое увеличение скорости экзотермической реакции взаимодействия вещества с окислителем, приводящее к возникновению пламенного горения.

Для реакций самовоспламенения существует некоторый промежуток времени между скрытым моментом начала реакции (смешивания реагирующих веществ) и моментом внешнего проявления реакции (воспламенение, повышение температуры, давления и т. п.). Его называют периодом задержки τ самовоспламенения. Продолжительность задержки самовоспламенения зависит от химического состава и строения молекул горючей смеси, условий горения и энергии активации. Величина τ связана с температурой самовоспламенения соотношением:

, (11)

где Тсвпоп – температура самовоспламенения топлива, К;

Еа – энергия активации процесса кДж/моль (табл. 7);

τ – задержка самовоспламенения, с (табл. 7).

Температура самовоспламенения топлив, состоящих в основном из алканов, зависит от длины углеродной цепочки молекулы алканов (lц): tсвптеор = f(lц). Эта зависимость представлена на графике (рис. 2).

Рис. 2. Зависимость температуры самовоспламенения алканов

от средней длины углеродной цепочки

Средняя длина углеродной цепочки алкана вычисляется по формуле:

, (12)

где ni – число углеродных цепочек, начинающихся и оканчивающихся СН3;

gi – число возможных цепочек, содержащих ni атомов углерода;

Z – число групп СН3 в молекуле алкана.

Температура воспламенения – наименьшая температура, при которой вещество выделяет пары или газы с такой скоростью, что после из зажигания возникает устойчивое пламенное горение.

Температура воспламенения (tвоспл, єС) вычисляется по формуле:

tвоспл = 48 + 0,88 · tкип + , (13)

где tкип – температуры кипения углеводорода, єС (табл. 8);

аi – коэффициент, зависящий от вида связи j в молекуле алкана (табл. 9);

lц – число связей определенного вида в молекуле алкана.

Температура вспышки (tвсп, єС) – самая низкая температура горючего вещества, при которой образуются пары или газы, способные вспыхивать от источника зажигания (устойчивого горения при этом не возникает). Наиболее точными являются расчетные формулы, устанавливающие взаимосвязь температуры вспышки с термодинамическими величинами и, в частности, с температурами кипения:

tвсп = Со + С1 · tкип + С2 · ДНосгор, (14)

где tкип – температура кипения углеводорода, єС;

Со, С1, С2 – константы для углеводородов, равные -45,5; 0,83; -0,0082 соответственно;

ДНосгор – тепловой эффект реакции горения, определяемый на основании закона Гесса.

Тепловой эффект химической реакции, исходя из теплоты образования продуктов реакции и реагентов, определяется по формуле:

ДНх. р.=         (15)

Данные теплоты образования веществ приведены в табл. 8.

Таблица 7

Энергия активации и задержка самовоспламенения алканов

№	Алкан	Задержка самовоспламенения, τ, с	Энергия активации, Еа, кДж/моль
1	2,2,3,3-тетраметилпентан	42	23,36
2	н-бутан	6	10,48
3	н-пентан	24	14,71
4	н-гексан	30	14,70
5	н-нонан	66	17,65
6	2-метилпропан	5	9,92
7	н-гексан	27	14,60
8	н-октан	32	14,95
9	н-декан	70	18,73
10	2-метилбутан	22	13,99

Таблица 8

Энергия образования и температура кипения алканов

№	Алкан	ДНообр, кДж/моль	tкип, єС
1	2,2,3,3-тетраметилпентан	-225,17	94,24
2	н-бутан	-126,10	-0,5
3	н-пентан	-146,52	36,07
4	н-гексан	-188,01	98,43
5	н-нонан	-229,23	150,80
6	2-метилпропан	-134,62	-11,73
7	н-гексан	-167,21	68,95
8	н-октан	-208,70	125,67
9	н-декан	-249,79	174,12
10	2-метилбутан	-154,59	27,85

ДНообр = -393 кДж/моль,