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反应动力学机理模型

/reaction mechanism model/
条目作者李小森

李小森

最后更新 2022-01-20
浏览 138
最后更新 2022-01-20
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K.莱克瓦姆和P.劳夫提出的甲烷生成水合物的机理模型。

英文名称
reaction mechanism model
所属学科
工程热物理及动力工程

该机理模型由5个准基元反应(只标出了正反应方向)组成:

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式(1)描述甲烷溶于水相的过程;式(2)描述不稳定的低聚体N的形成过程;式(3)描述低聚体N缓慢生成(非催化)甲烷水合物晶体H的过程;式(4)和式(5)为水合物生长的自催化过程,分别表示由低聚体N或直接由水跟溶解气反应生成水合物晶体的过程。式(1)~(5)表示了第一类水合物的生成过程,它成功地至少在半定量水平上模拟了甲烷水合物形成过程中诱导期的存在及其后续反应阶段。

在这个模型中,诱导期的长度取决于核N的积累速度,它代表H型水合物聚合物的低聚物前身。诱导期间核N聚集为H型水合物。因为水合物颗粒的数量增加将增加宏观可见的水合物聚合点,甲烷水合物的沉淀/增长可被认为是一个自催化过程。

当诱导期水合物H的临界浓度达到一定时,H型水合物宏观颗粒的自催化形成过程就开始了。诱导期与生长过程的突变过程可以通过以下简化的反应式来表示:

()

()

式中代表气体;代表水合物。

若假设,则耦合系统的诱导时间可以通过的化学过程的综合速率方程得到:

式中表示(气体)在某时刻转化为的摩尔分数;时的初始气体浓度;当时能得到一个较好的诱导期,即当转化为时。

尽管模型方程较好地描述了诱导期和反应相之间的突变过程,但对于解释诱导期天然气的消耗量及描述甲烷进入混合过程中气体浓度的动力学影响来说,仍过于简单。

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