еруть участь в процесі, від часу при концентрації електронів 1 * 107 см - 3
Рис. 3.1.2 Залежність концентрацій компонентів, що беруть участь в процесі, від часу при концентрації електронів 1 * 1 016 см - 3
Рис. 3.1.3 Залежність концентрацій компонентів, що беруть участь в процесі, від часу і розташування реакцій, що протікають в реакторі, за ступенем важливості при концентрації електронів 1 * 1011 см - 3
Рис. 3.1.4 Залежність концентрацій компонентів, що беруть участь в процесі, від часу і розташування реакцій, що протікають на виході з реактора, за ступенем важливості при концентрації електронів 1? 1011 см - 3
. 2 Аналіз можливості отримання хлору методом окисної деструкції HCl в плазмі суміші HCl + O2
Для визначення оптимальних параметрів проведення процесу було проведено дослідження залежності ступеня перетворення від початкового складу суміші HCl + O2 і концентрації електронів. Відповідні дані представлені на рис. 3.2.1. Для характеристики ступеня перетворення використовувалося відношення концентрацій хлороводню до хлору, які спостерігаються в зоні 3. Очевидно, що оптимізація процесу спрямована на мінімізацію цього параметра.
Рис. 3.2.1 Графік залежності відносини HCl до Cl2 на виході з реактора від частки кисню в суміші
Низька ступінь конверсії при концентрації електронів 107 см - 3 пояснюється низькими швидкостями ініціювання хімічних процесів, і, в першу чергу, низькими швидкостями Р1, Р2 і Р3. При ne=+1016 см - 3 досягаються значно вищі ступеня перетворення, однак лімітуючим фактором служить висока швидкість дисоціації цільового продукту при електронному ударі. Найбільш оптимальний варіант має місце при ne=+1011 см - 3, коли в зоні 3 концентрація цільового продукту приблизно в 100 разів перевищує концентрацію HCl. Для цих умов залежність ступеня перетворення від частки кисню в суміші має явно виражений максимум в області 30% О2.
Розглянемо докладніше кінетику процесу при концентрації електронів 1011 см - 3 і співвідношенні концентрацій вихідних компонентів суміші HCl - 70%, O2 - 30%.
1. Як видно з рис. 3.2.1, аж до 10-6 - 10-5 сек, кінетика освіти Cl2 не проявляє істотних відмінностей у порівнянні з плазмохимической обробкою чистого HCl. Це пов'язано з тим, що кількість частинок O і OH недостатньо велике і тому можна знехтувати процесами за їх участю, в тому числі Р13 і Р14. При великих часах впливу плазми на газову суміш, коли концентрація O і ОH досягає 1011 - 1012 см - 3, вплив реакцій Р13 і Р14 прискорює руйнування молекул HCl і освіту атомів Cl. Одночасно по Р14 йде утворення H2O з радикалів OH, що є продуктом Р13. Так само частинки OH задіяні в Р31, Р72-76. Тому при досягненні часу збудження gt; 10-6 - 10-5 сек йде інтенсивне накопичення Cl, Cl2 і H2O. Це і є основною відмінністю розрядів в чистому хлороводню і в суміші HCl/O2.
2. Через вплив реакцій Р13 і Р14 концентрація HCl досягає більш низьких величин, ніж у випадку з обробкою чистого HCl, і це забезпечує більш високу ступінь перетворення HCl в Cl2. Максимальний ступінь конверсії, яка характеризується максимальними значеннями відношення концентрацій HCl/Cl2 і HCl/H2O досягається при 30-60% кисню в суміші. У всьому цьому діапазоні кінетика процесу показує одні й ті ж закономірності, як це було розглянуто вище на прикладі суміші 70% HCl + 30% O2. Суміш 70% HCl + 30% O2 також є кращою з міркувань економії кисню і спостереження близьких до максимальних ступенів конверсії. Коли частка кисню в суміші стає нижче 20 - 30% ступінь конверсії обмежується швидким витрачанням утворюється атомарногокисню (фактично, низькою швидкістю утворення атомарного кисню при дисоціації О2 електронним ударом) і зниженням швидкостей процесів R13 і R14. У разі якщо частка кисню в суміші перевищує 60 - 70%, ступінь конверсії снижется в порівнянні з максимальним значенням через разлоденія молекул хлору по реакціях R23 і R24
. Присутність кисню і кисень-вмісних сполук не робить істотного впливу на кінетику продуктів конверсії в зоні 3. Фактично, аналогічно попередньому випадку, максимальні стаціонарні концентрації Cl2 і H2O формуються в зоні 2 і не змінюються за рахунок рекомбінації атомів в зоні 3. Висока час життя в зоні 3 для Cl і ClO, а також швидке руйнування атомів O обумовлено впливом Р23.
Рис. 3.2.2 Залежність концентрацій компонентів, що беруть участь в процесі, від часу при концентрації електронів 1 * 1011 см - 3 і ступінь важливості реакцій, співвідношення HCl: Cl2=70: 30
Рис. 3.2.2 Залежність концентрацій компонентів, що беруть участь в процесі, від часу і розташування реакцій, що протікають на виході з реактора, за ступенем важливос...
