Analysis of methods for calculating the kinetics of chemical reactions under adiabatic compression–expansion

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The methods of kinetic processing of experimental data obtained in free piston compressors (ballistic compressors) are analyzed. Among them are various techniques based on the joint solution of a system of equations consisting of the piston motion equation, Poisson’s adiabatic equation, the law of conservation of energy, and the equation of state; techniques based on measuring the deviation from adiabaticity during compression of concentrated mixtures, an approximate technique developed at the A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences (TIPS RAS) as well as a method for determining kinetic constants during spontaneous ignition of a combustible gas proposed by Babkin and Senachin. It has been shown that at present, for adiabatic compression of gases by a free piston, there is no method for determining the rate of a chemical reaction based on experimental data in the full range of the conversion degrees of the test substance and, consequently, in a wide temperature range. The most promising way to create it is to improve the methodology of the TIPS RAS.

About the authors

Igor V. Bilera

A. V. Topchiev Institute of Petrochemical Synthesis of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bilera@ips.ac.ru

(b. 1968) — Candidate of Science in chemistry, leading research scientist

Russian Federation, 29 Leninsky Prosp., Moscow 119991

References

  1. Ryabinin, Y. N. 1961. Gases at high densities and temperatures. New York, NY: Pergamon Press. 52 p.
  2. Kolbanovskiy, Yu. A., V. S. Shchipachev, N. Ya. Chernyak, et al. 1982. Impul’snoe szhatie gazov v khimii i tekhnologii [Impulsive compression of gases in chemistry and technology]. Ed. Yu. A. Kolbanovskiy. Moscow: Nauka. 240 p.
  3. Kolbanovskiy, Yu. A. 1989. Adiabatic compression in studies on the kinetics and mechanism of reactions involving fluorine-containing carbenes. Russ. Chem. Rev. 58(11):1024–1032.
  4. Buravtsev, N. N., and Yu. A. Kolbanovsky. 1999. Intermediates of thermal transformations of perfluoro-organic compounds. New spectral data and reactions. J. Fluorine Chem. 96(1):35–42.
  5. Bilera, I. V. 2014. Gomogennyy piroliz -butana v usloviyakh adiabaticheskogo szhatiya [The homogeneous pyrolysis of -butane under pulsed adiabatic compression]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 7:35–41.
  6. Bilera, I. V. 2020. Gomogennyy piroliz 2-metilpentana v usloviyakh adiabaticheskogo szhatiya [The homogeneous pyrolysis of 2-methylpentane under pulsed adiabatic compression]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 13(1):33–41. doi: 10.30826/CE20130103.
  7. Bilera, I. V. 2020. Sopiroliz dimetilovogo efira i etana v usloviyakh adiabaticheskogo szhatiya [Copyrolysis of dimethyl ether and ethane under pulsed adiabatic compression]. Goren. Vzryv (Mosk.) — Combustion and Explosion 13(4):20–28. doi: 10.30826/CE20130403.
  8. Buravtsev, N. N., L. S. German, A. S. Grigor’ev, Yu. A. Kolbanovskii, A. A. Ovsyannikov, and A. Yu. Volkonskii. 1993. Trifluoromethylfluorocarbene formation and reactions under C F SiF pulsed adiabatic compression pyrolysis. Mendeleev Commun. 3(4):133–134. doi: 10.1070/MC1993v003n04ABEH000254.
  9. Yampolskiy, Yu. P. 1990. Elementarnye reaktsii i mekhanizm piroliza uglevodorodov [Elementary reactions and mechanism of pyrolysis of hydrocarbons] Moscow: Khimiya. 216 p.
  10. Markevich, A. M., V. V. Azatyan, and N. A. Sokolova. 1962. Adiabaticheskoe szhatie kak metod izucheniya khimicheskikh protsessov v nestatsionarnykh usloviyakh [Adiabatic compression as a method for studying chemical processes under nonstationary conditions]. Kinet. Catal. 3(3):431–438.
  11. Volokhonovich, I. E., A. M. Markevich, I. F. Masterovoi, and V. V. Azatyan. 1962. Low-thermal processes. The thermocracking of methane. Dokl. Akad. Nauk SSSR 146(2):387–390.
  12. Kondratiev, V. N. 1965. Determination of the rate constant for thermal cracking of methane by means of adiabatic compression and expansion. Symposium (International) on Combustion Proceedings 10(1):319–322. doi: 10.1016/S0082-0784(65)80178-3.
  13. Vurzel’, F. B., L. S. Polak, and V. S. Shchipachev. 1966. Razlozhenie tetrakhlorsilana pri adiabaticheskom szhatii [Decomposition of tetrachlorosilane under adiabatic compression]. Kinet. Catal. 7(6):1068–1071.
  14. Kondrat’ev, V. N. 1966. Termicheskoe razlozhenie metana [Thermal decomposition of methane]. Khimicheskaya kinetika i tsepnye reaktsii [Chemical kinetics and chain reactions]. Moscow: Nauka. 165–172.
  15. Sargissian, V. K., and R. V. Paronian. 1972. Termicheskiy kreking atsetilena v usloviyakh adiabaticheskogo szatiya i rasshireniya [Thermal cracking of acetylene under adiabatic compression and expansion]. Chem. J. Armenia 25(7):551–559.
  16. Barannik, G. B., and V. S. Babkin. 1973. Decomposition of formaldehyde under adiabatic compression in the presence of oxygen. Combust. Explo. Shock Waves 9(3):363–366. doi: 10.1007/BF00745115.
  17. Sarkisyan, V. K. 1974. K raschetu kineticheskikh parametrov khimicheskikh gazovykh reaktsiy, izuchaemykh metodom adiabaticheskogo szhatiya [On the calculation of kinetic parameters of chemical gas reactions studied by the adiabatic compression method]. Kinet. Catal. 15(3):560–564.
  18. Verem’ev, E. S., V. V. Kislykh, and A. E. Sidel’nikov. 1972. Issledovanie razlozheniya zakisi azota pri davleniyakh 1500–2000 atm [Investigation of the decomposition of nitrous oxide at pressures of 1500–2000 atm]. Kinet. Catal. 13(2):269–273.
  19. Olschewski, H. A., J. Troe, and H. Gg. Wagner. 1966. Niederdruckbereich und Hochdruckbereich des unimolekularen N O-Zerfalls. Ber. Bunsen. Phys. Chem. 70(4):450–459. doi: 10.1002/bbpc.19660700409.
  20. Rohrig, M., E. L. Petersen, D. F. Davidson, and R. K. Hanson. 1996. The pressure dependence of the thermal decomposition of N O. Int. J. Chem. Kinet. 28(8):599–608. doi: 10.1002/(SICI)1097-4601(1996)28:8%3C599::AID-KIN5%3E3.0.CO;2-Q.
  21. Merzhanov, A. G. 1973. Nonisothermal methods in chemical kinetics. Combust. Explo. Shock Waves 9(1):3–28. doi: 10.1007/BF00740357.
  22. Babkin, V. S., and P. K. Senachin. 2017. Protsessy goreniya gaza v ogranichennykh ob”emakh [Processes of gas combustion in limited volumes]. Barnaul: AltGTU. 143 p.
  23. Igonina, I. V., L. S. Polak, and V. S. Shchipachev. 1968. Raschet kinetiki prevrashcheniy metano-vodorodnoy smesi v usloviyakh adiabaticheskogo szhatiya i rasshireniya [Calculation of the kinetics of transformations of a methane–hydrogen mixture under conditions of adiabatic compression and expansion]. Kinet. Catal. 9(1):15–23.
  24. Glebov, D. V., M. E. Polyakova, and V. S. Shchipachev. 1978. Metody obrabotki rezul’tatov kineticheskikh eksperimentov na ustanovkakh adiabaticheskogo szhatiya [Methods of processing the results of kinetic experiments on adiabatic compression units]. Issledovanie khimicheskikh reaktsiy pri adiabaticheskom szhatii gazov [Investigation of chemical reactions during adiabatic compression of gases]. Moscow: Nauka. 74–88.
  25. Shevel’kova, L. V., A. V. Ivanyuk, and N. S. Nametkin. 1980. Comparative study of pyrolysis of n-butane and isobutene. Petroleum Chemistry U.S.S.R 20(4):201–211. doi: 10.1016/0031-6458(80)90050-7.
  26. Wittig, S. L. K. 1969. Study of the thermal decomposition of n-butane. Phys. Fluids (1958–1988) 12(5):I-133–I-135.
  27. Kolbanovskiy, Yu. A., and M. E. Polyakova. 1981. Reshenie prosteyshey obratnoy zadachi khimicheskoy kinetiki v naibolee obshchey postanovke metodom global’noy optimizatsii [The solution of the simplest inverse problem of chemical kinetics in the most general formulation by the method of global optimization]. Kinet. Catal. 22(4):882–887.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».