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Keywords:

  • RF plasma reactor;
  • CrO vapor decomposition;
  • kinetics of CrO decomposition

Abstract

A simplified RF plasma reaction model has been used for describing the thermal decomposition reaction of chromium oxide (CrO), using an argon RF plasma operated at 2.7 kW. A set of 3 approximated isothermal reactors in series were defined for this purpose within the RF torch. The conversion rate curves were obtained for the respective average isothermal temperatures 4250 K, 3500 K and 2950 K. Reaction order and reaction rate constant were determined at each temperature.

Based on the values obtained for the reaction orders, it appears that the kinetics process involved is similar at 2950 K and 3500 K, while a distinctly different process occurs at 4250 K. Assuming that the two former reactions show an Arrhenius type behavior, an activation energy value has been derived, valid between 2900 K and 3500 K.

The activation energy for the CrO decomposition reaction has been calculated on the basis of an Eyring and Polanyi model. The calculated and experimental results differ by about 20%. The main point responsible for the large reaction rate constant increase observed at 4250 K is the drastic change of the pre-exponential factor in the Arrhenius equation.

On a utilisé un modèle simplifié de réaction au plasma RF pour décrire la réaction de décomposition thermique de l'oxyde de chrome (CrO), à l'aide d'un plasma RF à l'argon de 2,7 kW. Trois réacteurs isothermes approchés en série ont été définis à cette fin dans la torche RF. Les courbes de vitesse de conversion ont été obtenues pour des températures isothermes moyennes de 4250, 3500 et 2950 K, respectivement. On a déterminé l'ordre de réaction et la constante de vitesse de réaction à chaque température.

Les valeurs obtenues pour les ordres de réaction indiquent que le procédé cinétique impliqué est analogue aux températures de 2950 et 3550 K, tandis qu'un procédé complètement différent est observé à 4250 K. Ayant posé comme hypothèse que les deux premières réactions montraient un comportement de type Arrhenius, on a calculé une valeur d'énergie d'activation, qui est valide entre 2900 et 3500 K.

L'énergie d'activation pour la réaction de décomposition du CrO a été calculée en s'appuyant sur un modèle d'Eyring et de Polanyi. Les résultats théoriques et expérimentaux varient d'environ 20%. La principale cause de l'augmentation de la constante de vitesse de réaction observée à 4250 K correspondant au changement radical du facteur pré-exponentiel dans l'équation d'Arrhenius.