Взаимодействие углерода с кислородосодержащей газовой фазой.
Пример 1.11. Определить равновесный состав газовой смеси для реакции С+СО2=2СО для следующих условий: давление в газовой фазе равно 104 Па. Температура 750 ° С .
Решение. Определим значение константы равновесия реакции газификации углерода для заданной температуры, используя следующее уравнение зависимости константы равновесия реакции от температуры:
Для температуры 750 ° С (1023) К:
Содержание СО в равновесной газовой смеси СО-СО2 при температуре 750 ° С и различном давлении. Для давления Р=104 Па находим:
Пример 1.12. Определить состав равновесной газовой смеси, полученной при взаимодействии обогащенного кислородом воздуха с твердым углеродом для заданных условий и рассчитать равновесное давление кислорода в газовой смеси.
Условия задачи:
а) состав обогащенного воздуха:
б) общее давление в системе
в) расчет произвести для температур в интервале 700-950 ° С.
Решение. Исходные данные для расчета приводим в виде таблицы.
Состав обогащенного воздуха, % | Температура, ° С |
Давление Р', Па | ||||||
N2 | O2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | |
76 | 24 | 700 | 750 | 800 | 850 | 900 | 950 | 0,5·105 |
Для определения равновесного состава газовой смеси, находим соотношение между азотом и кислородом в обогащенном воздухе:
Пользуясь уравнением , находим значения для шести заданных температур:
T, K 973 1023 1073 1123 1173 1233
KP3 1,07 3,03 7,79 18,40 40,41 83,22
|
|
Подставляя величины и получим расчетное уравнение для определения значений при заданных температурах:
Подставляя в полученное уравнение найденные ранее значения , находим значения для шести заданных температур.
Подставляя значение получим расчетное уравнение для определения величин при заданных температурах:
Находим значения для найденных величин . Подставляя полученные значения , находим
По уравнениям: определим относительное содержание СО и СО2 в составе смеси для заданных температур. Результаты расчета сводим в таблицу 3 .
Таблица 3. Результаты расчета равновесных характеристик газовой фазы для газификации углерода
№ п/п |
t, °C |
T, K |
Состав равновесной газовой смеси, % |
Относительное содержание, % | , Па | ||||
СО | СО2 | N2 | СО | СО2 |
| ||||
1 2 3 4 5 6 | 700 750 800 850 900 950 | 973 1023 1073 1123 1173 1223 | 31,32 35,39 37,27 38,07 38,42 38,56 | 4,58 2,78 0,89 0,39 0,18 0,09 | 64,10 62,54 61,84 61,54 61,40 61,35 | 87,2 94,5 97,7 99,0 99,5 99,8 | 12,8 5,5 2,3 1,0 0,5 0,2 | 1,28 Х 10-18 6,19 Х 10-18 2,31 Х 10-18 7,27 Х 10-18 2,02 Х 10-18 5,25 Х 10-18 | -17,89 -17,21 -16,69 -16,14 -15,69 -15,28 |
Определение равновесного давления кислорода в газовой смеси производим путем подстановки в уравнение значений концентрации CO и СО2 для соответствующих температур:
|
|
Расчет значений КР производим по уравнениям:
Результаты расчета приведены в таблице 3 . Используя расчетные данные, строим графики зависимости состава равновесной газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры (рис.2) и зависимости равновесного давления кислорода в газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры (рис.3).
Рис. 2. Зависимость относительного содержания СО в газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры.
Рис. 3. Зависимость равновесного давления кислорода в газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры.
Задачи
1.1. Молекулярный азот при высоких температурах частично диссоциирует с образованием атомарного газа. Определите степень диссоциации и состав равновесной газовой смеси при нагреве азота до температур 2000 и 3000 К при постоянном давлении .
1.2. Определите степень диссоциации Н2О для четырех температур в интервале от 1900 до 2200°С для случая диссоциации: а) чистого водяного пара при б) для смеси водяного пара с азотом, содержащей 70% N2 при . Результаты расчета представьте в виде графика зависимости степени диссоциации от температуры для двух случаев.
|
|
1.3. Какое должно быть отношение в газовой смеси из водорода и водяного пара, чтобы при температуре 1600 ° С равновесное давление кислорода в ней составляло .
1.4. Для создания газовых смесей из водорода и водяного пара с заданным отношением , водород насыщают водяным паром, пропуская его через устройство, в котором вода нагрета до точно фиксированной температуры. Парциальное давление водяного пара в смеси принимают равным давлению насыщенного водяного пара при этой температуре.
Определить, при какой температуре нужно насыщать водород водяным паром, чтобы получить равновесное давление кислорода в газовой смеси при 1650 ° С, равным 2,5·10-4 Па. Величину определить по уравнению где Т- температура термостата (К).
1.5. Газовая смесь состава, % : 50 СО; СО; 25 СО2 и 25 Н2 подается в печь, нагретую до 900 ° С. Определите состав равновесной газовой смеси при температуре 900 ° С, если общее давление в печи равно 105 Па.
1.6. Газовая смесь , находящаяся при общем давлении 105 Па и температуре 1600 ° С имеет парциальное давление кислорода . В каком соотношении нужно смешать СО2 и Н2 , чтобы получить такое значение ? Какое значение будет иметь газовая смесь при тех же значениях давления и температуры, если равновесная газовая смесь получена при смешении СО2 и Н2 в отношении 3 : 1 ?
|
|
1.7. Какое давление кислорода будет в равновесной газовой фазе, образующейся из смеси СО2 и Н2 в отношении 3 : 1 при температуре 1000 ° С?
1.8. В каком отношении нужно смешать СО2 и Н2, чтобы в образующейся газовой смеси при температуре 1100 ° С равновесное давление кислорода составило 10 С равновесное давление кислорода составило 104 Па?
1.9. Газовая смесь, содержащая, % (объемн.) : 40 СО; 30 СО2 и 30 Н2 нагревается до температуры 1000 ° С. Определите состав равновесной газовой смеси при общем давлении 105 Па и равновесное парциальное давление кислорода в такой газовой смеси.
1.10. определите количество сажистого углерода, которое может выделяться при охлаждении 100 м3 равновесной с углеродом газовой смеси СО-СО2 от 1700 до 500 К при общем давлении .
1.11. Определите состав равновесной газовой смеси из СО и СО2, находящейся в равновесии с твердым углеродом при температуре 900 К для общего давления в системе : Результаты расчетов изобразить в виде графика.
1.12. Для заданного варианта условий задачи (табл.4) рассчитайте значения равновесного давления кислорода и кислородных потенциалов в равновесной газовой смеси, образующейся при взаимодействии обогащенного кислородом воздуха с твердым углеродом для шести заданных температур.
Результаты расчета привести в виде табл.5.
Таблица 4. Варианты условий задачи
Вариант | Состав обогащенного воздуха |
Температура, °С |
Давление, Па 10-5
| ||||||
N2 | O2 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 | 74 72 70 68 66 64 62 60 58 56 54 52 50 48 75 73 71 69 67 65 63 61 59 57 55 53 51 49 47 | 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 52 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 51 53 | 710 720 730 740 750 702 712 722 732 742 752 704 714 724 734 744 754 706 716 726 736 746 756 708 718 728 738 748 758 | 760 770 780 790 800 752 762 772 782 792 802 754 764 774 784 794 804 756 766 776 786 796 806 758 768 778 788 798 808 | 810 820 830 840 850 802 812 822 832 842 852 804 814 824 834 844 854 806 816 826 836 846 856 808 818 828 838 848 858 | 860 870 880 890 900 852 862 872 882 892 902 854 864 874 884 894 904 856 866 876 886 896 906 858 868 878 888 898 908 | 910 920 930 940 950 902 912 922 932 942 952 904 914 924 934 944 954 906 916 926 936 946 956 908 918 928 938 948 958 | 960 970 980 990 1000 952 962 972 982 992 1002 954 964 974 984 994 1004 956 966 976 986 996 1006 958 968 978 988 998 1008 | 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,3 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 1,7 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 2,1 |
Таблица 5. Результаты расчета окислительных свойств газовой смеси
№ п/п |
t, ° C |
T, K |
Состав равновесной газовой смеси, % | Относительное содержание, % |
,Па |
|
, Дж | |||
CO | CO2 | N2 | CO | CO2 | ||||||
1 2 3 4 5 6 |
Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 1796; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!