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: 1259; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!