Термодинаміка гомогенного горіння

Система С-Н-О

Система Н-О

Система С-О

1. Реакція повного горіння вуглецю С +О₂ = СО₂ + Q

2. Реакція неповного горіння вуглецю С +1/2О₂ = СО + Q

3. Реакція догорання СО до СО₂ СО +1/2О₂ = СО₂ + Q

4. Реакція газифікації С газом СО₂ С +СО₂ = 2СО – Q

5. реакція повного горіння водню Н₂ +1/2О₂ = Н₂О_г + Q

6. Реакція газифікації С газом Н₂О до СО С + Н₂О = Н₂ + СО – Q

7. Реакція газифікації С газом Н₂О до СО₂ С + 2Н₂О = 2Н₂ + СО₂ – Q

8. Реакція водяного газу Н₂О_г + СО = СО₂ + Н₂ + Q

Горіння водню (реакція 5)

Реакція горіння Н₂ описується рівнянням

2Н₂ + O₂ = 2Н₂O_г + Q; Δ G ⁰ = - 492230 + 108,24· Т;

або, якщо виразити концентрації в газовій фазі в об'ємних %, .

Число ступенів свободи реакції (5) за правилом фаз Гіббса С = К– Ф + 2, С=2 – 1 + 2= 3. Рівноважний стан системи визначається трьома незалежними змінними: температурою, тиском і концентрацією в газовій фазі.

Залежність константи рівноваги реакції (5) від температури визначається рівнянням .

При підвищенні загального тиску газів і пониження температури в системі рівновага в системі зміщується у бік утворення водяної пари.

Горіння оксиду вуглецю (II) СО (реакція 3)

Реакція горіння СО описується рівнянням:

2СО + О₂ = 2СО₂ + Q; Δ G ⁰ = - 565390 + 175,17· Т.

Реакція екзотермічна. Константа рівноваги реакції (3) рівна . По правилу фаз Гіббса число ступенів свободи для цієї системи складає: С = 2 – 1 + 2 = 3.

Залежність константи рівноваги від температури визначається рівнянням .

З підвищенням температури рівновага реакції (3) зміщується в праву сторону.

Рис. 3.1 - Залежність DG⁰ від температури реакцій горіння Н₂ (5) і СО (3)

По термодинамічних особливостях реакції (5) і (3) багато в чому аналогічні. На рис. 3.1 представлена зміна і залежно від температури. Можна наголосити на двох областях: а) до точки перетину прямих, тобто до 1083 К (810 °С) > (спорідненість СО до кисню вище, ніж у Н_2, а значить, і відновна здатність вища); б) при Т > 1083 К < (спорідненість до кисню і відновні здібності вищі у водню). При Т = 1083 К Н₂ і СО мають рівну відновну здібність і спорідненість до кисню.

Взаємодія водяної пари з монооксидом вуглецю. Реакція водяного газу (реакція 8)

Реакцією водяного газу називається реакція взаємодії

H₂O + СО = Н₂ + СO₂; Δ G ⁰ = - 36580 + 33,46· Т.

Реакція слабкоекзотермічна. Константа рівноваги даної реакції рівна .

За правилом фаз Гіббса число ступенів свободи визначається з рівняння: С=3 – 1 + 2 = 4, тобто рівноважний стан характеризується 4-мя незалежними змінними: температурою і концентраціями трьох компонентів (Н₂O – вважаємо газом).

За законом Гесса термодинамічні функції реакції (8) можуть бути одержані підсумовуванням реакцій (5) і (3)

(3) СО + 1/2О₂ = СО₂

-

(5) Н₂ + 1/2О₂ = Н₂О

(8) Н₂О + СО = СО₂ + Н₂

; K₈ = K₃/K₅

Залежність константи рівноваги від температури визначається рівнянням: . При 1083 К величина К ₅ = К _3, отже, К ₈ = 1, а =0. Реакція водяного газу обратима. При Т >1083 К водень володіє великою спорідненістю до кисню, ніж СО, рівновага реакції повинна зміщуватися вліво; при Т< 1083 К рівновага зміщується вправо, оскільки СО володіє великою спорідненістю до кисню, а СО₂ міцніший, ніж Н₂О_.

Дата добавления: 2014-11-20