ЛР №1 - Горение твердого топлива

Теоретическая часть

Горение твердого топлива в слое сопровождается реакцией взаимодействия твердого топлива с диоксидом углерода (реакция газификации твердого углерода):

Реакция (1) обратима и в одних условиях может идти в прямом направлении, а при других - в обратном. Суждение о факторах, определяющих полноту протекания реакции, можно сде­лать на основе правила фаз. Система состоит из трех индивиду­альных ведеств, ее равновесие зависит от двух внешних факто­ров. По правилу фаз Гиббса С = К - Ф + 2, при К = 3 - 1 = 2; Ф = 2 (твердая и газообразная), С = 2.

Согласно числу степеней свободы состав газовой фазы яв­ляется функцией температуры и давления. Он не зависит от ис­ходного состава газа и количества углерода и принимает преж­нее значение при введении в систему или отвода из нее некото­рых количеств газообразных компонентов. Константа равновесия для реакции (1) по закону действия масс имеет вид

При повышении давления и уменьшении температуры равнове­сие реакции смещается в сторону увеличения содержания СО . Направление проыесса в зависимости от исходного состава газо­вой смеси при постоянной температуре обычно находят с помощью уравнения изотермы:

Цель работы

1) выявление зависимости состава равновесной газовой фа­зы от температуры;

2) установление количественной зависимости константы равновесия реакции от температуры в виде эмпирического урав­нения;

3) определение среднего значения теплового эффекта реак­ции газификации.

Методика и аппаратура

Установка для проведения опыта состоит из реакционной трубки с активированным углем, газовой горелки, поглотителя, трехходового крана, который позволяет направлять газовую смесь в газовую бюретку или на выход из прибора в атмосферу через промывную склянку. Нагревание реакционной трубки произ­водится трубчатой печью, включенной в электрическую сеть че­рез реостат или автотрансформатор. Температура измеряется термопарой BPb/20. Через слой активированного угля пропускают очень медленно струю диоксида углерода, полученную в аппарате Киппа.

Порядок выполнения работы

Устанавливают кран 4 в положение, обеспечивающее соеди­нение газовой бюретки 2 с атмосферой. Манипулируя уравнитель­ной склянкой 9, заполняют бюретку раствором хлорида натрия до верхней метки. Кран 4 перекрывают таким образом, чтобы реак­ционная трубка была соединена с промывной склянкой 8 и атмос­ферой. Затем воздух вытесняют из прибора, пропуская через не­го СО в течение 10 мин, после чего прекращают поступление СО

в систему, включают в сеть трубчатую печь и подводят темпера­туру в реакционной трубке до заданного значения. Эту темпера­туру поддерживабт в течение отсчета постоянной. Скорость по­дачи диоксида углерода при постоянной температуре должна быть постоянной так, чтобы в промывной склянке 8 пузырьки газа проходили примерно по одному в секунду. Через 10-15 мин с по­мощью крана 4, соединяют бюретку 2 только с реакционной труб­кой и очень медленно забирают в бюретку некоторое количество газа и затем удаляют его, манипулируя уравнительной склянкой. После этого отбирают указанным выше способом 10 см газа на анализ, а кран 4 устанавливают в колошнике, обеспечивающем выход газа из печи через промывную склянку в атмосферу. Ана­лиз газа производят, поглощая СО в щелочном поглотителе. С этой целью открывают кран поглотителя 3 и, манипулируя урав­нительной склянкой, перегоняют пробу газа в поглотитель и об­ратно из поглотителя в бюретку. Эта операция повторяется нес­колько раз до получения постоянного значения объема непогло­щенного газа. Остаток после поглощения СО относится на оксид углерода (СО). Анализ повторяется 3-4 раза, каждый раз отби­рая новую порцию газа. Наиболее достоверные данные могут быть получены при условии малой скорости прохождения СО и при мед­ленном отборе проб газа в бюретку. Аналогичные опыты проводят при 3-4 температурах, заданных преподавателем.

Обработка результатов опыта

+----------------------------------------------------------------------+

¦ N ¦ Т,С ¦ Т,К ¦ 1/Т ¦ Состав газ ¦ Состав газа ¦ Kp ¦lnKp ¦

¦опыта¦ ¦ ¦ ¦ СО ¦ СО ¦ СО ¦ СО ¦ ¦ ¦

+-----+-----+------+---------+------+------+-------+------+------+-----¦

¦ 1 ¦ 750 ¦ 1023 ¦ 0,00098 ¦ 3,4 ¦ 6,6 ¦ 34 ¦ 66 ¦ 1,28 ¦0,25 ¦

¦ 2 ¦ 800 ¦ 1073 ¦ 0,00093 ¦ 2,2 ¦ 7,8 ¦ 22 ¦ 78 ¦ 2,77 ¦1,02 ¦

¦ 3 ¦ 850 ¦ 1123 ¦ 0,00089 ¦ 1,9 ¦ 8,1 ¦ 19 ¦ 81 ¦ 3,45 ¦1,24 ¦

¦ 4 ¦ 900 ¦ 1173 ¦ 0,00085 ¦ 1,2 ¦ 8,8 ¦ 12 ¦ 88 ¦ 6,45 ¦1,86 ¦

+----------------------------------------------------------------------+