Исаченко В.П. - Теплопередача (1074332), страница 77
Текст из файла (страница 77)
На рис. !б-1 показаны области основных химических реакппй в высакотемпературпом воздухе в завнсиыосхн ат давления н температуры. В ряде случаев упомянутые эффекты метут нмагь место прн сравнительно ниэкнх температчрат. Нэоестна, па эффективная тепзопрозоднасть двуокиси азота НОа в интервале температур от О до !Тб С очень высока. Этот эффект является следствием обратимой реакции 2И(УламштОл. Раановеснан смесь арн температурах свыше 1йб'С содержит преимущественно ИО, а прп течпературах ченыпе б'С вЂ” преимугпестпелша НзОл. Необычно высохни кажупгаяся тепзопроводность дчуокиси азота является следствием того, чта молекулы днффунднруют из аысояотемпературных в аизкатеьшературные области, где онн рекомбииируют, освобождая соответствующую теплоту реакции.
' Поскольку ванаэарлпааннэ аа авлнетса пр<волгахач элычрачестаз, аотллшхао поаэлеане залетных элеьтранашзтзмх патей н са . Рассчотриз! некоторыЕ положения тер мохи мин, представляюШие интерес для иаучаемых нами проиессов. Как следует гю первого закона термодинамики, если реакцвя идет при постояниых давлениях н теипературе, теплота химической нз и,! з,зз! з,им и 3 з и и и м и и Рис !Ец Области Зезмом диссецизизи и иониззиии зоздтхз з зззисзиости ат даю!е- ния и те иерзтуры реакции ЬН б1дет равна разноств энтальпий вачального и навечного состояний (при этом предполагается, что совершавши только работа расширения) и не зависнт от пути процесса! дз , м=Н -Н,=ЬН.
(!5-1) здесь Л„ В, — химические символы соответственно реагентов и продуктов реакции (например, С, Оз, СОт и т. п.); о, и Ь, — стетиометрнческне коэффициенты, представляющие собой соответственно число молей реагентов и продуктов реакции; Нз* и Нз.— молярные эятальпии реагентов и продуктов реакции. йбб В дальнейшеч будем иолагатгч что рассматриваемые реакции идтт при постаянноы давлении смеси (что обычно выполняется длн пропессоз тепло- н чассообчепз) и при постоянной температуре (что выполняется для локальных значений ири стационарном режиме) Тогда для любой химической реакции, описываемой стеюзометричсским ураннеиием вада ~,' «,Л, = ~,.' Ь,Вм =! —...
! зеплота,ниической реакции, равная по абсолютной величине выделенному количеству теплоть! ЬН, Дж/хмель, кэитому с обратным знаком, ыожет быть выражена уравнением — ЬН-.= ~! Ш̈́—,"у Ь.На ! =! .=! Если реакция является эндотермической, то теплотагреакции счтггвется положительной; при выделении теплоты — отрицательной. Такая система знаков теплот реащтнй называется термодинамической; иногда используется обратная система знаков (илн записей реакций), называемая термохимической.
Теплота химической реакции зависит от температуры, прн которой протекает процесс, олнако длн большей части химических реакций эта завнсиность слаба. В тех случаях, когда в результате реакция число и тнп молекул не меняются, изменение теплоты реаюпги особенно ча.то. Обычно в сирано шиках приводяпя стандартные значения теплот реакций (прн 0,09806 /бПа и 298,15 К). Буден в дальнейшем полагать, что тсплота химической реакция постоянна, т. е.
не Нчменаетпя в конкрегьом процессе теплообнена лля конкретных реакднй. В тернохимических расчетах используется понятие те п лоты образования. Теплота образованна прсдсгавляет собой теплоту химической реакпии при образовании данного вещества (какого-то ьомпояевта сыски) из исходных простых веществ. Для значительного количества компонентов реакция образовании из простых веществ на арактике не может быть осуществлена и теплоту образованна рассчатривают в общем случае как вспомогательную величину, нграющ)ю ван,- н)ю роль при расчетах теплот хиьтческнх реакций.
Теплоты образоиаяпя болыного количества химических веществ приводятся в сирано ь никах. В задачах с химическими превращениями используется зптазьпия, ь которую включается теплота образования данного компонента ит исходных веществ. Полная удельная энтальпия /-го компонента й,= ~ск/Т+й о где йз, — удельная теплота обрааоваиня 1-го компонента, Дж/кг /. Величипа йз„тзк же как и теплота химической реакции ййй может быть как положительной, так в отрицательной. Если прв образовании г-го компонента тепловая энергии подводится, то /й, мб; если отвалится, то йа,(0. В тех случаях, когда наряду с химическими реакциямн происходят н фазовые превращевия, энтазьпия должна учитывать и теплоту фазовых переходов.
Для смеси газов энтальпия Ь определяется по правилу ахзнтявносгн: (15-3) й=- ~лцйь где ш=р./р — относительная массовая конпентрзция того нампонента смеси; рг — массовая кояпентрацня 1-го компонента смеси, кг/мз; р— плотность смеси, кг/ид Отвесам теплоту химической реающи, определяемую уравнением (15-1), к единице массы реагентов нли продуктов реакшоь?1а определению На й л, М Нз з,= И!„ где Мз и Мз — молекулярные массы веществ Лг и Вб й измеряется н Дж/кг Яп а й — з Дж/ьг Вг.
Тогда нз уравнения (15-1) следует, что аелнчнпа удельного тепловыделения определяется следующими уравнениями! у !=. ! я'ч !=-2 =! «=! !=з (15-4) (15-5) Тепле- и массообмен зазисят ие толька ат теплоты хнззическнх превращений, иа и от скорости прохождения последних. Скоростью химической реакции называется количество молелул данного сорта, реагирующих в единицу времени. Чтобы можно было сраангпь скорости различных реакннй, кх обычно определяют как числа молекул яля молей данного аещестаа, реагирующих н единицу времени в единице объема фазы з случае гомогенной реакции итш па единице повсрхности раздела фаз в сл)чае гетерогенной реакции. Рассмотрим кратко некоторые полок!ения химической кинетикин.
Под кинетикой реакции понимают завнсиыость скорости реакции от коннентрацян реагентов, температуры н некоторых других факторов. Реакции мог) т быть как простыми, так н сложяыми. Сложные реакции осуществляются в результате одпоаремы!ного протекания несколькит простых. Нанрниер, гомогеннвя гааовая реакции 2ХО+Оз=ХзОз складывается нз следующих реакций (стадий): 2ХО= (ХО)» (ХО)з+ +Оз=ХзО».
Лнмер окиси азота (ХО), является промежуточным аепгестаоя. Продукты стадий (промежуточные вещества) быстро потребляются в других элементарных реакциях и присутствуют з реагирующей смеси а очень неболыппх количествах. Задача выяснения механизма реакция с точки зрения химической кпаетики обычно сводится к установлению природы промежуточных продуктов и стадий реакции. В случае простой обратимой реакции ее скорость в =ш — !з, где м н ш — скоростн реакции в прямом н обратном направлениях.
Если ыФО, процесс является химически неравновесным, если и= / й — химически рааповесным, Под хнмнчесю!м равновесием понимают такое состояние реагирующей системы, прн котором рассматриааемая хиыичесьая реаКш!я происходят одновременно в двух противоположных направлениях с одинаковой по абсолютной величине сноростью (гз ы), вследствие чего состав смеси остается постоянным. В сложных обратймых реакциях обратимы зсе стадии, н при равновесии для каж. дой хиынчегкои стадии з выполняется равенство ! .=ы..
352 Иногда лля всех стадий, кроме одной, практически соблюдается равновесие. В таких случаях кинетнка реакции по существу определяется неравновесной стадией, называемой лимитирующей. В ндеальяых газовых смесях скорости тщностадийных гамогенных реакций подчиняются закан) действующих масс. Согласно этому закону скорость реакции Хшд,— ь~Ь,В, зависит от концытратгии реагентов Ат и определяетсн выражением (15.6) где Р— концентрации вещества А„т.
е. часло ьюлекул в единице объема илн пропорциональная величина, язмеряемая, например, кг!мз; й — константа скорости реакции илэ удельная скорость реактТии. Скорость обратной реакпии йь, Р, (16-6') Скорость прямой реакцан уменьшается по иере ее протекания, если исходные концентрации фиксированы; скорость обратной реалции при этом увеличивается. Когда скорости обеих раанцай стануТ одинаковыми, т. е. Н=ы, постигается состояние химического раввовесин.
При этом Рл', Рх*,—. Е зпесь К в константа равновесия, вечнчина, постоянная длн данной реакции и температуры. Кинетика сложных реакций может быть онисана путеы применения закона действующих масс к каждой стадии. Константа скорости, а слеловательно, и скорость реакции увеличиваются с повышением температуры. Как следует нз изложенного, скорости химических реакций н, слепавательио, скорости выделения (или поглощения) тепла зависят от яоицевтрацнй реагевтов э температуры. Поля же концентраций н температуры зависит не только от хоаа реакций, на и от процессов тепло- и массообмена, идущих одновременно с химическими превращениями. Таким образом, а обшеы случае хтпшческве превращении и тепло- и массообмен оказываются тесна связанными и взаэмозааисяшими. Ы-Е.ОснОВные ЕРАВнения теплО- имАссООВменА ПРИ ХИЫНЧЕСНИХ ПРЕВРАЩЕНИЯХ Определение звтальпин согласно уравнепияч (1бгй) и (!6-3) позволяет использовать для расчета тепло- к массообмена при химических превращениях ынагие ранее полученные соотнотпенни.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
