Теплопередача. Учебник для вузов. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел, 1975 (945106), страница 77
Текст из файла (страница 77)
' Поскольку ванаэарлпааннэ аа авлнетса п!аволгахач 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 при 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-.= ~!ШН, —,"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 теплота химической реакция постоянна, т. е. не Нчменяетпя 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 ьомпояента 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 хямическвмн 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 реаыщи, 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 в Дж/кг Яп а й — в Дж/ьг Вг. Тогда нз уравнения (15-1) следует, что величина удельного тепловыделения определяетсв следующими уравнениями! у !=.
! я'ч !=-2 =! «=! !=з (15-4) (15-5) Тепле- и массообмен зависят ие толька ат теплоты хнззическнх превращений, ва и от скорости прохождения последних. Скоростью химической реакции вазываетсв количество молелул данного сорта, реагирующих в еднввцу времени. Чтобы нажив было сравнгпь скорости различных реакннй, кх обычно определяют как числа молекул ялв молей данного вещества, реагирующих в единицу времени в единице объема фазы в случае гомогенной реакции итш па единице повсрхности раздела фзз в сл)чае гетерогенной реакции.
Рассмотрим кратко некоторые полоз!ения химической кинетикин. Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости реакции от коннентрацян реагентов, температуры а некоторых других факторов. Реакции мог) т быть как простыми, так н сложяыми. Сложные реакции осуществляются в результате одповремы!ного протекания несколькит простых. Нанрниер, гомогенная гааовая реакции 2ХО+Оз=ХзОз складывается нз следующих реакций (стадий): 2ХО= (ХО)» (ХО)з+ +Оз=ХзО». Лнмер окиси азота (ХО), является промежуточным вепгествоя. Продукты стадий (промежуточные вещества) быстро потребляются в других элементарных реакциях и присутствуют в реагирующей смеси а очень небольших количествах.
Задача выяснения механизма реакция с точки зрения химической кпветикп обычно сводится к установлению природы промежуточных продуктов и стадий реакции. В случае простой обратимой реакции ее скорость в=в — !з, где м н ш — скоростн реакции в прямом н обратном направлениях. Если ыФО, процесс является химически неравновесным, если и= / й — химически раввовесным, Под хнмнчесю!м равновесием понимают такое состояние реагирующей снстемы, прн котором рассматриваемая 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 все стадии, н при равновесны для каж. дой хиы~чегков 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. чвсло 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 н 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 хииических реакций н, слепавательио, скорости выделения (или поглощения) тепла зависят от яоицевтрэцнй 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 НЭЕВЭАЩЕНИЯК Определение звтальпин согласно уравнепияч (1бгй) и (!6-3) позволяет использовать для расчета тепло- к массообмена при химических превращениях ынагие ранее полученные соотнотпенни. Плотность потока теглоты в диффундирующей смеси описывается уравнсаинын (!4-10) и (14-10'): = — -р!+Ия!+74 .* . В случае химических реакции уравнение (!4-!О') переходит в следтюпае: д= — Ау(+ Иэй + Т4 эйэ (16-7) Здесь первый член правой частя уравнении учвтывает перенгс теплоты теплопроводностыо, второй †конвеюги а третий — молекулярной М-ТТ 353 диффузией.
В этом уравнеяип не надо отдельно учитывать выделение илн поглощение теплоты за счет химических реакций. Нз основе соотношения (14-10) з гэ !4 бьшо чолучено дифференциальное уравпспве энергии ш р — =-227 — Д)ч [(1, — 1,) ),[. Послед!им уравнение будет справедливо и в случае химических превращений, еслв вместо энтальпий !, п ! з пего нвеств энтальпкн й, н й, опрелелнемые соответственно уравнениями <15-2) и (15-3). Тогда Лля случая химических реакций уравнение энергии можно зависать в следующем еидс: м р Х=йу ! — (!)ч [(Д вЂ” й ] !.1.
(15-8) Аналогвчность днффереицвальных уравнений энергий (!4-12) и (15-8) следует из апалогнчноств уравнений (!4-!51 и (15-7). Согласно (1б-8) локальное изменение эптзльппн во времени вызвано теплопргпюдпостью, конвекцней и молек)ляряой дпффузией. Припивая, по последняя осуществляется только концентрационной дпффузией, т. е. 1~ =- — дРтутт, уравнение (1б-8) можно записать в следующем виде: р — „, =Ду!+4)ч[(й,— й)рРу! .) 'да (15-8') Конечно, при згом уравнение (15-8), как и уравнение (14-12), справедливо для бинарной смеси диффупднруюппш друг н друга компонентов. При выводе не учтены возможные внутренние ислпчникн тепла, не вьмванные химическими реакцвями, физические параметры считаются постоянными, ие учтена теплота трения. Преобразуем прав) ю часть уравнения (15-8').
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
