Главная Процесс переноса теплоты



Рассмотрим некоторые положения термохимии, представляющие интерес для изучаемых нами процессов.

Как следует из первого закона термодинамики, если реакция идет при постоянных давлениях и температуре, теплота химической то,-


t в

Teunfioarjyj г, !3 К

Рис 1Б-1 Области реаышп диссоциации и ионизации воздуха в зависимости от давления и те\пературы

реакции ДЯ будет равна разности энтальпий начального и конечного состояний (при этом предполагается, что совершается только работа расширения) и не зависит от пути процесса:

В дальнейшей будем полагать, что рассматриваемые реакции идут при постоянном давлении смеси (что обычно выполняется для пропессоз тепло- и массообмена) и при постоянной температуре (что выполняется для локальных значений при стационарном режиме) Тогда для любой химической реакции, описываемой стехиометрическим уравнением вида

геплота химической реакции, равная по абсолютной величине выделенному количеству теплоты ДЯ, Дж/кмоль, взятому с обратным знаком, может быть выражена уравнением

(15-1)

здесь А,, В,-химические символы соответственно реагентов и продуктов реакции (например. С, Ог, СО2 и т. п.); а, и 6, - стехиометрические коэффициенты, представляющие собой соответственно число молей реагентов и продуктов реакции; Я, и Ив, - молярные энтальпии реагентов и продуктов реакции.



Если реакция является эндотермической, то теплота" реакции считается положительной; при выделении теплоты - отрицательной. Такая система знаков теплот реакций называется термодинамической; иногда используется обратная система знаков (или записей реакций), называемая тсрмо.химической.

Теплота химической реакции зависит от температуры, при которой протекает процесс, однако для большей части .химических реакций эта зависимость слаба. В тех случаях, когда в результате реакции число и тип молекул не меняются, изменение теплоты реакции особенно мало. Обычно в справочниках приводятся стандартные значения тенлот реакций (при 0,09806 .ЗДПа и 298,15 К). Будем в дальнейшем полагать, что теплота химической реакции постоянна, т. е. не изменяется в конкретном процессе теплообмена для конкретных реакций.

В термохимических расчетах используется понятие теплоты образования. Теплота образования представляет собой теплоту химической реакции при образовании данного вещества (какого-то компонента смеси) из исходных простых веществ. Для значительного лоличества компонентов реакция образования из простых веществ на практике не может быть осуществлена и теплоту образования рассматривают в общем случае как вспомогательную величину, играющую важную речь при расчетах теп.чот химических реакций. Теплоты образона-ния большого количества химических веществ приводятся в справо !-инках.

В задачах с химическими превращениями исно.чьзуется энтальпия, в которую включается теплота образования данного компонента из исходных веществ. Полная удельная энтальпия г-го компонента

ftt=JcpdT-f ftV (15-2)

где /г", - удельная теплота образования г-го компонента, Дж/кг г.

Величина h°„ так же как и теплота химической реакции ЛЯ, может быть как положительной, так и отрицательной. Если при образовании 1-го компонента тепловая энергия подводится, то ho,>0; если отводится, то /!".<0.

В тех случаях, когда наряду с химическими реакциями происходят и фазовые превращения, энтальпия должна учитывать и теплоту фазовых переходов.

Для смеси газов энтальпия h определяется по правилу аддитив-

ности:

(13-3)

где т=р,/р - относительная массовая концентрация г-го компонента смеси; р,- - массовая концентрация г"-го комнонента смеси, кг/м; р - плотность смеси, кг/м-.

Отнесем теплоту химической реакции, определяемую уравнением (15-1), к единице массы реагентов или продуктов реакции. По определению



где и -молекулярные массы веществ Ai н Вй измеряется

в Дж/кг Лг, а /Zg -в Дж/кг В,.

Тогда из уравнения (15-1) следует, что величина удельного тепловыделения определяется следующими уравнениями;

"i=2 t=I

1=2

Тепло- и массообмен зависят не только от теплоты химических презращений, но и от скорости прохождения последних. Скоростью химической реакции называется количество молекул данного сорта, реагирующих в единицу времени. Чтобы можно было сравнить скорости различных реакций, их обычно определяют как число молекул нли молей данного вещества, реагирующих в единицу времени в единице объема фазы в случае го.могенной реакции илп на единице поверхности раздела фаз в случае гетерогенной реакции.

Рассмотрим кратко некоторые положения химической кинетики. Под кинетикой реакции понимают зависимость скорости реакции от концентрации реагентов, температуры и некоторых других факторов.

Реакции могут быть как простыми, так н сложными. Сложные реакции осуществляются в результате одновременного нротекаиия нескольких простых. Например, гомогенная газовая реакция 2NO-b02=N204 складывается из следующих реакций (стадий): 2NO=(NO)2, (NO)2-l--1-Оз=К204. Днмер окиси азота (N0)2 является промежуточным веществом.

Продукты стадий (промежуточные вещества) быстро потребляются в других элементарных реакциях и присутствуют в реагирующей смеси в очень небольших количествах. Задача выяснения механизма реакции с точки зрения химической кинетики обычно сводится к установлению природы промежуточных продуктов и стадий реакции.

В случае простой обратимой реакции ее скорость

где m и ш - скорости реакции в прямом и обратном направлениях.

Если ыфй, процесс является химически неравновесным, если со = =0 - .химически равповесным. По.д химическим равновесием понимают такое состояние реагирующей системы, при котором рассматриваемая химическая реакция происходит одновременно в двух противоположных направлениях с одинаковой по абсолютной величине скоростью

(ю=ю), вследствие чего состав смеси остается постоянным. В сложных обратимых реакциях обратимы все стадии, и при равновесии для каждой химической стадии s вьшолняется равенство oj<,=ffle. S52



0 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 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 [116] 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161


0.0154