Efekty cieplne reakcji zgazowania

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Efekty cieplne reakcji zgazowania"

Radosław Orłowski
8 lat temu
Przeglądów:

1 Ćwczene 4 Efekty ceplne ekcj zgzwn A. Część pewsz: pwtózene entlpe twzen tempetu ekcj KALORYCZNOŚĆ PALIW Zgdne z pewszą zsdą temdynmk, wyżjącą ównwżnść cepł pcy, eneg wewnętzn ukłdu dsbnneg sę zwększ, gdy d teg ukłdu dstczne jest cepł lub nd ukłdem wyknywn jest pc, c w pstc óżnczkwej mżn zpsć nstępując: du = Q + W (II.) pzy czym, jeżel pc gnczn jest d zmn bjętśc, t W = pdv. W ukłdze zmknętym pzebeg ekcj chemcznej (z defncj) ne pwduje zmny eneg wewnętznej, le mże spwdwć zmnę tempetuy teg ukłdu. W celu elzcj pcesu chemczneg w stłej tempetuze nleży dpwdzć lub dpwdzć d ukłdu cepł. Cepł t nzywmy cepłem ekcj, pzyjmuje n wtśc zleżne d teg czy T, V = dem czy T, p = dem. Jeśl T = dem V = dem, t cepł pzemny chemcznej ówne jest zmne eneg wewnętznej ukłdu w czse pzebegu tej pzemny w wunkch ztemcznych Q = du (II.2) Gdy T = dem z p = dem, wówczs cepł ekcj mżn zwązć ze zmnm nnej temdynmcznej zmennej stnu, zwnej entlpą H = U + pv Q = (II.3) w tych wunkch cepł ekcj jest ówne zmne entlp ukłdu. Klymetyczny pm wtśc cepł ekcj jest tudny mżlwy d elzcj dśwdczlne tylk dl ekcj pzebegjących bdz szybk, d kńc bez żdnych pcesów ubcznych. W pzypdku wększśc ekcj chemcznych dkłdne wtśc cepł ekcj tzymuje sę n pdstwe blczeń, kzystjąc z pw Hess, któe mów, że cepł ekcj chemcznej (w wunkch zchycznych lub zbycznych) ne zleży d dg pzemn, tylk d stnu pczątkweg kńcweg ekcj [5]. Dl dwlnej ekcj chemcznej, któej schemt mżn zpsć jk substty pdukty stnem pczątkwym ekcj są substty, stnem kńcwym pdukty. Pnewż wele pzemysłwych pcesów spln zchdz pd stłym cśnenem, zblżnym d tmsfeyczneg, efekt ceplny ekcj chemcznej mżn wyzć z pmcą zmny entlp. Zmnę entlp dl dnej ekcj blcz sę w ten spsób, że d sumy entlp twzen pduktów dejmujemy sumę entlp twzen substtów, pmnżnych pzez dpwedne współczynnk stechmetyczne n Q el = = n ( pd) n ( (II.4) Z pw Hess wynk, że d blczen zmny entlp ekcj (cepł ekcj pzebegjącej pd stłym cśnenem) nleży znć entlpe twzen pszczególnych pduktów substtów. Entlp twzen dneg zwązku jest t zmn entlp spwdwn syntezą jednstk msy (ml) dnej substncj pd stłym cśnenem w stłej tempetuze. Wtśc entlp twzen częśc ekcj chemcznych zstły wyznczne ekspeymentlne. W celu ujednlcen dnych ułtwen blczeń pzyjmuje sę, że entlpe twzen są keślne w wunkch stnddwych: T = 298 K, p = tm nzywne są stnddwym entlpm twzen zncznym H 298. Wt zznczyć, że zgdne z knwencją mędzyndwą stnddwe entlpe twzen dl wszystkch pewstków chemcznych w ch stnch stblnych pzyjęt z ówne zeu. Wybne wtśc entlp twzen w wunkch stnddwych pzedstwn w tbel II..

2 Entlp twzen 298 w wunkch stnddwych [2] Tbel II. Zwązek chemczny Stn skupen H 298, kj/ml O 2 gz 0 N 2 gz 0 H 2 gz 0 C cł stłe 0 O gz 249,9 N gz 472,66 H gz 27,94 CO 2 gz 393,52 H 2 O gz 24,83 H 2 O cecz 285,84 CO gz 0,54 CH 4 gz 74,87 Nleży ddć, że zgdne z pzyjętym zsdm dl ekcj egztemcznej (Q el = < 0) by utzymć stłą tempetuę, musmy pewną lść cepł dpwdzć z ukłdu, cepł dpwdzne d ukłdu m węc znk ujemny. Odwtne będze dl ekcj endtemcznej (Q el = > 0), by utzymć stłą tempetuę, nleży d ukłdu dpwdzć pewną lść cepł, któe będze mł znk ddtn. Wynk z teg, że cepł ekcj mżn wyznczyć n pdstwe entlp twzen, pzy czym w pktyce wygdne jest zóżnene cepł spln Q s wtśc płwej Q, któe dnszą sę d jednstk mte, msy lub bjętśc czynnk (J/ml, J/kg, J/m 3 ). Cepł spln Q s jest lścą cepł wydzelneg pdczs zupełneg cłkwteg splen dneg plw, pzy czym pdukty zstją chłdzne d tempetuy pczątkwej substtów. Wtść płw Q jest ntmst lścą cepł wydzelneg pdczs zupełneg cłkwteg splen dneg plw, pzy czym p wdn pwstł w pcese spln ne zstje skpln. Mżn węc pwedzeć, że óżnc mędzy cepłem spln Q s wtścą płwą Q pleg n tym, że pdczs wyznczn Q s wd w splnch jest w pstc cekłej, pdczs wyznczn Q w pstc py. Cepł spln będze ztem zwsze wększe d wtśc płwej óżn sę cepłem pwn wdy w splnch (PN-9/G-0450) ( W + 8, H ) = Qs, kj/kg (II.5) Q 94 gdze: cepł pwn wdy ( = 24,42 J/g dl % wdy w plwe), W H zwtść wlgc z wdu w póbce nltycznej, wyżn w % (8,94 jest pzelcznkem wdu n wdę). Obe welkśc są ścśle zdefnwne, mżlwe d blczen n pdstwe skłdu chemczneg plw lub d wyznczen dśwdczlne. Cepł spln wtśc płwe typwych plw pdn w tbel II.2. Dl pzykłdu wyzncz sę stnddwe cepł spln Q s wtść płwą Q wdu, kzystjąc z dnych w tbel II. wtśc stnddwych entlp twzen H 298 : ekcj spln wdu gdze wd jest w pstc cekłej, stąd według (II.4) 2H2( + O2( 2H2O( c) (II.6) 2 H = H ( ) 298 H H 2 O c H2 ( 298O2 ( g (II.7) ) p pdstwenu entlp twzen dl pszczególnych skłdnków (tb. II.) złżenu skplenu py wdnej tzymuje sę = 57,68, kj/ml blczene cepł spln wdu Q s p uwzględnenu msy cząsteczkwej M wdu bąceg udzł w ekcj spln (M = 2H 2 = 4,04 g/ml) zmne dpwedn jednstek tzymuje sę 57,68 Q s = = = 4,5, M 4,04 Pdbne blcz sę stnddwą wtść płwą wdu, w któej wd pzstje w pstc py wdnej 2

3 stąd według (II.4) 2H2( g ) + O2( 2H2O( (II.6) H = H 2 O( 298H 2 ( 298O 2 ( (II.7) wówczs zmn entlp twzen wyns wtść płw Q = 483,66, kj/ml 483,66 Q s = = = 9,7, M 4,04 W pzypdku neznjmśc dkłdneg skłdu chemczneg plw ne mżn blczyć wtśc płwej cepł spln n pdstwe entlp twzen, wówczs kzyst sę z pzyblżnych wzów empycznych (nżyneskch) [, 3, 4, 6]. Tbel II.2 Klycznść wybnych plw Typ plw Nzw Wtść płw, Cepł spln, Stłe (stn nltyczny, pwetzn-suchy) Cekłe Gzwe dewn tf węgel dzewny kks metlugczny węgel buntny węgel kmenny gzwy kkswnczy chudy ntcyt lkhl etylwy benzyn lej npędwy lej płwy lej lekk cetylen n-butn metn tlenek węgl wdó 4,3 4,5 28,6 30, 9,7 23,2 29,4 32,3 3, 26,8 42,0 4,8 42, 42,08 48,6 45,7 50,0 0, 9,7 6,0 9,0 5,9 29,0 30,4 20,6 25, 30,8 33,2 3,4 29,7 45,2 44,7 44,8 44,8 50,4 49,6 55,6 0, 4,5 Wtść płwą plw stłeg w stne bczym mżn wyznczyć n pzykłd z fmuły Mendelejew [6] ( O ) 25, W C + 030H 08,9, kj/kg (II.8) Q = 339,5 S gdze: Q wtść płw w stne bczym, C, H, O, S z W udzły mswe pszczególnych pewstków chemcznych wdy w plwe w stne bczym, wyżne w pcentch. W pzypdku spln bmsy dpdów wtść płwą mżn wyznczyć ze wzu: Q ( O + N ) 5,3P 68,6S = 34 C + 322H 20 +, kj/kg (II.9) W pzypdku tkch mtełów, jk: lgnn, celulz, dewn, kbnzt smł z dewn z leje błąd ne pzekcz 2,5% [3]. Wtść płwą plw cekłych mżn ówneż keślć z nstępujących wzów pzyblżnych [] lub 3 2,6 0 Q = 27,65 +, (II.0) ρ5 3

4 Q ,5 ρ5 293S = 000, (II.) w któym: Q wtść płw w stne bczym; ρ 5 gęstść plw cekłeg w tempetuze 5 C, kg/m 3 ; S zwtść sk w plwe w stne bczym, %. Wtść płwą plw gzwych wyzncz sę ntmst z nstępującej zleżnśc: Q = n [( Q ) ] v =, MJ/m 3 (II.2) gdze: (Q ) wtść płw -teg skłdnk gzu, v udzł bjętścwy -teg skłdnk w mesznne []. Nleży ddć, że z pwdu udzłu substncj mnelnej z zmenjącej sę zwtśc wlgc w plwe pzy pdwnu cepł spln wtśc płwej nleży zwsze zznczyć stn wyjścwy plw (pkt ). Mżn ówneż dknć dpwednch pzelczeń pcentwej zwtśc dneg pewstk w plwe z jedneg stnu plw n nny kzystjąc z zleżnśc pdnych w tbel II.3. Tbel II.3 Pzelczne wynków nlz skłdu plw Rdzj pzelczen Ze stnu Rbczeg Rbczy Ze stnu W +W nltyczneg Ze stnu W sucheg d Ze stnu W A df Ltetu Współczynnk pzelczen n stn: Anltyczny W W Suchy d W W W W A A Suchy bezppłwy df W A W A A d [] Kuczek S., Ktły, Ofcyn Wydwncz Pltechnk Wcłwskej, Wcłw 200. [2] Mszczenk K.P., Rwdel A.A., Zbó welkśc fzyk-chemcznych, PWN, Wszw 974. [3] Ndzlkewcz J., Wcłwk K., Stelmch S., Pcesy temcznej utylzcj dpdów (mszynps), Pltechnk Śląsk, Glwce, [4] Rkck H., Uządzen ktłwe - pzykłdy blczeń, Pltechnk Gdńsk Gdńsk, 996. [5] Senk M.J., Plne R.A., Chem pdstwy zstswn, WNT, Wszw 999. [6] Wóblewsk T., Uządzen ktłwe, WNT, Wszw 973. B. Część dug: blczene efektu ceplneg zgzwn Oblczyć dl wybneg plw stłeg z pzyjęteg pcesu zgzwn:. Efekt ceplny ekcj zgzwn: Q z Q z = n j j( pd) n ( j Uwg: entlp twzen bmsy b = 2,32 (90,3 407 H/C), kj/ml 2. Tempetu zgzwn: T z Uwg: T z = T z T 298 C j ( n j j pd ) + n j Tzc pj ) = ( n ( + n T c ( p d ) 4

5 3. Oblczyć wydjnść zgzwn: η z η z = (wtść płw tzymneg gzu)/(wtść płw plw stłe 00% 4. Spwdzć dl pdnych nżej ekcj zgzwn ppwnść efektów ceplnych ekcj Lp. Rekcje, kj/ml A. Rekcje pewtne Otzymywne gzu wdneg: C + H 2 O = CO + H 2 Rekcj Budud: C + CO 2 2CO Częścwe utlenne: C + 2H 2 O CO H 2 Rekcj hydzgzwn: C + 2H 2 CH 4 Nepełne splne: C + /2O 2 CO B. Rekcje wtóne 3,0 72,5 88,8-78,0-0, Knwesj CO pą wdną: CO + H 2 O CO 2 + H 2 Metnzcj: CO + 3H 2 CH 4 + H 2 O CO 2 + 4H 2 CH 4 +2 H 2 O -4,0-206,4-65,5 C. Rekcje spln Splne kksu: C + O 2 CO 2 Splne tlenku węgl: CO + /2O 2 CO 2 Splne wdu: H 2 + /2O 2 H 2 O -393,5-282, -240, J. Szgut, Temdynmk Technczn, WN PWN, W-w, 99. J. Demchwcz-Pgnw, Oblczen fzykchemczne, PWN, W-w, 984 ( wydn późnejsze, np. z , BW-9 sygn. 3395/3 32) 5

Podobne dokumenty

Pojęcia podstawowe Prawo działania mas Związek stałej równowagi z funkcjami termodynamicznymi Izobara van t Hoffa

Pojęcia podstawowe Prawo działania mas Związek stałej równowagi z funkcjami termodynamicznymi Izobara van t Hoffa Równwg chemczn.8.. jęc dstwwe.8.. w dzłn ms.8.3. Zwązek stłej ównwg z funkcjm temdynmcznym.8.4. Izb vn t Hff.8.5. Iztem vn L- lnck.8.6. Reguł Le Chtele-Bwn.8.7. Ilścw nlz stnu ównwg RÓWNOWG CHEMICZN W