Автор: Пользователь скрыл имя, 16 Декабря 2011 в 21:23, контрольная работа
Цель работы: овладеть методикой расчёта равновесного состава газовой фазы и кислородного потенциала в гетерогенной системе С – О – H – N.
Министерство
образования РФ
Кафедра
металлургии
Вариант
10
«Расчет равновесия и кислородного потенциала в гетерогенной системе
углерод
– сложная газовая фаза»
Липецк 2010
Цель работы: овладеть методикой расчёта равновесного состава газовой фазы и кислородного потенциала в гетерогенной системе С – О – H – N.
Исходные данные:
| Содержание, % | Р,
атм | |||||||
| О2 | СО | СО2 | Н2 | Н2О | N2 | CH4 | C2H2 | |
| 2,5 | 2,5 | 5 | 40 | 5 | 40 | 2,5 | 5 | 2 |
В результате протекания реакций в системе устанавливается равновесие и имеются следующие газы: СО, СО2, Н2, Н2О, N2, CH4.
Для нахождения 6 неизвестных необходимо составить систему из 6 уравнений, как это сделано в методических указаниях.
Расчет системы уравнений начинаем с нахождения атомарных соотношений (соотношение количества атомов до и после установления равновесия одинаково) H/O, N/O.
H/O=(2(%Н2)+2(%Н2О)+4(%CH4)+2(
N/O=2(%N2): (2%О2)+(%СО)+2(%СО2)+(%Н2О))=
=(2*10):(2*0+0+2*5+30)=1,0.
Определяем константы равновесия следующих реакций 3, 6, 9 (номера соответствуют реакциям в методических указаниях). Результаты расчета занесем в таблицу 1.
Таблица 1
Константы равновесия реакций 3, 6, 9
| Т, К | К(3) | К(6) | К(9) |
| 673 | 12,36 | 0,00008 | 15,69 |
| 1073 | 1,079 | 7,79 | 0,047 |
| 1273 | 0,566 | 161,92 | 0,01 |
Выражая из системы одно неизвестное получаем уравнение четвертого порядка, для решения которого надо найти коэффициенты a0, a1, a2, a3, a4. В свою очередь для их нахождения необходимо найти коэффициенты A, B, C.
Таблица 2
Расчет коэффициентов А, В, С.
| Т, К | А | В | С |
| 673 | 7,005 | 9,046 | 62,76 |
| 1073 | 7,005 | 0,332 | 0,188 |
| 1273 | 7,005 | 0,140 | 0,04 |
Таблица 3
Расчет коэффициентов a0, a1, a2, a3, a4.
| Т, К | a0 | a1 | a2 | a3 | a4 |
| 673 | -253,04 | -91,558 | -1523,837 | 644,964 | 935,771 |
| 1073 | -2,752 | 19,296 | 39,872 | 0,869 | -3,816 |
| 1273 | -2,16 | 72,464 | 75,813 | 13,24 | -1,001 |
Решением уравнения четвертой степени является величина Х, которая при возведении является парциальным давлением углекислого газа PСО2=X².
Зная
одно неизвестное в системе
Таблица 4
Расчет парциальных давлений СО, СО2, Н2, Н2О, N2, CH4
| Т, К | PСО2, ат | PСО, ат | PН2, ат | PН2О, ат | РCH4, ат | РN2, ат | Робщ, ат |
| 673 | 1,1922 | 0,0098 | 0,0841 | 0,8278 | 0,11097 | 0,4525 | 2 |
| 1073 | 0,0133 | 0,3215 | 0,4348 | 0,0167 | 0,0089 | 0,6493 | 2 |
| 1273 | 0,0008 | 0,3677 | 0.5576 | 0,0021 | 0,0031 | 0,6611 | 2 |
Найдя
парциальные давления можно осуществить
расчет объемных процентов, по формуле:
(%)=Рх*100/Робщ.
Таблица 5
Расчет процентного содержания газов в равновесной смеси
| Т, К | СО2, % | СО, % | Н2, % | Н2О, % | CH4, % | N2, % |
| 673 | 59,61 | 0,49 | 4,205 | 41,39 | 5,55 | 22,63 |
| 1073 | 0,665 | 16,075 | 21,74 | 0,835 | 0,445 | 32,465 |
| 1273 | 0,04 | 18,385 | 27,88 | 41,75 | 0,155 | 33,055 |
Расчет кислородного потенциала в интервале температур 673-1273 К.
В диапазоне температур от 673 до 773 расчет ведем по формуле:
π0=387500-14200*lg(2+H/O+T/2*
В диапазоне температур от 773 до 1073 расчет ведем по формуле:
π0=387500-620*((Т-773)/100)³-
где k=0.00114T-0.254
В диапазоне температур от 1073 до 1273 расчет ведем по формуле:
π0=-221120-168,25Т-38,3Т*lg(2+
Расчет кислородных
потенциалов сведём в таблицу.
Таблица 6
Расчет кислородного потенциала системы
| Т, К | 673 | 1073 | 1273 |
| π0, кДж/мольО2 | -451102 | -435963 | -470407 |
Расчеты представим
в виде графиков.
Рис. 1. Изменение кислородного потенциала системы
в зависимости от температуры
Рис. 2. Изменение равновесного содержания газов в системе
в зависимости от температуры