Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне агентство з освіти
Державне освітня установа вищої професійної освіти
Магнітогорський державний технічний університет ім. Г. И. Носова
Контрольна робота з дисципліни "Фізична хімія металургійних процесів"
"Рівноважний склад газу в металургійних реакціях "
Магнітогорськ, 2010
Завдання № 1
Для реакції водяного газу
CO + H2O = CO2 + H2
Визначити можливе напрямок реакції і рівноважний склад газу при температурах:
t = 700 В° C
t2 = 800 В° C
t3 = 900 В° C
t4 = 1000 В° C
якщо вихідна газова суміш містить 23% СО і 27% H2O, 20% CO2 і 30% H2.
Рішення:
Рівноважний склад газу в реакції водного газу
CO + H2O = CO2 + H2
Дана реакція має місце у багатьох процесах горіння палива, визначаючи в значній мірі склад газу в доменній печі при взаємодіях водяної пари з коксом при мокрому і сухому гасінні.
Рівновага реакції кількісно характеризується константою рівноваги: ​​
В
Дана система трьохкомпонентна і однофазна, тому
C = k - f + n = 3 - 1 + 1 = 3
Значить, рівноважний склад газу залежить від трьох чинників: температури Т і 2-х вихідних концентрацій. p> Константа рівноваги реакції може бути розрахована по емпіричному рівнянню:
В
За умовою задачі відомий вихідний склад газу:
23% CO
27% H2O
Значить, в 100 міль вихідного газу містилося така ж кількість моль кожного компонента:
ni =% i
Припустимо, що при деякій температурі t В° C реакція можлива у прямому напрямку і до моменту досягнення рівноваги прореагує Х моль СО з Х моль H2O і з'явилося Х моль H2 і Х моль СО2. Тоді при рівновазі кількості молей газів (о.%)
(23-Х) моль СО (27-Х) моль H2O
(20 + Х) моль СО2 (30 + Х) моль H2
В
Вирішуючи рівняння (3) щодо Х при різних температурах, отримуємо два значення кореня рівняння (3), наведених у таблиці 1.
Таблиця 1.
t В° C
Кр
Х1 моль
Х2 моль
% СО
% H2O
% CO2
% H2.
700
1,645
3,24
202
19,8
23,7
23,2
33,2
800
1,080
0,67
1322
22,3
26,3
20,7
30,7
900
0,760
-1,46
-365
24,5
28,5
18,5
28,5
1000
0,566
-3,23
-177
26,2
30,2
16,8
26,2
З таблиці випливає, що тільки корінь Х1 має фізичний сенс. За знаком цього кореня оцінюємо можливі напрямки реакції кожній температурі. Негативні значення викликані протіканням реакції вліво. Напрямок процесу можна визначити за відомого рівняння ізотерми реакції:
О”G = RT (ln Пр - ln Кр) (4)
В
При 700, 800 В° C Кр> Пр О”G <0, пряма реакція
При 900, 1000 В° C Кр <Пр О”G <0, зворотна реакція
Температура, при якій вихідна суміш знаходиться в рівновазі:
В
Таблиця 1 ілюструє вплив температури на рівноважний склад газу. Підвищення температури викликає збільшення концентрації вихідних речовин, тобто рівновага зміщується у зворотному напрямку. Це характерно для екзотермічніреакцій. Оцінимо середнє значення теплового ефекту реакції
В
Порівнюючи це рівняння з рівнянням 2, отримуємо
В
Рівноважна температура для вихідної суміші може бути знайдена і графічно:
В
Малюнок 1. До визначення рівноважної температури.
Задача № 2
Рівноважний склад газу в реакції...
