4.4. Диссоциация водяного пара и углекислоты.

Диссоциация водяного пара.

При высоких температурах было обнаружено разложение водяного пара, причём полного разложения не происходит, а процесс распада идёт до некоторого предела. Таким образом, диссоциация водяного пара при высоких температурах объясняется наступлением равновесия:

2 Н + О 2 Н О (1)

Диссоциированное количество водяного пара, выраженное в долях от исходного его количест- ва, называется – степенью диссоциации и обозначается через .

Пусть число молей водяного пара до диссоциации равняется 2. После диссоциации в состоянии равновесия при данной температуре смесь будет состоять из:

H O – 2 (1 - ) молей,

H - 2 молей,

O - молей.

______________________

Всего: (2 + ) молей.

Тогда парциальные давления будет:

Р = Р = Р =

где: V- общий объём.

Применяя закон действующих масс, получаем:

k = =

Заменив общий объём общим давлением Р, определённым из уравнения состояния:

PV = (2 + )RT

получим соотношение между общим давлением и степенью диссоциации:

k = (2)

Из уравнения (2) следует, что при постоянной температуре с возрастанием давления степень диссоциации водяного пара убывает.Согласно принципу Ле – Шателье:

Принцип Ле – Шателье: при увеличении избытка одного из продуктов диссоциации степень диссоциации понижается, с повышением температуры степень диссоциации увеличивается.

При топочных температурах (ниже 2000 С) равновесие 2 Н +О 2 H O сильно сдви- нуто в сторону водяного пара и трудно обнаружить присутствие Н в смеси. Диссосиация водяного пара становится заметной при температуре около 1470 С, когда 0,14%, при температуре 2227 С степень диссоциации 4%, а при 2512 С уже достигает 13%.

Таким образом, в топочных процессах значение диссоциации невелико. При обычных топоч - ных температурах, не превышающих 1600-1700 С и атмосферном давлении степень диссоци -ации не превышает 0,5%. но т.к. парциальное давление водяного пара в продуктах сгорания мало, то степень диссоциации несколько больше и при высоких топочных температурах может достигать 1-2%.

Диссоциация углекислоты.

Разложение углекислоты, обнаруженное при высоких температурах. было объяснено

установлением равновесия 2 СО + О 2 СО , которое при температурах до 2000 С сильно сдвинуто в сторону образования СО . Для этого равновесия также применимо соотношение (2) т.к. реакция образования СО по своему типу аналогична реакции образования Н О. Кроме того, по той же причине изменение температуры и концентраций реагентов оказывает такое же влияние на положение равновесия, как и в случае водяного пара. Например, повышение темпе -ратуры способствует разложение СО , напротив, увеличение концентрации одного из продук -тов распада понижает степень диссоциации.

При атмосферном давлении диссоциация СО становится заметной при температуре около 1500 С, составляя 0,8%. Далее она быстро возрастает, достигая при 2000 С , = 4%, при 2500 С, = 19%, а при 3500 С, = 40%.

В случае топочных процессов парциальное давление углекислоты в продуктах сгорания невелико, составляет 10 – 20 кПа (0,1 – 0,2кгс/см ), поэтому степень диссоциации СО несколько больше и достигает при 1500 С величины 1,7%, а при 2000 С, = 8%.