5.6. Схема девальвации веществ состава СaHbOcNdSe.

Обобщенное уравнение девальвации веществ состава С_аН_bO_cN_dS_e имеет вид:

Схема девальвации представлена на рисунке 5.3, а расчетные соотношения для соответствующих процессов приведены ниже.

1. Расчет термической эксергии вещества

(51)

где Т₀ = 298,15 К, С_р  теплоемкость С_aH_bO_cN_dS_e.

2. Расчет эксергии девальвации.

(5 2)

3. Расчет концентрационной эксергии дополнительных веществ отсчета

(5 3)

4. Расчет концентрационной эксергии результирующих веществ отсчета

(54)

Рис.5.3. Схема девальвации веществ состава С_аН_bO_cN_dS_e

Так как величины , относятся к давлению , то суммарное выражение эксергии вещества С_аН_bO_cN_dS_e

5.7. Термодинамические свойства веществ отсчета в термохимической модели окружающей среды.

Кроме термодинамических свойств веществ для расчета химических эксергий необходимы термодинамические данные для веществ отсчета: энтальпия образования . В таблице 5.8 представлены термодинамические характеристики веществ отсчета взятые из [27], где приведены рекомендованные к использованию в термохимических расчетах значения термодинамических свойств базовых веществ, а также термодинамические свойства водного раствора Н₂SO₄115Н₂О. Энтальпия образования Н₂SO₄115Н₂О взята из рекомендованных значений [13], а энтропия оценена по данным [28]. Для этого энтропия растворов Н₂SO₄nН₂О, где n  2,3,4,6.5 экстраполировалась на n = 115в виде полинома

Найденное значение А составило 134,981,67.

Таблица 5.8: Термодинамические свойства веществ отсчета.

Вещество отсчета
	кДж моль-1	Дж моль-1К-1
О2	0	205,037
N2	0	191,502
CO2	-393,51	213,677
H2O	-285,830	69,950
Н2SO4115Н2О	-887,811	8179,23

Пример 3. Рассчитать химическую эксергию жидкого гексана при

р = 101325 Па и Т= 300 К, используя стандартную термохимическую модель ОС ( Т₀=298,15 К и р₀= 101325 Па ). Термодинамические свойства жидкого гексана приведены в таблицах П.1.2 и П.1.4.

Эксергия системы рассчитывается как сумма эксергий отдельных необратимых процессов при приведении системы в равновесие с окружающей средой

.

Для расчета термомеханической эксергии воспользуемся формулой (7). В результате получим : E⁰_T(T) = 1,123 Дж/моль.

Эксергию химической девальвации рассчитаем по формуле (8), учитывая, что реакция девальвации для гексана имеет вид

С₆Н_14(ж) + 19/2 О_2(г)  6 СО_2(г) + 7 Н₂О_(ж)

Получим следующие значения : E_dev = 4022432,664 Дж/моль.

Концентрационную эксергию для кислорода рассчитаем по формуле

(9 ), а для углекислого газа по формуле (10). В результате получим :

E_C (О₂) = 37562,274 Дж/моль,

E_C (СО₂) = 119981,542 Дж/ моль.

В итоге получим : (Т) = 4245,6 кДж/моль.

Пример 4. Рассчитать химическую эксергию октана в состоянии идеального газа при р=101325 Па и а) Т=230К; б) Т= 1000 К, используя термохимическую модель ОС ( Т₀=298,15 К и р₀= 101325 Па ).

Термодинамические свойства октана приведены в таблицах П.1.2 и П.1.3, а термодинамические свойства веществ отсчета  в таблицах 7 и 10.

Химическая эксергия октана рассчитывается аналогично, как и в примере 3, по формуле

.

Термомеханическая эксергия октана, рассчитанная по формуле (7), будет равна а) E⁰_T (T) = 1457,75 Дж/моль

б) E⁰_T (T) = 148124,44 Дж/моль.

Для расчета эксергии девальвации воспользуемся формулой (8), учитывая , что реакция девальвации для октана имеет вид

С₈Н_18(г) + 25/2 О_2(г)  8СО_2(г) + 9 Н₂О_(ж)

В результате получим: E_dev = 5305651,87 Дж/моль

Концентрационная эксергия для кислорода, рассчитанная по формуле (9), будет равна

E_C (О₂) =  49424,05 Дж/моль ,

а концентрационная эксергия для углекислого газа (формула 10 )

E_C (СО₂) = 159975,39 Дж/моль

В результате получим: а) = 5417,66 кДж/моль,

б) = 5564,33 кДж/моль.

Пример 5. Рассчитать химическую эксергию 2,2,4,триметилпентана в состоянии идеального газа при р= 101325 Па и Т= 1000 К, используя термохимическую модель ОС. Термодинамические свойства 2,2,4,триметилпентана приведены в таблицах П.1.3, П.1.4, а веществ отсчета  в таблицах 7,10.

Для расчета химической эксергии 2,2,4 триметилпентана в термохимической модели ОС воспользуемся формулами (7)  (10).

Термомеханическая эксергия равна :

E⁰_T(T) = 157035,84 Дж/моль.

Эксергия девальвации:

E_dev = 5305651,87 Дж/моль ,

учитывая, что реакция девальвации имеет вид

С₈Н_18(г) + 25/2 О_2(г)  8СО_2(г) + 9 Н₂О_(ж)

Концентрационные эксергии кислорода и углекислого газа равны соответственно E_C (О₂) =  49424,05 Дж/моль

E_C (СО₂)= 159975,39 Дж/моль

Таким образом, химическая эксергия 2,2,4  триметилпентана будет равна

= 5573,24 кДж/моль.

Пример 6. Рассчитать химическую эксергию жидкого акрилонитрила

( СН₂= СН₂CN ), используя модель ОС №1 Шаргута (Т₀= 293,15 К и

р₀ = 101325 Па). ( С₃Н₃N_(ж) ) = 147,13 кДж/моль,

178,91 Дж/мольК [29].

На основании уравнения реакции девальвации акрилонитрила

С₃Н₃N_(ж) + 3,75 О_2(г) = 3 CO₂ + 1,5 Н₂О_(г) + 0,5 N_2(г)

с учетом термодинамических свойств веществ (таблица П.1.1), участвующих в реакции, определим энтальпию и энтропию девальвации при Т= 298,15 К и р= 101325 Па:

Для пересчета значений и к температуре 293,15 К необходимо знать изменение теплоемкости в результате реакции девальвации:

Далее находим величины энтальпий и энтропий девальвации при температуре 293,15 К:

Полагаем, чтов узком температурном интервале 293,15  298,15 К величина

остается постоянной. В итоге получим

Химическая эксергия жидкого акрилонитрила равна

При расчете химической эксергии жидкого акрилонитрила необходимо учесть работу обратимого изотермического расширения 3 моль СО₂, 1,5 моль водяного пара и 0,5 моль азота от стандартного давления р₀= 101325 Па до соответствующегопарциального давления газов в атмосфере при Т=293,15 К и относительной влажности воздуха 100%: Р(СО₂) =31,67 Па;

Р (Н₂О)= 2337 Па и Р(N₂)=77300 Па.

Кроме этого, необходимо учесть работу обратимого изотермического сжатия 3,75 моль кислорода от парциального давления кислорода во влажном воздухе Р(О₂) = 20738 Па до стандартного давления Р₀=101325 Па.

Таким образом, химическая эксергия жидкого акрилонитрила при

Т= 293,15 К равна

Пример 7. Рассчитать химическую эксергию газообразного диоксида серы

SO₂ при Т= 293,15 К и р= 101325 Па, используя модель ОС №1 Шаргута

(Т₀ = 293,15 К; р₀ = 101325 Па). Необходимые для расчета термодинамические свойства веществ в таблице П.1.1

Расчет химической эксергии диоксида серы проводится как и в примере 6.

Уравнение реакции девальвации для SO_2(г) запишется в виде:

SO_2(г) + 0,5 О_2(г) + СаСО_3(кр.) + 2 Н₂О_(г) = СаSО₄·2 Н₂О_(кр.) + СО_2(г)

В качестве веществ отсчета для серы и кальция брать гипс СаSО₄·2 Н₂О_(кр.) и кальцит СаСО_3(кр.) соответственно.

На основании термодинамических функций для всех участников реакции находим:

 872,15 кДж/моль

 413,02 Дж/моль·К

27,76 Дж/моль·К

 872,29 кДж/моль

 413,49 Дж/моль·К

 751,08 кДж/моль

С учетом работы обратимого изотермического расширения одного моля СО_2(г), работы сжатия 0,5 моль О_2(г) и 2 моль Н₂О_(г), получим следующую величину для химической эксергии газообразного диоксида серы: