книги из ГПНТБ / Карапетьянц М.Х. Примеры и задачи по химической термодинамике учеб. пособие

3. Показать, что доля вновь образующегося аммиака

в смеси

равна

^ N H 3 =

— - Г - Г 7

(a)

а доля инертного газа

1 + ^NH,

Nmi =

7—77

(б)

"к

N'Ht (1 + N'^h)

-

1,5 «

H j - ^ ' N H s )

1 +

NNH,

и "

< ( 1 + < H . ) - 0 . S « H , - ^ N H J

, .

# =

_ _ _

( B )

1 +

JV N H ,

В этих уравнениях индексы

(')

и (")

относятся

соответственно

к начальному и конечному составам смеси.

4. Газ, поступающий в колонну синтеза, имеет следующий со­

став ( % ) : Н 2 —70;

N 2 —24,5; N H 3

— 3,5

и СН 4 —2;

после реакции

в смеси содержится

17% NH 3 .

какое

количество водорода надо

добавить к 1 моль пара, чтобы

при Р — 0,5 степень диссоциации

понизилась

до 0,015.

6.

По результатам решения

примера 3

(стр. 248) определить

рида, если газ будет содержать 7%

S02

и 11%

0 2 .

7.

Полуводяной

газ, состоящий

из 34% окиси углерода, 36%

водорода, 7% двуокиси углерода и 23%

азота

с метаном, подвер­

гается конверсии при Р =

1 и Т =

800.

Найти расход водяного пара, обеспечивающий конверсию окиси

углерода на

94%, если (Кр) soo = 4,038.

8. При помощи уравнения, найденного при решении примера 6,

определить

равновесную

концентрацию

метанола, если при t —

= 390

и Р

= 300

К — 1,43- Ю - 5 ;

/CY =

0,434;

/=*0,1; / = 0,50 и

MlА =

5.

Результат сравнить с результатом решения

задачи 9 (стр. 252).

9. Определить давление, необходимое для осуществления реак­

ции синтеза

метана

в условиях примера

7.

3. Расчет равновесия сложных

процессов

263

l g / C n = ~ 4,575^800 = - ° - 8 6 3 4 '

= 0,137

Будем исходить из 1 моль

равновесной смеси, которая состоит

из х моль ызо-пентана, у моль

неопентана и ( 1 — х — у)

моль

пентана. Тогда

„

_ Р изо - С 5 Н 1 г

X' Р

K l

- ~ P c ^ T -

U - x - y ) P

( а )

—

=1,795

1-х—

у

и

К»~(1-Рх~у)Р

№

1 — ^х — у

=0,137

Полученную

систему уравнений можно решить обычным путем.

Однако для

упрощения

расчетов делают преобразование; введем

обозначения:

х+у=и

и 1 — х — у = 1 — и

Ki(\—u)

=

x

(в)

откуда

Кп

( 1 - и ) =

у

(г)

(Ku + Ki)(l-u)

=

x +

y;

Ki + Ku + 1

В условиях данного

примера

1,795 +

0,137

1,932

=

0,659

1,795 + 0,137 + 1

2,932

и в соответствии с уравнениями ,(в) и (г)

х = 1,795(1 - 0,659) = 0,612;

у = 0,137(1 -

0,659) =

0,0467

Следовательно, в равновесной смеси будет

61,2%

«зо-пентана,

4,7% неопентана и 34,1% пентана.

2. Найти равновесный состав газовой смеси, образующейся в

результате конверсии метана

водяным паром

при Т = 900, Р = 1

и [ Н 2 0 ] : [СН4 ] = 4: 1.

При

решении

обсудить

возможность

с н „

+

Н 2 0 =

с о + з н 2 ,

(I)

С Н 4

+

2 Н 2 0 =

С 0 2

+ 4Н2 ,

(И)

С Н 4

=

С + 2Н 2 )

(III)

с о

+ н 2

=

С + Н 2 0 ,

(IV)

СО +

Н 2 0 =

С 0 2

+ н 2 ,

(V)

2 С О =

С +

С 0 2 >

(VI)

с о 2

=

с

+

о 2

,

(VII)

с о

=

с

+

4"

° 2 .

(VIII)

С 0 2

=

С 0 +

у 0 2 ,

(IX)

н 2 о

=

н 2 +

у

0 2 .

(X)

Реакция

I

I I

I I I

I V

V

Кр

1,306

2,879

3,077

2,356

2,204

Реакция

V I

V I I

V I I I

IX

X

Кр

5,192

1,08010~2 3 7,491 • 10~1 2 1 , 4 4 2 - Ю - 1 2

3,18010"1 2

Считать,

что при избытке водяного

пара

углерод не

выделяется.

Р е ш е н и е . Расчет

упрощается,

во-первых, потому, что из де­

к вычислению равновесия

реакций

С Н 4

+ Н 2 0 = СО + ЗН 2

(I)

СО + Н 2 0 = С 0 2 + Н 2

(V)

Ki=

1,306

= (1 _

(х -

у) (Зх + у)3

(а)

( 4 _

* _

у) ( 5

+ 2*)2

Ку 2,204

У (Зх +

у)

у

)

(б)

_ у

ц 4

_

х

_

Расчет осуществляем

подбором:

Принимаемое значение

х

0,9

0,95

0,92

Величина у из уравнения (б)

0,5677

0,5826

0,5735

Правая часть у уравнения (a) i

0,990

2,530

1,368

Интерполяцией находим

х я? 0,938 и у «

0,579.

Следовательно, в

равновесной смеси

будет:

1 -

0,938 =

0,062

моль =

0,90 % С Н 4

0,579 моль =

8,42 % С 0 2

4 -

0,938 -

0,579 = 2,483 моль =

36,11 % Н 2 0

3 • 0,938 +

0,579 =

3,393

моль =

49,35%Н2

0,938 — 0,579 =

0,359 моль =

5,22 % СО

В с е г о =

6,876

моль

3. Обсудить возможность фиксации азота

при Т = 2000 и 3500

по реакции

1

1

HCN

~

N 2 + y H 2 + C =

(I)

Можно ли пренебречь диссоциацией

водорода

Н 2

= 2Н

(И)

которая уменьшает степень использования азота? •

Для расчета воспользоваться следующими данными

(табл.25).

Таблица

25

Вещество

о

Ср

298

Д Н 2 9 8

N 2

45,79

0

6,65 +

1,00- Ю -

3

• Т

н 2

31,23

0

6,65 +

0,69- Ю -

3

- Т

С .

1,40

0

2,673 +

2,617 • 10

ч

• Т

1 169 • !05

'

т 2

HCN

48,23

30 900

10,13 +

2,0810"

ч

-Т

2 49 • 105

'

Н

27,40

51 900

4,97

268

Глава

X. Равновесное

превращение

ТО

, Ах2

0,432 =

„

и

0,432 -

0,432л:2 = 4л:2

откуда

1 — л:2

4

3

2

0,312

,432

Следовательно

2-0,312

]

0 0

=

6 £ 4

^

1+0,312

1,312

nN2

=

0,5 — х

пн2

=

°'5

- х -

У

" н е м =

2

х

п н

= 2у

Поэтому

2 л, =

1 + 0

0,265 =

2х

V0,5

— х |/^0,5 — х •

0,432 =

4у*

{0,5-у-х)(\+у)

Методом подбора

находим

%

х

«

0,04

и

у « 0 , 1 8 7

т. е. в равновесной

смеси

содержится

( % ) : N 2 — 38,8;

Н 2 — 23,0;

HCN —6,7 и Н —31,5.

Задачи

1. В процессе получения воздушного газа протекают

следующие

реакции:

С + 0 2

=

С 0 2

(I)

C + i - 0 2

=

CO

(II)

С +

С 0 2

=

2СО

'

(III )

с о

+ у

о 2

=

c o 2

(IV )

3. Расчет равновесия сложных процессов

269

к-гептан

=

2-метилгексан

(I)

к-гептан

=

3-метилгексан

(II)

к-гептан

=

3-этилпентан '-

(III)

к-гептан

=

2,2-диметилпентан

(IV)

к-гептан

=

2,3-диметилпентан

(V)

я-гептан

=

2,4-диметилпентан

(VI)

н-гептан

=

3,3-диметилпентан

(VII)

к-гептан

=

2,2,3-триметилбутан

(VIII)

Т

400

600

800

Т

600

800

* i

3,68

1,77

1,24

KV

• • • • . . .

9,57

2,88

1,55

Ки

3,87

2,36

1,85

. . .

2,46

0,60

0,30

Кщ

0,40

0,29

0,25

.

.

,

3,16

0,80

0.43

К\м

4,73

0,74

0,31

.

.

,

2,09

0,38

0,17

чета, о невозможности выделения

углерода.

(Р — 1, ^ = 350 + 450)

4. Для реакции

гидрирования

гексенов

С 6 Н 1 2

+

Н 2 = С 6 Н 1 4

(I)

было предложено

уравнение

lg Кр

= - Ц ^ - -

2,961

lg Т +

0,03 7668Г -

0,06 1764Г2

+ 0,11

(а)

В данном

процессе

могут

протекать следующие

реакции:

1-гексен+Н2 =

н-гексан

(II)

цыс-2-гексен + Н 2

=

к-гексан

(III)

транс-2-гексен

+ Н 2

=

к-гексая

(IV)

чис-3-гексен+Н2

=

н-гексан

(V)

гракс-3-гексен + Н 2

«= н-гексан

(VI)