Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Решение задач

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

19.11.2023

Размер:

32.07 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 / 7646 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 > Следующая >>>

А гЯ 298,1 = - 1 3 0 “ 1 2 6 1 5 0 - С " 2 0 8 4 5 0 ) = 8 2 1 7 0 Д * •МОЛЬ'1;

А г5 298 1	= 305,60 + 310,12 —466,73 = 148,99 Дж моль'\| к '1;
	АтСр = 85,65 + 97,47 -188,37 = -5,27,
Дж-моль"1-К"1;			5,27
inis:900	82170	148,99
	8,314-900	8,314	•0,4361 = 6,662;
Pi			8,314
		K pi =782,1.
2) A r# 2 9 8	= 52300 - 167 190 - (-208450) = 93560 Дж-моль-';
M 2 9 8	= 2 1 9 >4 5 + 388,40 ~ 466,73 = 1 4 1 4 2 Дж моль-' К-';
ArCp 298 = 43,56 + 143,40 —188,37 = —1,41 Дж-моль-1 -к-1;
InЯрд	93560	141,12	1,41 .0,4361 = 4,396;
	8,314-900 + 8,314		8,314
	Kp,2 = 81,12.

3) ДГЯ?98 = 20410 -146440 - (-208450) = 83420 Дж-моль'1;

A r5 298 = 266,94 + 348,95 - 466,73 = 149,16 Дж-моль-'г';

АгСрД98 = 63,89 +130,21 —188,37 = 5,73 Джмоль"'к-1;

84420	149,16	5,73	л - - в .
1пКр,з =~8,314-900	8,314	8,314
--------------- + — ^		+ -Л : : •0,4361 = 6,358-

Кр,з =577

4)ДгЯ 298 = - 7 4 8 5 0 - 6 2 2 6 0 - (-2 0 8 4 5 0 ) = 71340 Дж-моль"1;

ArS°98 = 186,27 + 427,02 - 466,73 = 146,56 Дж моль-' Г 1;

ДгСр>298 = 35,71 +153,17 -188,37 = 0,51 Джмоль-'к'';

\пК рА =	71340	146,56	— —• 0,4361 = 8,0965;
	8,314-900	8,314	8,314

452

К р 4 = 3 2 8 2 .

5 ) У р а в н е н и я з . д . м . з а п и ш у т с я в т а к о й ф о р м е :

к_ ^н-СаНаГ^н-СдНщ)

1	р	’	(6)
	r(H-CgH18)
_	Р(С 2Щ )	' Р( н - С вН ы )
К р ,2			( 7 )

	чн_С8Н18)
к	_ Р(С3 Н6 Г ^ (я - С 5 Н,,)	’
Р>3	р	’

Ч/ / - С 8 Н 18)

v_ Р(«-С7Н14)-Р(СН4)

РА р

(н-С8Н18) Парциальныедавления равны:

(8)

( 9 )

р		х - Р					х - Р		( 10)
Ч и -		' 1 + , + , +г+„ ;				* г+ X + у+ г+«			( 10)
		' 1 + , + , +г+„ ;				* г+ X + у+ г+«
р	_	( \ - X - y - Z - l l ) - P .							( 11)
“ ( H - C O H I O ) — \					’				( 11)
8 18		1 + д: + у + г + м
Р		• Р					уy ’ jI		( 12)
мс2н4) = -		,— ;— ;—’		^(»-с6н,4) =, “ - — -——
	1 +л: + у+ г+				6 14	1	+ Х+ у + z	+ ll
р		z - P	_, р			—	z-P		( 1 3 )
' С 3 Н 6 )	= -------------------------			(»-с5н12)		1 +х+:у +г+„
	1+х+у+г+н			(»-с5н12)		1 +х+:у +г+„
р		и Р		.			и -Р		( 1 4 )
Мн-С7Н\|4) - — — ----”сн4) -					4	l + x + y + z + u			( 1 4 )
	14	1 +х+у-	+гг++ии	'	4	l + x + y + z + u

Подставляя парциальные давления в уравнения з. д. м., получим:

^	1	—	J P	(15)
	р'		(1 + л:+;у + г + н)(1 - x - y - z -	и)
г		2 -	У2р	(16)
	р ’		(1 + л + у + г + м)(1 - x - y	- z —и)
г	з	-	г2Р	(17)
	р'		(l + JC-bjy + Z + «)(1 - X - y - Z - l l )

453

к= ____________l l ____________

р’4 (1+ л:+;у + г + м)(1-*-;у-г-м)

П о д е л и в ( 1 6 ) , ( 1 7 ) и ( 1 8 ) н а ( 1 5 ) , и м е е м :

Кр,2 _ У 2	Кр,3 _ Z2	К рА _ и2
К р,1 ^	К рл	К РЛ

О т к у д а п о л у ч и м :

	К	Р>2	z = xл		К р,ъ	\кРА .
у = хл		Р>2	z = xл		крЛ	и = х
	К рЛ				крЛ	К рЛ
П о д с т а в л я я ч и с л е н н ы е з н а ч е н и я К р , и м е е м :
	8 1 , 1 2 .		z = x. 5 7 7			3	2	8	2
У = х.	8 1 , 1 2 .		z = x. 5 7 7			и = л .
	( 7 8 2 , 1		'	V 7 8 2 , 1		( 7 8 2 , 1
О т к у д а с т е п е н ь п р е в р а щ е н и я р а в н а :
у = 0 , 3 3 2 л ;			z = 0 , 8 5 9 л ;			и = 2 , 0 4 8 л .
П о д с т а в и м ( 2 2 ) в ( 1 5 ) :
К Р Л = -					и л и	Кр,,=
( 1 + 4	, 2 3	9 л ) ( 1 -	4 , 2 3	9 л )		( 1 - 4		, 2	3 9 2 дг2 )

О т к у д а :

	* 2	К рл
	* 2	= -
		1 + 17,969АГр ,
х =	КРЛ	782,1	= 0,236-
	11 +17,969	1 + 17,969-782,1

С т е п е н и п р е в р а щ е н и я р а в н ы :

у =0,332 -0,236 = 0,078; г= 0,859 -0,236 = 0,202;

и = 2,048-0,236 = 0,483.

( 1 8 )

( 1 9 )

(20)

(21)

(22)

3. Д л я р е а к ц и й , протекающих в и д е а л ь н о й	г а з о в о й с м е с и п р и водяной
к о н в е р с и и м е т а н а :
С Н 4 + Н 2 О г = С О + З Н 2	( 1 )
С О + Н 2 О г = С 0 2 + Н 2	Ф
С Н 4 + 2 Н 2 О г = С 0 2 + 4 Н 2	( 3 )
2 С Н 4 = С 2 Н 6 + Н 2

454

Н20 = Н2 + 1/202		(5 )
СО2	= СО + I/2 O2	(6 )
2СО	= 2СТВ + 0 2	(7 )
СО2	= Ств + О2	(8 )
рассчитывают К р по формуле:

inа:Pi	А1^298 \| Д/-?298 , АСРМ0			(9)
	R T	R	R
П о з а к о н у Г е с с а р а с с ч и т ы в а е м Д г ^ 2 9 8 > Д г ^ 2 9 8				и Д г ^ р и К Pi

О- Д А , , = Д ГЯ ^ 8 (С 0) + ЗДГЯ59 8 (Н 2 ) - Д ГЯ?9 8 (СН4 ) - Д ГЯ59 8 (Н2 0 ) =

= - 1 1 0 5 3 0 + 0 - ( - 7 4 8 5 0 - 2 4 1 8 1 0 ) = 2 0 6 1 3 0 Д ж - м о л ь " ' ;

Ar52098,i = 4 ,8 (СО) + 352°98(Н2) - 52°98(СН4)- 52°98(Н20) =

=2 9 , 1 3 + 3 - 1 3 0 , 5 2 - 1 8 6 , 2 7 - 1 8 8 , 7 2 = 2 1 4 , 1 2 Д ж - м о л ь - 1 - К " 1;

АгСр,298 = Ср,298(СО)+ ЗСр,298(Н2) -О рд 98(СН4) - Cp,298(H20) =

= 2 9 , 1 3 + 3 - 2 8 , 8 3 - 3 5 , 7 1 - 3 3 , 6 1 = 4 6 , 3 Д ж - м о л ь ' ' - K ' 1

		* - - 2 2 5 1 2 L + 2 Й 2 2 + 2 М . .0 ,3 5 9 7 = - з д з з ;
			8,314-800		8,314		8,314
				К рЛ = 0 , 0 3 9			4 -
2 ) . Д г я \| 9 8 = - 3 9 3 5 1 0 + 0 - ( - 1 1 0 5 3 0 - 2 4 1 8 1 0 ) = - 4 1 1 7 0 Д ж - м о л ь ' 1;
ArS298 =	2 1 3 , 6	6 +	1 3 0 , 5 2	- 1 9 7 , 5 5		- 1 8 8 , 7	2 = - 4 2 , 0 9 Д	ж - м о л ь ' ' - K	' 1;
ДгСр,298 = 37’11+			28>83~	29>14-	33>61 = 3-19 Дж- моль"			‘ - к' ' ;
inа р ,2 ~		41170		42,09		3,19
		8,314-800					•0,3597 = 1,265:
				8,314 + 8,314
				к рЛ =3,543-
3). Д ГЯ 2 9 8 =	—393510 + 0 —(—74850 —2 • 242810) = —164960 Д ж - м о л ь " 1;
Дг5298 =	21366+4-13052-18627 -2-18827 = 172,93 Д ж - м о л ь ' 1 - К								' 1;
Д.С/,,298 =37,11 + 4-28,83 -35,71 -2 -33,61 = 49,5 Д ж - м о л ь ' ' - K ' 1;
1пКр£ = ~		164960		{ 172,93		49,5 •0,3597 = 45,480;
	8,314-800			8,314		+ 8,314

A(pi3=5,64-1019

4 ) . Д ГЯ ? 9 8 = - 8 4 6 7 0 + 0 - 2 ( - 7 4 8 5 0 ) = 6 5 0 3 0 Д ж - м о л ь ' 1;

455

^r^298 ~ 229,49 +130,52 —2• 186,27 = —12,53 Д

- м

о л ь " ' - К ';

ArCp ,2 9 8 = 52,64 + 28,83 - 2 • 35,74 = 9,99 Д ж

- м

о л ь - ' - К Г

' ;

„

65030

12,53

9,99

I n

К n 4 —--------------

8,314 + 8,314 •0,3597 = -10,851;

p '

8,314-800

A:p>4 = I,93-IO~5

5). Ar/^2 9 g =241810 Дж-моль

r 5

2 9 8

= 130,52 + 1/2 • 205,04 -188,72 = 44,32 Д

- м

о л ь - ' - К Г

' ;

r c

p , 2 9 8

= 28,83 + 1/2-29,37-33,61 =

9,89 Д

- м о л ь - ' - К Г 1;

241810

44,32

9,89

•0,3597 = -30,621;

ln^p,5=- 8,314

• 800 + 8,314 + 8,314

K p 5 = 5,02-10- 1 4

6) . A

r #

2 9

= -110530+ 0 - (-393510) = 282980 Д

- м

о л ь ' 1;

r ^ 2 9 8

= 197,55 + 1/2 • 205,04 - 213,66 = 86,41 Д

- м о л ь - ' - К ' 1

A r C p

, 2 9 8

= 29,14 +

1/2 • 29,37 -

37,11 =

6,715 Д

- м

о л ь ' ' - K - ' ;

I n A :

,6 ~

282980

86,41

+ 6/715

Q3 5 9 7

_ _3 i 861-

8,314-800

8,314

Kp,6 = 1,45-10- 1 4

7). АгЯ^98 = 2-110530 = 221060 Дж-моль"';

Ar^298 = 2 • 5,74 + 205,04 - 2 • 197,55 = -178,58 Д

- м

о л ь - ' - К Г

' ;

ArCp,298 = 2

• 8,54 + 37,11 - 2 • 29,14 = -4,09 Д

- м

о л ь - ' - К Г 1;

221060

178,58

-0,3597 = -54,88 Г-

8,314-800

8,314

K p J = 1 , 4 6 - 1 0 " 2 4 -

8 ). ДГЯ^ 98

= 393510 Дж-моль-1;

M 298 = 5,74 + 205,04 - 213,66 = -2,88 Дж-моль'1-К'1;

ArCP)298 = 8,54 + 29,37 - 37,11 = 0,8 Дж-моль-'-К'';

456

393510	2,88	0,8
1пК р,8 = - 8,314-800	8,314 + 8,314 •0,3597 = -59,47;

KPS = 1,48-10-26-

Врезультате анализа перечисленных химических реакций отмечаем, что реакция (3) является суммой (1) и (2) реакций, константы равновесия реакций (4) - (8) настолько малы, что равновесное содержание их продуктов в смеси незначительно. Эти схемы исключаются из расчётов.

Из представленных реакций для расчёта равновесного состава реакционной смеси используются следующие две параллельно последовательные реакции:

СН4(Г) + Н20 (г)			КРЛ		-> СО(г) + ЗН2(г)
1 —х	\ —х —у				х - у	3х +у
СО(г) +	Н20(Г)	к рЛ		-> С 02(г) + Н2(г)
		■
х —у 1- х - у					у	Ъх + у
Уравнения з. д. м. имеет такую форму:
		РсО		РП2
	р'	РСИD- I4 -PРнH 2O
		Ь о 2 • гн2
		Ргп -		9Ри
	Кр, 2 =
		Р с о ' Р н 20
Парциальные давления равны:						(■х - у ) - Р .
________ ( х - у ) - р ________
Рсо = 1 - х + 1 - х - у + х - у + З х + у + у							2 + 1х
р _(1 - х - у ) Р :			у-Р		FHo ~		(3х + у)Р
О ь о ----— -—	Рсо, ~		2 +	2 х			2 +2х
2 + 2х
Подставляя (13) в (11) и (12), получим:
к	U - уХЗх + у)3-Р2 .
рЛ	(2 + 2 x f ( l - x ) ( l - x - y )

у(3х + у)

р'2 ( х - у ) ( 1 - х - у )

(9)

( 10)

( 11)

( 12)

(13)

(14)

(15)

457

Для расчёта х и у используем метод последовательного приближения для формул при Р = 1 атм:

0,0394 = -	(а - ;у)(За + ) 0 3	(16)

4(1 + а )2( 1 - а ) ( 1 - а -;>0
	Э>(3х+у)	(17)
3,543 = -

( А - у ) ( 1 - А - у )

Методом подбора получаем:

JC = 0 , 3 0 4 ;

= 0 , 2 1 .

В равновесной смеси содержится следующее количество веществ:

асо = (* ~ у) =0,0361

°2(1 + а)

Л'н,о =	\ - x - y	=	0,686
Л'н,о =	,	=	= 0,263•
	2(1 + а)		2,608
	У	_	0,21		= 3* + - = 0,403 •
х СО, ~	2(1 + а )		= 0,080;	ан	= 3* + - = 0,403 •
J2	2(1 + а )		2,608	“ 2	2(1 + а)

4. Для параллельной схемы:

СН,-СН=СН-СН3 -i/1/с

(а)

сн 3- с н 2-сн = сн 2

1 —х —у СН3-СН=СН-СН3 - транс

(б)

рассчитываем по закону Гесса численные значения термодинамических параметров.

Первая стадия:

Аг*Я298 = - 6 9 9 0 - (-1 3 0 ) = -6 8 6 0		Дж-моль-1;
Д..5298 = 3 0 0 ,8 3 -3 0 5 ,6 0 = - 4 ,7 7		Дж-моль-'-К-1;
6860	4,77
ЪКр, 1 = 8,314 -298		= -3 ,3 4 2 :
	8,314

КрЛ = 0,0353-

Вторая стадия:

г0

Ar«298 = - 11 1 7 0 - ( - 1 3 0 ) = - 1 1 0 4 0 Дж-моль” ;

458

, „	18 4 2 0	35
in а:,, о	---------------------------8 ,3 1 4 - 4 0 0	1,3298^
pU	---------------------------8 ,3 1 4 - 4 0 0	8 ,3 14

К pi = 3 ,7 8 0 -

По закону действующих масс составляем уравнения:

_ Р2-МГ

К р,1 =

гн-Г

^2,2-ДМП .

К Р.2 -

^н-Г

где Р[ равны:

^2-МГ = Л' ' Р ; ^2,2-ДМП = У'Р ’ Рц-Т = (\~Х~У)Р-

Подставив в (1) и (2) уравнения (3), получим следующие выражения:

К РЛ =		1 - х - у
у	_	У
КР,2	-	------
		1 - х - у

Поделив (5) на (4), имеем:

К Р,2 3,780 _ у . КрЛ 1,582 ” д:

у = 2,389JC.

Подставляя в (4), получим:

* = ------------------	или * = ----------------------	= 0,248-
1 + 3,389АГрд	1 + 3,389-1,582
Откуда получаем степени превращения:
*2- м г =0.248;	2,2У-д м п =0.594:	х„.т = 0,158 •

6. Для параллельных реакций изомеризации 2,2-диметилгексана в идеальной газовой смеси:

	2,2,3-Триметилпентан
(а)	х
2,2,-Диметилгексан	х
1 —х —у	2 , 3 , 4 - Т р и м е т и л п е н т а н
(б)
	У

(1)

( 1)

(3)

( 4 )

( 5 )

(6)

( 7 )

460

<<< < Предыдущая 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 4546 / 7646 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
20.11.20237.63 Mб25Сборник задач по общей физике.-1.pdf
#
12.11.20235.33 Mб44Сборник задач по общей физике..pdf
#
12.11.20236.71 Mб113Сборник задач по подземной гидравлике..pdf
#
12.11.202313.85 Mб42Сборник задач по разработке нефтяных месторождений..pdf
#
12.11.20236.44 Mб22Сборник задач по сбору и подготовке нефти, газа и воды на промыслах..pdf
#
19.11.202332.07 Mб14Сборник задач по термодинамике физико-химических процессов. Решение задач.pdf
#
12.11.202311.74 Mб147Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи..pdf
#
20.11.20235.47 Mб36Сборник задач по физике.-1.pdf
#
12.11.202315.07 Mб16Сборник задач по физике..pdf
#
12.11.202319.97 Mб3Сборник примеров и задач по физической химии..pdf
#
19.11.202327.47 Mб50Сварка в машиностроении. 4.pdf