5.2 Расчет рабочих температур двух компонентов

Для нахождения рабочих температур используем уравнения аппроксимации, полученные в пунктах 3.1, 3.2.

Температуры источников паров компонентов А и В:

Рисунок 9 – Распределение температур внутри реактора

6. Оценка возможности окисления компонента а

В атмосфере реактора неизбежно будет присутствовать кислород, который окислит вещества, участвующие в реакции. Рассмотрим окисление цинка. Поскольку процесс окисления нежелателен, задача анализа состоит в поиске условий, при которых процесс окисления становится термодинамически невыгоден, т. е. изменение свободной энергии Гиббса положительно. Процесс окисления цинка соответствует химической реакции:

Параметры реакции при температуре 298 К:

Теплоемкость при

Теплоемкость при

Пример расчета для температуры 388 К по формулам (6) – (7):

Воспользуемся уравнением Гиббса-Гельмгольца для температуры K:

Логарифм константы равновесия при заданной температуре:

Для температуры 1100 K найдем изменение энтальпии и энтропии с учетом фазовых переходов:

Воспользуемся уравнением Гиббса-Гельмгольца для температуры 1100 K:

Логарифм константы равновесия при заданной температуре:

Таблица 6.1. – Расчетные значения термодинамических величин для процесса окисления

T, K
298	-350627	-100,51	-320675
388	-350649,4	-100,57	-311628,2	96,650
512	-350813,44	-100,93	-299137,28	70,307
1100	-359888,39	-113,98	-234510,39	25,655

Реакция окисления будет происходить при , то есть

Учтем, что при максимальной откачке давление кислорода в реакторе , при атмосферных условиях давление кислорода в реакторе составляет .

Тогда рассчитаем логарифмы давлений кислорода в реакторе, зная их давления.

При максимальной откачке:

При атмосферных условиях:

Рисунок 10 – Анализ условий окисления цинка

Общий вид уравнения имеет вид: . Для прямой соответствуют .

Температуры найдем из условия, что равновесное давление кислорода будет равно давлениям максимальной откачки и при атмосферных условиях. Тогда,

Как видно, при рабочей температуре давление кислорода в системе будет заведомо превышать уровень, ниже которого реакция термодинамически невыгодна, т. е. окисления цинка избежать не удастся. В то же время для снижения негативного влияния кислорода необходимо провести откачку атмосферы в реакторе до минимального давления в 0,2110^-10 атм. Чтобы избежать окисления цинка можно воспользоваться инертными газами. Инертный газ будет вытеснять кислород в реакторе, тем самым реакции окисления не произойдет. Для предотвращения окисления можно использовать аргон, так как он химически стабилен даже при очень высоких температурах.

Без откачки процесс окисления прекращается при температуре 3128 К, в то в время как при максимальной откачке при температуре 1692 К.