2020-01-14
992
В общем случае при горении метана образуется сложная газовая смесь, содержащая все реагенты реакций (1)…(12) и азот воздуха.
При пиролизе метана или при распаде СО в системе может появиться твердый углерод. В системе устанавливается сложное равновесие (рис.5), которое может быть представлено как сочетание частных равновесий.
Если считать, что по кинетическим причинам образование твердого углерода заторможено, то равновесия с участием Ств рассматривать не будем.
Тогда система С–Н–О
– 3-х компонентная, k = 3;
– однофазная, n = 1;
– 4-х вариантная, f =4 (четыре независимые параметра)
Выбираем Р, Т, j = [H]/[O], y = [H]/[С]
Тогда 
– неизвестные (вычисляемые) переменные.
Система уравнений связи:
(I)
(II)
(III)
(IV)
(V)
(VI)
Для расчета значений необходимых концентрационных параметров следует знать исходный состав газовой смеси.
Для примера пусть в реактор введен влажный метан с относительной влажностью 80 % при 20оС. Упругость пара воды при 20оС равна 17,7 мм рт. ст. Тогда содержание Н2О в метане соответствует 
мм рт. ст.
и составляет 
Содержание СН4 в смеси:
%(об) СН4 =100–1,86=98,14%
Исходное состояние смеси удобно записать в виде: 98,14моль CH4 + 1,86 моль Н2О.
Тогда концентрационные параметры:
и 
«Штрих» относится к исходному составу газовой смеси.
Возможен и упрощенный расчет, основанный на том, что при температурах пирометаллургических процессов 
и 
весьма малы. Тогда в системе С – Н – О расчет основан на реакции (5) по методике, описанной в разделе « Термодинамический анализ реакции водяного газа». Затем определяютзначения и из
выражений для констант равновесия реакций (1) или (2) и из выражений для констант равновесия реакций (3),(4), (6) или (7) – на выбор.
Например, 
,
,
где 
– молярные доли CO и Н2 в равновесной газовой смеси, ранее найденные из расчета равновесия по реакции (5).
Термодинамический анализ реакций неполного и полного горения
углерода и взаимодействия его с СО2..
Термодинамические характеристики реакций
Для данных реакций (8), (9) и (10), записанных на 1 моль О2, 
связаны со стандартными изменениями энергии Гиббса реакций образования реагентов 
следующими выражениями:
2С + О2 = 2СО 
(8)
С + О2 = СО2 
(9)
С + СО2 = 2СО 
(10)
В соответствии с табличными данными:
=2(–110560 – 89,875 Т) = –221120 –179,75 Т (Дж) (773…2273 К)
= –393260 – 2,29 Т (Дж) (773…2273 К);
= –221120 –179,75 Т – (–393260 – 2,29 Т) = 172140 –177,46 Т (Дж)
Графически температурные зависимости 
реакций неполного и полного горения углерода и взаимодействия его с СО2 представлены на рис. 3.
|
|
Рис.3.Температурные зависимости 
реакций взаимодействия углерода с газами.
Точка пересечения прямых соответствует равенству 
или 
.
Отсюда Т 1 =172140/177,46 = 970 К
Оценка вариантности системы и определение числа параметров,
