4.1 ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ

Воспользуемся энтропийным методом для расчета энергии Гиббса:

Термодинамические константы исходных веществ и продуктов реакции взяты из справочной литературы[3] и представлены в таблице 3.1.

Проводим расчет и по формулам:

89,48 кДж/моль

89,48 кДж/моль

Таблица 4.1.1

Термодинамические константы участников основной реакции

Реакция идет с небольшим выделением тепла (экзотермична), для смещения равновесия к продуктам необходимо отводить тепло от системы. За счет последующего применения отведенного тепла к другим процессам можем снизить затраты на энергию (вторичный энергоресурс).

Дж/моль·K

Процесс трудно осуществить при атмосферном давлении, так как энтропия отрицательна. Определим температуру начала реакции, используя следующее условие:

На основе температуры начала реакции выберем температурный интервал расчета энергии Гиббса: 300600 К. С помощью энтропийного метода проведем расчет при различных температурах:

= 89480 300· (182,13) = 34841 Дж/моль

= 89480 400· (182,13) = 16628 Дж/моль

= 89480 430· (182,13) = 11164 Дж/моль

= 89480 460· (182,13) = 5700,2 Дж/моль

= 89480 500· (182,13) = 1585 Дж/моль

= 89480 600· (182,13) = 19798 Дж/моль

Отобразим полученные данные на графике (рис. 4.1) в координатах . Сделаем вывод о влиянии температуры на протекание реакции. Термодинамическая вероятность протекания основной реакции с увеличением температуры уменьшается, необходимость отведения тепла от системы подтверждается.

Рис. 4.1.1 График зависимости энергии Гиббса от температуры

аммиак двуокись углерод абсорбция

Зависимость константы равновесия от температуры может быть представлена в виде уравнения:

Рассчитаем значения констант равновесия в указанном интервале температур, результаты представим в виде таблицы 4.2. Построим график зависимости константы равновесия от температуры протекания процесса.

Таблица 4.1.2

Значения константы равновесия основной реакции при различных температурах

Рис. 4.1.2 График зависимости константы равновесия от температуры

Термодинамический анализ процесса очистки конвертированного газа от диоксида углерода раствором поташа позволил сделать следующие выводы:

1. В рассматриваемом интервале температур (300-600 К) термодинамическая вероятность самопроизвольного протекания процесса уменьшается, о чем свидетельствует значение энергии Гиббса.

2. Согласно принципу Ле-Шателье увеличение давления способствует смещению равновесия в сторону продуктов реакции (Растворимость СО2 в горячем растворе поташа в значительной степени зависит от парциального давления двуокиси углерода над раствором)

3. Увеличение концентрации раствора поташа по сравнению со стехиометрическим ведет к смещению равновесия в сторону продуктов реакции (предельная концентрация соли в горячем растворе 40%, т.к. дальше наблюдается выпадение осадка); горячие растворы поташа вызывают коррозионное разрушение углеродистой стали, поэтому в растворы добавляют ингибиторы коррозии.