загрузка...
загрузка...
На головну

Розрахунок ентальпій і теплоємність

  1. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  2. I. Вибір електродвигуна і кінематичний розрахунок
  3. I. Розрахунок накопичувальної частини трудової пенсії.
  4. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  5. I. Розрахунок розміру плати за комунальну послугу, надану споживачеві за розрахунковий період в i-м житловому приміщенні (житловий будинок, квартира) або нежитловому приміщенні
  6. I. Розрахунок розміру страхової частини трудової пенсії.
  7. II. ЗАВДАННЯ ДЛЯ ТИПОВИХ РОЗРАХУНКІВ

Як видно з наведених рівнянь, при тепловому розрахунку реактора необхідно обов'язково знати ентальпії реакцій, ентальпії фазових переходів компонентів і теплоємності компонентів.

Якщо відсутня табличне значення, то ентальпію реакції можна визначити за стандартними ентальпії освіти або згоряння компонентів відповідно до закону Гесса. для реакції

стандартна ентальпія реакції, розрахована за ентальпія освіти, дорівнює

Відповідно по ентальпії згоряння

Значення стандартних ентальпій утворення та згоряння можна знайти в довідниках фізико-хімічних величин. Значення ентальпії реакції при температурі реакції визначається рівнянням

де СPi - Молярна теплоємність i-того компонента;

T0- "Стандартна" температура;

T- Розрахункова температура.

Ентальпії компонентів можна розрахувати, використовуючи ентальпії фазових переходів і температурні залежності теплоємності фаз. При умові завдання рівня відліку Tcзагальна формула при цьому буде мати вигляд

Індекс «пл» відноситься до температури і ентальпії плавлення, «кип» - до температури і ентальпії кипіння; «Т», «ж» і «г» - відповідно до твердого тіла, рідини і газу. Температурні залежності теплоємності для багатьох речовин можна знайти в довідниках фізико-хімічних величин, де вони виражаються формулами:

Якщо в даному температурному інтервалі в зазначених рівняннях не опиниться коефіцієнтів, то можна взяти середнє значення теплоємності, отримане з таблиць, або ж розраховане по емпіричних залежностях.

Емпіричні залежності розрахунку теплоємності залежать від фазового стану речовини. Так мольну теплоємність металів і інших кристалічних речовин можна орієнтовно розрахувати за правилом Дюлонга і Пті, яке передбачає, що кожен атом з'єднання вносить в молекулу частку теплоємності, рівну приблизно 26 Дж / (моль · К). Тому розрахунок питомої теплоємності з'єднання можна провести за формулою

де n- Число атомів в молекулі;

М - Молекулярна маса сполуки, кг / моль.

Теплоємність багатьох твердих речовин - величина адитивна і приблизно дорівнює сумі атомних теплоємність (правило Коппа):

де ni - Число атомів даного виду;

Сi - Атомна теплоємність, що обирається, з таблиці 9.7.

Питання про розрахунок теплоємності некристалічних твердих сполук поки ще не вирішено, хоча з досить високою помилкою її можна визначити за правилом Коппа.

Мольная теплоємність ідеальних газів при звичайній температурі і тиску виражається співвідношеннями, наведеними в табл. 9.8).

Таблиця 9.7. Атомні складові теплоємності твердих речовин

 атом  Складова, Дж / (моль · К)  атом  Складова, Дж / (моль · К)
C  7,53 F  20,92
H  9,62 P  23,0
O  16,74  Be  15,9
S  22,59 N  11,3
B  11,72  інші атоми  25,92-26,78
 Si  20,08

Таблиця 9.8. Молярний теплоємності ідеальних газів

 вид газу CV CP  вид газу CV CP
 одноатомний  1,5R  2,5R  багатоатомний  3R  4R
 двоатомний  2,5R  3,5R

тут CV и CP - Теплоємності при постійному обсязі і постійному тиску, відповідно, а R - Універсальна газова постійна, рівна 8,314 Дж / (моль · К).

Орієнтовне значення питомої теплоємності в Дж / (кг · К) можна отримати з наступних формул:

де n - Число атомів в молекулі;

M -молярная маса сполуки, кг / моль.

Залежність теплоємності газів і парогазових сумішей від тиску і температури орієнтовно визначається за формулою

де CP =1 - Теплоємність при атмосферному тиску, Дж / (моль · К);

p- наведене надлишковий тиск газу,

P - Надлишковий тиск газу, Па;

Pкр - Критичний тиск газу, Па;

t - наведена температура газу,

Т - Температура газу, К;

Ткр - Критична температура газу.

Теплоємність газових і парогазових сумішей можна наближено визначити з виразу

деxi - Молярна або об'ємна частка компонента в суміші.

приклад 9.7. Визначити теплоємність азоту при температурі 50 ?С і абсолютному тиску 20 МПа.

Рішення: За літературними даними для азоту критична температура дорівнює 125,9 К, критичний тиск - 3,285 МПа, молярна маса - 0,028 кг / моль. Визначимо ізобарну теплоємність при звичайній температурі і атмосферному тиску

Наведена температура дорівнює

Наведене надлишковий тиск

тоді

Або по питомої теплоємності

Питома теплоємність переважної більшості рідин лежить в межах 1600-2400 Дж / (моль · К), для більшості вуглеводнів цей параметр приблизно дорівнює 2100 Дж / (моль · К).

Орієнтовну оцінку мольной теплоємності рідин можна провести, використовуючи правило Коппа, яке може бути застосовано для температури
 20 ?С:

де ni- Число атомів даного виду;

Ci - Атомна теплоємність, що обирається, з табл. 9.9.

Мольную теплоємність рідин при 20 ?С можна обчислити за методом Джонсона-Хуанга:

де ai - Атомна чи групова складові (див. Табл. 9.9).

Таблиця 9.9. Атомні складові теплоємності рідин

 атом  Складова, Дж / (моль · К)  атом  Складова, Дж / (моль · К)
C  11,72  Si  24,27
H  17,99 F  29,29
O  25,10 P  29,29
S  30,96  інші атоми  33,5
B  19,66

Друга формула Джонсона-Хуанга дає можливість отримати температурну залежність теплоємності

коефіцієнти a, b, c и d представлені в табл. 9.10.

приклад 9.8. Обчислити за методом Джонсона-Хуанга теплоємність бензолу (С6Н6) При 20 ?С.

Рішення: Бензол можна уявити що складається з шести груп = СН?, тоді СР= 6 · 22,6 = 135,6 Дж / (моль · К). Дослідне табличне значення 136,2 Дж / (моль · К).

Таблиця 9.10. Атомні і групові складові методу Джонсона-Хуанга

 Атом, група ai, Дж / (моль · К)  Атом, група ai, Дж / (моль · К)
 H (в муравьінойкіслоте і її ефірах)  14,86  ?CH =  46,05
 ?CH3  41,44  ?NH2  63,63
 ?CH2-  26,37  ?Cl  36,00
 = CH?  22,60  ?Br  15,49
 ?COOH  79,95  ?NO2  64,05
 ?COO- (складні ефіри)  60,70  ?O- (прості ефіри)  35,16
 > C = O  61,53  ?S?  44,37
 ?C?N  58,19  ?C6H5  127,67

 

Важливою характеристикою при тепловому розрахунку реакторів може бути ентальпія випаровування. У тому випадку, якщо не можна знайти її табличне значення, її можна розрахувати. Найбільш простим, але і не цілком точним методом є правило трутони:

Lісп.к= 87,9Тк,

де Lісп.к- ентальпія випаровування при температурі кипіння, Дж / моль;

Тк- Температура кипіння, К.

Таблиця 9.11. Розрахунок теплоємності за методом Джонсона-Хуанга

 Група a b· 102 c· 104 d· 106
 ?CH3  1.787  9.138  -0.3612  0.00465
 ?CH2?  -0.779  9.389  -0.5287  0.01147
 = CH2  2.771  7.409  -0.3659  0.00699
 = CH?  -1.000  6.961  -0.4420  0.01088
C6H5?  -31.71  46.08  -3.0516  0.07539
 ?CH  8.443  5.860  -0.4843  0.01473
 ?CH =  -21.987  16.27  -1.8418  0.06367
 ??CH?  -8.129  11.85  -0.9548  0.02767
 ?CH2-C6H5  -8.945  10.35  -0.5002  0.00829
 ?CH2-C5H4  -9.703  10.34  -0.5417  0.01076
 ??C??  -19.49  15.41  -1.4865  0.04111
 > C =  -0.224  5.618  -0.4266  0.01143

Більш точним є метод Джіаколоне:

,

де - Ткр и Ркр -Критична температура (К) і тиск (МПа).

Ентальпію плавлення можна приблизно визначити за формулою

Lпл= 56,5Тпл,

де Lпл - Ентальпія плавлення, Дж / моль;

Тпл - Температура плавлення, К.

Для органічних сполук співвідношення між ентальпії випаровування і плавлення має вигляд Lпл »0,356Lісп.к.



Попередня   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   Наступна

Розрахунок складу рівноважної суміші | Загальне рівняння балансу маси | Практичний матеріальний баланс | Фізико-хімічні основи технологічного процесу | Г л а в а 8 | Основні положення хімічної кінетики | Розрахунок ідеальних реакторів | Визначення обсягів апарату | Загальне рівняння балансу енергії | Практичний тепловий баланс |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати