Тепловой баланс и температура равновесия

Зависимость константы равновесия от температуры имеет вид ЛГр = 16,72 ехр (—15,35/Г). Реакция дегидрирования этилбензола протекает с поглощением тепла кроме того, тепло теряется за счет радиального переноса и теплообмена с окружающей средой. Поэтому при моделировании адиабатического реактора необходимо рассматривать уравнения материального баланса совместно с уравнением изменения температуры по длине аппарата [c.297]

В середине прошлого века М. Бертло на основании большого числа определений тепловых эффектов химических реакций выдвинул принцип, согласно которому химическое сродство определяется количеством тепла, выделяющегося при реакции. Из принципа Бертло следует, что самопроизвольно могут протекать только экзотермические реакции. Легко видеть, что этот принцип неправилен хотя бы потому, что существуют самопроизвольные процессы, протекающие с поглощением тепла, например растворение многих солей в воде. Казалось бы, принцип Бертло оправдывается для реакций образования многих соединений из элементов, которые происходят с выделением тепла и идут практически до конца. Однако в действительности это справедливо лишь при относительно низких температурах. При достаточно высоких температурах эти же реакции самопроизвольно протекают в обратном направлении, т. е. происходит диссоциация соединений, сопровождающаяся поглощением тепла. Мы уже видели, что полнота завершения реакций зависит от температуры и концентраций. По существу принцип Бертло находится в противоречии с самим фактом существования химического равновесия. Это обусловлено тем, что М. Бертло основывался лишь на величинах ДЯ, т. е. на представлениях первого закона термодинамики, который, как отмечалось, дает лишь балансы тепловых явлений. Поэтому величина изменения энтальпии при реакции ДЯ не может служить мерой химического сродства. Такой мерой является величина ДО, определяемая уравнением [c.53]

Рассмотрим условия теплового равновесия угольной частицы, находящейся в воздушной среде. Это равновесие определяется балансом количеств тепла, выделяющегося при окислении частицы ( химическое тепло Qx) и отдаваемого ею в окружающую среду ( физическое тепло С ф). Очевидно, что при этом существует некоторая положительная разность температур между частицей и окружающей ее средой. [c.10]

Расчеты процессов тепло- и массообмена сводятся к определению равновесных значений температуры 4 и относительной влажности воздуха фк, а также величины потерь хранимых продуктов от усушки. Под / и понимают равновесное состояние этих параметров, которое устанавливается при равенстве источников и стоков теплоты и влаги в камере холодильника. Обычно их считают по балансовым уравнениям теплоты и влаги, составленным для конкретно рассматриваемых случаев. При этом оговаривают, что всякое нарушение стационарности приводит к соответствующим изменениям величин в уравнениях теплового и влажностного баланса и к последующему установлению равновесия в новых условиях. Схема теплопередачи в камере хранения показана на рис. УП1.1. [c.154]

В случае адиабатной абсорбции (отсутствие отвода теплоты, выделяющейся при поглощении ПК) температура газа и жидкости повыщается по мере увеличения в последней концентрации поглощаемого компонента х). Если изменение температуры ощутимо сказывается на положении линии равновесия, то такую абсорбцию называют неизотермической. Зависимость температур газа 0 и жидкости I от концентрации в ней поглощаемого компонента можно получить путем совместного рассмотрения материальных и тепловых балансов, а также уравнений тепло- и массообмена между газом и жидкостью. [c.938]

В уравнение (3.8) входят переменные /С, М, / и т поэтому для решения необходимы дополнительные условия. В качестве последних можно использовать уравнения материального баланса процесса (2.19) — (2.22), связывающие величины и М с текущими концентрациями Ск и Ск. Если принять, что лимитирующей стадией процесса является скорость отвода тепла от кристаллизующейся смеси, то связь между концентрациями Ск н См и температурой / можно определить из условий фазового равновесия. В общем случае рассматриваемая задача решается численными методами с использованием ЭВМ [64, 83]. Однако в ряде простейших случаях возможно ее аналитическое решение. [c.90]

Ректификация состоит в многократном чередовании и повторении процессов испарения и конденсации в противотоке пара и жидкости при температуре кипения. Ректификация относится к многоступенчатым противоточным процессам разделения (протекает по схеме каскада с постоянным потоком) и принципиально может обеспечить любую заданную степень разделения . Противоток пара и жидкости создается благодаря наличию в схеме ректификационной установки испарителя (куба), связанного с нижним концом, и конденсатора (дефлегматора), связанного с верхним концом колонны. Тепло, подводимое к кубу, благодаря теплообмену между паром и жидкостью в адиабатических условиях передается последовательно от ступени к ступени и отводится хладоагентом в конденсаторе. Благодаря массообмену между потоками пара и жидкости более летучий компонент переносится потоком пара в направлении снизу вверх, а менее летучий компонент — потоком жидкости сверху вниз. Таким образом, в основе ректификации лежит тепло- и массообмен между потоками пара и жидкости. При этом движущая сила массообмена определяется фазовым равновесием жидкость — пар и материальным балансом. Соотношения между основными параметрами ректификации, определяемые законами фазового равновесия жидкость — пар и материальным балансом, составляют статику ректификации. [c.42]

При давлениях горючей смеси порядка атмосферного (или выше атмосферного) вследствие большой абсолютной скорости реакции температура пламени достигает. 2000—3000° К и мы имеем обычные горячие пламена с характерной для них структурой. Структура горячего пламени может быть различной в зависимости от условий горения. Наиболее простой структурой обладают пламена, горящие без доступа внешнего воздуха. Таковы пламена, горящие в трубах, в частности, пламя, получаемое при подаче горючей смеси через узкую короткую трубку в трубу большего диаметра, сообщающуюся с внешним воздухом только в верхней ее части. В этом слзгчае можно различить следующие три зоны пламени зону предварительного подогрева газовой смеси, зону горения (или зону реакции) и зону сгоравших газов. В зоне подогрева происходит постепенное повышение температуры, обусловленное передачей тепла от зоны горения и тепловыделением в результате медленных реакций, развивающихся вследствие повышения температуры и диффузии активных центров из зоны горения (см. ниже). При некоторой температуре (температура воспламенения) подогретая смесь воспламеняется — возникает зона горения с характерной для нее высокой температурой и обусловленной ею (а также высокой концентрацией активных центров) большой скоростью реакции. Протяженность (толщина) зоны горения обычно невелика и в случае обычных горячих пламен составляет величину порядка 0,1 мм (см., например, рис. 129). В этих случаях зону горения называют фронтом пламени. Вследствие большой скорости реакции концентрация активных центров во фронте пламени не успевает прийти к равновесию и обычно на несколько порядков превышает равновесную концентрацию при максимальной температуре пламени. Значительно превышающие равновесные значения имеют также концентрация электронов и интенсивность излучения фронта пламени. Однако абсолютные концентрации, активных частиц, как и концентрации электронов (и ионов) во фронте пламени, относительно невелики, а излучение света не играет существенной роли в тепловом балансе горячих пламен. Поэтому даже значительные отклонения концентраций атомов, радикалов и ионов и интенсивности излучения от равновесных значений не могут сказаться на величине конечной (максимальной) температуры Замени, устанавливающейся по завершению реакции горения на границе фронт пламени — зона сгоревших газов п определяющейся термодинамическим равновесием продуктов реакцип. [c.477]

Вторая фаза реакции — диссоциация аммиака на азот и водород протекает с поглощением тепла, но общий баланс тепловыделения положительный, хотя избыток тепла незначителен. Характер протекания реакции разложения гидразина сказывается на величине температуры газа, и конструкция газогенератора должна обеспечивать развитие реакции разложения до желаемых пределов диссоциации аммиака. Расчеты, проведенные в предположении равновесия, показывают, что первая фаза реакции обеспечивает температуру до 1575 К. При полном разложении гидразина и полной диссоциации аммиака температура газа может снизиться до 875 К, но при этом в продуктах реакции будет довольно много водорода. Опираясь на график (рис. [c.239]

Если проводить абсорбцию без отвода тепла, температура процесса будет повышаться вследствие выделения тепла при поглощении газа жидкостью. При изменении температуры изменяется положение линии равновесия и наряду с процессом массообмена происходит процесс теплообмена. В этом случае к уравнениям массообмена и материального баланса необходимо присоединить уравнения теплового баланса и теплообмена. Система дифференциальных уравнений, описывающих процесс неизотермической абсорбции, будет иметь следующий вид [c.115]

Особенность процессов экстрактивной ректификации заключается в том, что они проводятся обычно при высокой концентрации разделяющих агентов (70—90 мол.%), причем последние чаще всего имеют значительно более высокие температуры кипения, чем компоненты заданной смеси. Если в процессах обычной и азеотропной ректификации расходы жидкости и пара имеют незначительные различия, то в процессах экстрактивной ректификации расход жидкости, как правило, значительно превышает расход пара. Поэтому и количество тепла, переносимого потоком жидкости, значительно больше, чем в процессах обычной и азеотропной ректификации. Соответственно больше роль энтальпии жидкости в тепловом балансе колонны. Вследствие этого даже относительно небольшое изменение температуры по высоте колонны, обычно характерное для процессов экстрактивной ректификации, может вызвать значительное изменение расходов пара и жидкости. Это обусловливает изменение по высоте колонны флегмового числа и концентрации разделяющего агента, а также в свою очередь, усложняет определение условий фазового равновесия и обусловливает криволинейный ход рабочих линий процесса ректификации. Разумеется, отмеченная особенность относится лишь к той части колонны для экстрактивной ректификации, которая расположена ниже точки ввода разделяющего агента. Часть колонны, находящуюся выше точки ввода разделяющего агента, рассчитывают как в обычных процессах ректификации. Поэтому этот вопрос здесь не рассматривается. [c.293]

Свойства получаемого глета-полуфабриката очень сильно изменяются при сравнительно небольших отклонениях в режиме процесса окисления. Процесс получения глета-полуфабриката с определенными показателями должен проходить при постоянной температуре. Необходимым же условием постоянства температуры является равновесие тепла, выделяемого при образовании РЬО и теряемого на данной операции (с отходящим воздухом, на испарение воды и через стенки печи). С увеличением подачи воздуха или воды снижается температура в окислительной печи, т. е. нарушается тепловой баланс, повышается унос крупных частиц глета-полуфабриката, содержащего большую долю металлического свинца. [c.346]

Подвод тепла из подогревателя с паровым пространством (рис. Х-11, а). В этом случае жидкость, поступающая в подогреватель, нагревается до температуры кипения остатка fw Образовавшиеся пары Со находятся в равновесии с отходящим остатком Таким образом, данный способ подвода тепла эквивалентен по разделительному действию одной теоретической тарелке (парциальный кипятильник). Тепловой баланс для нижней части колонны запишется следующим образом [c.248]

Для радиации, фактически поглощаемой Землей (см. рис. 1.1), такое равновесие наступит, когда температура па экваторе достигнет 270 К, па Южном полюсе 150 К. и иа Северном полюс 170 К. Фактически поверхность Земли значительно теплее, а контраст температур между экватором и полюсом намного меньше. Отличие от наблюдаемой температуры поверхности обусловлено существованием жидкой оболочки Земли. Последняя может повлиять иа достижение равновесия двумя путями. Во-первых, радиация может поглощаться самой атмосферой. Во-вторых, атмосфера и океан могут переносить тепло от одной области к другой, влияя тем самым на баланс энергии. [c.15]

Баланс накопления и расходования снега возможен при различных комбинациях соотношений влаги и тепла. В областях с малым количеством осадков это равновесие может быть достигнуто при малых расходах снега на таяние и испарение или при низких температурах воздуха. При больших же количествах осадков и расход их должен быть большим для достижения равновесия. Следовательно, при этих условиях равновесие может существовать при высоких температурах. Таким образом, высота снеговой границы зависит от климата, а следовательно, и от рельефа. Распределение снеговой границы показано на рис. 151. В полярных областях она расположена очень низко вследствие низких температур воздуха. В южном полушарии вследствие океанического характера климата снеговая граница почти всюду располагается ниже, чем на таких же широтах в северном полушарии, и южнее 62° ю. ш. лежит на уровне моря. В низких широтах снеговая граница приподнята, причем наиболее высоко не на экваторе, а в субтропиках, что связано с сухостью воздуха и малым количеством твердых осадков в этих [c.430]

Тарелка питания отличается от обычной тарелки отгонной секции тем, что с ней связан дополнительный пятый материальный поток Ь равновесного сырья, имеющий (с 2) переменных. Поэтому число ее переменных (с учетом еще и теплового потока) составит 5 (с + 2) 4- 1 = 5с 11. Согласно Куоку, жидкое сырье Ь и жидкий поток смешиваются до поступления на тарелку питания, и поэтому должны быть назначены давление и потеря тепла в смесителе, т. е. еще два параметра, что доводит общее число переменных до (5с + 13). Ввиду равновесия между потоками, покидающими тарелку питания, их давления и температуры одинаковы. Эти два условия вместе с с уравнениями материального баланса, одним уравнением теплового баланса и с соотношениями парожидкостного равновесия составляют (2с - - 3) независимых ограничительных условия. Это составляет (5с 4-+ 13) — (2с 3) = Зс Н- 10 степеней свободы для тарелки питания. [c.351]

Алгоритмизация этого этана состоит в разработке математических моделей типовых процессов химической технологии. Необходимо не только качественное, но и количественное описание явлений, определяющих процесс. К настоящему времени известно большое количество алгоритмов расчета типовых процессов, отличающихся степейью детализации отдельных составляющих модели, но, по сути, предназначенных для решения систем уравнений материального и теплового балансов, нельнейность которых зависит от точности описания равновесия, химической кинетики, кинетики тепло- и массопереноса, гидродинамики потоков. Объем входной информации зависит от точности модели, однако выходная информация подавляющего большинства алгоритмов практически одинакова профили концентраций, потоков и температур по длине (высоте) аппарата, составы конечных продуктов. Правда, соответствие результатов расчета реальным данным будет определяться тем, насколько точно в модели воспроизведены реальные условия. И все же, несмотря на обилие алгоритмов, нельзя сказать, что проблема разработки моделей (и соответственно расчета) решена — по мере углубления знаний об объекте модели непрерывно совершенствуются. Тем более что до сих пор в определенном классе процессов отсутствуют алгоритмы, обеспечивающие получение решения в любой постановке задачи и обладающие абсолютной сходимостью. Надо учесть еще, что задача в проектной постановке часто решается как задача оптимизации с использованием алгоритмов в проверочной постановке. [c.120]

Создание нового производства или процесса получения нового вещества прежде всего требует выяснения возможности протекания химических реакций, которые при этом предполагается осуществлять. Первый закон термодинамики оказывается недостаточным для решения подобных задач, В пределах этого закона возможно составление энергетических балансов тепловых процессов, но не рассмотрение вопроса о направлении, в котором они могут проходить, В некоторых случаях первый закон термодинамики позволяет предвидеть возможность тех или иных процессов. Например, температура изолированного тела не может сама собой увеличиваться. Невозможен вечный двигатель, т. е. машина, производящая работу без затраты энергии (вечный двигатель первого рода), что также является примером процессов, запрещаемых первым законом. Однако в природе есть такие процессы, которые, хотя и не противоречат первому закону, все же в действительности не осуществляются, Так, тело не может приобрести поступательного движения за счет убыли своей внутренней энергии (охлаждения), хотя при этом соблюдался бы энергетический баланс, Не было бы противоречия с первым законом и в том случае, если бы тепло самопроизвольно переходило от холодного тела к горячему. Однако факты показывают, что все действительно происходящие в природе процессы отличаются определенной направленностью. Они совершаются сами собой только в одном направлении, хотя первый закон не запрещает их протекания в обратном направлении. Например, в нагретом с одного конца металлическом стержне происходит выравнивание температуры и установление теплового равновесия. Чтобы понять общность этого закона, достаточно вспомнить о таких процессах, как взрывы, взаимная диффузия двух газов или жидкостей с образованием раствора. После окончания таких процессов изолированная система уже не может сама собой вернуться в какое-либо из своих предыдущих состояний. Образовавшийся раствор не может сам разделиться на составляющие его компоненты, а продукты взрыва не могут сами вновь образовать исходные вещества. Можно сделать общий вывод в -иптемах, предоставленных самим себе, все процессы текут односторонне, т, е, в одном направлении, и достигают [c.36]

Влияние коэффициентов теплопроводности реагирующего вещества, показанное выше, на уровень установившейся температуры в образце, а следовательно, на скорость превращения, подчеркивает динамический характер теплового равновесия. Здесь уместно вернуться к смыслу температурных координат, приводимых в рассчитанных зависимостях. В начале описания результатов расчета говорилось о том, что в качестве координаты рассматривается температура в центре образца и есть возможность выбрать другую локальную температуру или взять среднеинтегральную по сечению образца. В соответствии с выражениями (7) и (8) температура, введенная энергетическими балансами, является средиеинтегральной функцией времени, построенной по имеющемуся пространственному распределению. Именно она и представляет полное аккумулирование тепла веществом. [c.100]

Б случае, если поток состоит только из индивидуального углеводорода, тепло на парообразование расходуется при постоянной температуре Т ип и погрешность при определении неизвестных температур Т - и ТЛ отсутствует. При нагреве многокомпонентной смеси (ШК) типа нефти шш нефтепродуктов, парообразование соЕровожцается ростом температуры потока лишь по мере выкипания низкокипящих компонентов. Поэтому учет изменения фазового состояния потока по мере увеличения передаваемого тепла сопряжен с большими вычислительными трудностями, если воспользоваться обычной процедурой определения доли испарения потока по уравнениям фазового равновесия, теплового и материального балансов [66-68]. [c.79]

Химизм процесса, лежащий в основе получения сульфата аммония в сатураторе, сводится к реакции нейтрализации аммиака серной кислотой Реакция эта протекает с огромной скоростью и как всякая реакция нейтрализации, сопровождается выделением тепла Теплота образования сульфата аммония из газообразного аммиака и 100 %-ной серной кислоты равна 274 кДж/моль (65,3 ккал/моль) сульфата аммония При использовании 76 %-ной кислоты количество выделяющегося тепла уменьшается до 220 кДж/моль (54,6 ккал/моль), т е на величину, соответствующую теплоте разбавления кислоты от 100 % до 76 %-ной концентрации На 1 кг сульфата аммония выделяется 1173,20 кДж (280 ккал), что является основным источником тепла в сатураторе и играет огромную роль для достижения теплового равновесия в ванне сатуратора, определяет его водный баланс, влияет на температуру ванны, степень улавливания аммиака и пиридиновых оснований из газа и кристаллизацию соли сульфата аммония При правильном режиме работы сатуратора этого тепла должно быть достаточно для выпаривания всей избыточной влаги, которая поступает в сатуратор- с коксовым газом, с пароаммиачной смесью после колонны, с раствором после пиридиновой установки, с серной кислотой, от промывки трубопроводов, солевых насосов и ловушки, соли в центрифугах и сатуратора, это же тепло служит для поднятия температуры маточного раствора до оптимальной величины (50—55 °С), восполнения потерь тепла поверхностью сатуратора, потерь тепла с циркулирующим маточным раствором и выдаваемым сульфатом аммония [c.230]

Слабый тепловой эффект. Основным вопросом при расс.мотрении теплового эффекта является определение линии равновесия, зависящей от температуры жидкости. Слабый тепловой эффект можно учесть, исходя из температуры жидкости наверху и внизу абсорбера. Первая определяется внешними условиями (например, тепло-съемом в контуре подачи жидкости), а последняя — из энергетического баланса всего абсорбера. Эти температуры обусловливают рэстворимость газа на концах абсорбера и таким образом определяют наклон равновесной кривой в точках, соответствующих составу жидкости на входе в абсорбер и на выходе из него. Если приближенная равновесная линия, проведенная через эти конечные точки, имеет не слишком большую кривизну, то можно предположить, что движущая сила, рассчитанная по такой зависимости, достаточно точна, [c.419]

В современных электролизерах, работающих при высоких плотностях тока, выделяются значительные количества избыточного тепла. Тепловой баланс аппарата изменяется в зависимости от нагрузки на электролизер. При малых нагрузках выделяющегося тепла может быть недостаточно для поддержания оптимальной температуры электролиза (до 95° С) и требуется подвод тепла извне. Если установки электролиза воды работают в режиме сильно изменяющейся нагрузки (например, при использовании пиковой электроэнергии), в период низких нагрузок можно подогревать электролит для поддержания оптимальной температуры электролиза. С возрастанием нагрузки на электролизер приход тепла увеличивается быстрее его расхода, и при определенной температуре достигается тепловое равновесие. При дальнейитем повьпне-нии нагрузки появляется избыток тепла, который необходимо отводить от электролизера. [c.110]

Алгоритм технологического расчета АПЕ абсорбера (АБ) базируется на математической модели АБ, с состав которой входят уравнения физико-химического равновесия системы рассол — парогазовая смесь NHg—СО2—Н2О, уравнения кинетики тепло- й массопере-дачи, гидродинамические характеристики, уравнения общего теплового баланса, общего и покомпонентных материальных балансов процесса абсорбции. Элементарным звеном математической модели АБ является г-я тарелка (отдельный контактный элемент). Расчет проводится от тарелки к тарелке методом итераций, начиная с нижней (первой) тарелки. При этом в уравнениях теплового и материального балансов используются значения составов и температур потоков на входе и выходе тарелки, а при вычислении равновесных концентраций компонентов в парогазовом потоке — средние арифметические значения концентраций компонен1 ов в жидкости на входе и выходе тарелки. Расчет тарелки заканчивается, если полученные в некотором -S-M и предыдущем (s—1)-м приближениях значения содержания аммиака в жидкости отличаются на величину, по абсолютному значению не превышающую заданную погрешность вычислений. Расчет последующей (г+1)-й тарелки начинается после завер- [c.115]

В данной модели количество тепла можно рассматривать как дополнительный компонент системы. Для описания динамики теплонереноса должны быть использованы уравнения баланса и кинетики, т. е. описание аналогично введению дополнительного компонента в систему, причем должно учитываться влияние температуры на сорбционное равновесие и тепловые эффекты сорбции. [c.25]

Для определения технологического времени Хтехн и высоты печи Н необходимо воспользоваться данными по равновесию и скорости реакции UO2 + 4HF i UF4 -Ь 2НаО. Причем необходима точная зависимость скорости реакции от температуры и парциальных давлений HF и Н2О, исходя из которой можно условно разбить реактор гидрофторирования на зоны (рис. 96), и выбрать в каждой из зон оптимальную, с точки зрения равновесия и кинетики реакции, температуру. Для каждой из зон рассчитывают далее время, необходимое для достижения конечной степени реагирования (начальной степени реагирования для следующей зоны) зная это время, определяет минимальную высоту каждой зоны. Тепловой баланс также составляют по зонам. Зная количество тепла, которое необходимо отвести, и коэффициент теплопередачи между слоем и хладагентом, можно определить поверхность теплопередачи и высоту реакционной зоны. Для исполнения принимают значения высоты реакционной зоны, найденные при тепловом расчете, если они намного больше величин, получаемых при кинетическом расчете. Такой метод расчета показывает, что реактор движущегося слоя для производства тетрафторида урана из двуокиси с годовой производительностью, например, 5000 т должен иметь внутренний диаметр 0,61 м, высоту 13,73 м (с зонами высотой по 2,75 м) и отношение H/D — 23. [c.264]

Метод смешения заключается в том, что два вещества, имеющие. разные температуры, приводятся в термический ко.нтакт. В результате теплообмена система приходит в тепловое равновесие, при котором температуры обоих. веществ выравниваются. Если такой процесс провести в условиях, когда теплообмен с внешней средой исключен или может быть учтен, то к системе применимо уравнение тепло вого баланса [c.139]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология