Тепловой эффект реакции при стандартных условиях

По закону Гесса тепловой эффект реакции равен сумме теплот образования продуктов за вычетом суммы теплот образования исходных веществ с учетом стехиометрических коэффициентов.

Тепловые эффекты реакций часто выражают через изменение энтальпии. Тепловой эффект DН считают положительным для эндотермических процессов и отрицательным для экзотермических. Значение DН относят к числу молей веществ, участвующих в реакции, которое указывают стехиометрическими коэффициентами.

1) величины теплот образования веществ

DН_обрСаСО₃ = 1190000 кДж/кмоль

DН_обрH₂SO_4(р-р) = 267000 кДж/кмоль

DН_обрСaSO₄ = 1392000 кДж/кмоль

DН_обрСО₂ = 285500 кДж/кмоль

DН_обрН₂О_(Ж) = 286000 кДж/кмоль

2) тепловой эффект реакции (изменение энтальпии реакции) при стандартных условиях (25⁰С)

DН₂₉₈ = 1392000+285500+286000–1190000–267000 = 506500 кДж/кмоль

Изменение энтальпии экзотермической реакции показывается со знаком «-»

DН₂₉₈ = - 506500 кДж

 

3) величина теплового эффекта реакции при стандартных условиях, приходящаяся на 7,35 кмоль СаSO₄ (см. таб. Материального баланса)

åDН₂₉₈ = - 506500*7,35 = - 3722775 кДж

 

Тепловой эффект реакции при температуре в зоне реакции

 

В дальнейшем, при необходимости, тепловой эффект реакции пересчитывается на конкретную (более высокую) температуру (Т) в зоне реакции по формуле:

DН_Т = DН₂₉₈ + a(Т - 298) + b(Т² - 298²) + g(Т³ - 298³)

где a - алгебраическая сумма коэффициентов «а», из выражений температурной зависимости теплоемкостей веществ (с = а + в∙Т + с∙Т²), участвующих в данной реакции, т.е.

a = (n₁∙а₁ + n₂∙а₂) – (n₃∙а₃ + n₄∙а₄).

b - то же, сумма коэффициентов «в», деленная по полам

b = 1/2[(n₁∙в₁ + n₂∙в₂) – (n₃∙в₃ + n₄∙в₄)]

g - то же, сумма коэффициентов «с», деленная на три, т.е.

g = 1/3[(n₁∙с₁ + n₂∙с₂) – (n₃∙с₃ + n₄∙с₄)]

n₁, n₂, n₃, n₄ – стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

При отсутствии данных для расчета с достаточной точностью принимается, что с повышением температуры на каждые 100° тепловой эффект реакции уменьшается на 1,0 – 1,2 %.

В практике расчетов производственных процессов может быть использован метод подсчета тепловых эффектов реакций при помощи значений теплосодержаний (см. вариант 2).

В рамках данного задания при малом значении теплового эффекта реакции, при котором не происходит значительного повышения температуры, пересчет величины теплового эффекта к конкретной температуре в зоне реакции принято не производить

Физическое тепло реагентов

Физическое тепло реагентов может быть найдено по одной из формул:

Q_Ф = n*c*t;

Q_Ф = m*c*t;

Q_Ф = v*c*t;

Q_Ф = n*DH

где n – количество вещества, кмоль;

m – масса вещества, кг;

v – объем вещества (газа), м³;

с – теплоемкость вещества при соответствующей температуре,

(кДж/кмоль*град, кДж/кг*град, кДж/м³*град)

DH – теплосодержание продуктов при данной температуре, кДж/кмоль;

t – температура реагентов (обычно ⁰С).

Количество реагентов берется по данным материального баланса.

Температура реагентов приводится в задании или принимается на основании литературных данных.

Теплоемкости веществ берутся по справочным данным

= 81,85 Дж/моль∙град

= 231,6 Дж/моль∙град

= 67,03 Дж/моль∙град

= 79, 0 Дж/моль∙град

= 44,5 Дж/моль∙град

= 137,57 Дж/моль∙град

= 75,31 Дж/моль∙град

Физическое тепло реагентов

= 9,19∙81,57∙20 = 14992,56 кДж

=1,89∙231,6∙20 = 8754,48 кДж

= 0,75∙67,03∙20 = 1005,45 кДж

= 1,92∙79,0∙20 = 3033,60 кДж

= 3,26∙44,5∙20 = 2901,40 кДж

= 8,09∙137,57∙20 = 22258,83 кДж

= 176,14*75,31*20 = 265302,06 кДж

Общее количество физического тепла на входе в аппарат составляет

318248,4 кДж