Основы проектирования химических производств. Косинцев В.И - 168 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТПУ | Томск

Составители: 

Рубрика: 

7.2. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ
Термодинамический анализ позволяет оценить:
− энергетическую возможность и направление протекания реакций;
− сопровождающие реакции тепловые изменения, позволяющие рас-
считывать тепловые балансы процессов;
− предпочтительность реакций и устойчивость образующихся
соединений;
− пути подавления нежелательных реакций и устранения побочных
продуктов;
− выбор оптимального режима протекания реакций (температуры,
давления и концентрации реагирующих веществ).
7.2.1. Равновесие химической реакции
Константа равновесия, как постоянная величина, определяется через
равновесные активности компонентов реакции
*
i
a i
K a
ν
=
Х
, (7.1)
где К
а
– константа равновесия, выраженная через равновесные активности;
*
i
a
– равновесная активность i-го компонента реакции;
ν
i
– стехиометрический коэффициент i-го компонента с соответствую-
щим знаком (минус – для реагентов, плюс – для продуктов реакции).
Большинство химических процессов протекает при практически посто-
янном давлении. В этом случае равновесие можно характеризовать энергией
Гиббса (изобарно-изотермическим потенциалом). Изменение энергии Гиббса
в процессе химической реакции описывается соотношением:
*
ln ln .
i i
i i
G RT a RT a
ν ν
∆ = − +
Х Х
(7.2)
Если исходные реагенты находятся в стандартном состоянии, т. е.
а
i
= 1, то второе слагаемое в ур. (7.2) равно нулю и получается известная изо-
терма Вант-Гоффа
0
ln
a
G RT K
∆ = −
, (7.3)
где ∆G
0
– стандартное изменение энергии Гиббса.
Величину ∆G
0
можно определить по стандартным изменениям энтальпии и
энтропии
0 0 0
G H T S
∆ = ∆ − ∆
. (7.4)
Уравнения (7.3) и (7.4) являются основой для расчета равновесий.
Следует указать, что при равновесии равно нулю ∆G, но не ∆G
0
, поэто-
му знак ∆G определяет направление реакции. При ∆G<0 реакция идет в пря-
мом направлении, а при ∆G>0 – в обратном. При ∆G=0 система находится в
равновесии.
Стандартным состоянием для газов и паров принято считать идеальное
газовое состояние при давлении 101,325 Па ≈ 0,1 МПа (1 ата) и при темпера-
168

Страницы