Теоретические основы теплотехники. Ляшков В.И. - 37 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

протекает одновременно изохорно и адиабатно (теплоизолированный реактор постоянного объема), то дифференциалы dS
i
и
dV равны нулю и формула (1.47) дает
PS
i
i
i
m
U
,
∂
∂
=
µ
.
В процессах при
S = const и p = const, учитывая, что при этом dS и dp равны нулю, из формулы (1.48) получаем
pS
i
i
m
H
,
∂
∂
=µ
.
В процессах при V = const и T = const из формулы (1.49) находим
TV
i
i
i
m
F
,
∂
∂
=µ
.
В технике наиболее экономичными являются непрерывные производства, и поэтому наибольшее распространение
находят химические реакторы непрерывного действия. В реакционную камеру такого реактора непрерывно подаются потоки
исходных реагентов. По мере перемещения их вдоль камеры протекают химические реакции, и на выходе из реактора
получается поток целевого продукта. В таких реакторах процессы протекают при
p = const и T = const. Причем, для
обеспечения постоянства температуры в реакционной камере устанавливают змеевики или рубашки, через которые с
помощью специальных теплоносителей осуществляется отвод (или подвод) тепла, выделяемого (или поглощаемого) во
время реакции. Для таких процессов
dp = 0 и dT = 0, и из формулы (1.50) следует
Tp
i
i
i
m
Z
,
∂
∂
=µ
.
Отсюда
iii
dmdZ µ= и, если проинтегрировать это выражение, то
iii
mZ
µ
=
. Значит =
µ
iii
mZ /
i
z= , т.е. в изобарно-
изотермических процессах химическим потенциалом выступает удельная свободная энтальпия вещества.
1.6.2 Тепловой эффект химических реакций
П
ри термодинамическом анализе многокомпонентных гомогенных систем с химически реагирующими компонентами понятие
о внутренней энергии системы приобретает более широкий смысл, чем при рассмотрении чисто физических процессов.
Теперь сюда включается и химическая энергия межмолекулярных связей, которая способна трансформироваться в тепло,
работу, электрическую или другие виды энергии.
В соответствии с формулой (1.3) первый закон термодинамики для таких систем принимает вид
хим
QddLdQdU +−=
. (1.51)
Все составляющие этого уравнения являются суммарными эффектами, учитывающими вклад каждой компоненты (всего их
n):
∑
=
=
n
i
i
dUdU
1
; ;
∑
=
=
n
i
i
dQdQ
1
∑
=
=
n
i
i
dLdL
1
;
∑
=
µ=
n
i
ii
mQd
1
хим
.
В формуле (1.51) величину dQ следует понимать как количество тепла, выделившееся и отведенное (или подведенное и
поглощенное) при химической реакции;
dL – механическая работа при изменении объема системы;
хим
Qd – количество
химического воздействия, которое обычно называют полезной немеханической работой химической реакции (например,
работа электрического тока в цепи гальванического элемента), которая не сопровождается изменениями объема.
Обозначая
∫
2
1
хим
Qd через L
п
, запишем формулу (1.51) в интегральном виде, а не для элементарно малого процесса
п
LLQU
+
−
=
∆
.
Из формулы видно, что выделение тепла, совершение механической и полезной немеханической работы происходит в
результате уменьшения внутренней энергии системы.
Если реакция протекает при
T = const (как это достигается, было рассказано в предыдущем параграфе) да еще и таким
образом, что никакой полезной немеханической работы не производится (
L
п
), то тепло, выделяющееся за время реакции,
будет наибольшим, поскольку при этом немеханическая работа в силу необратимости процессов тоже трансформируется в
тепло
LQU −
=
∆
max
. (1.52)
Величина Q
max
определяет тепловой эффект химической реакции. В изохорно-изотермических реакциях dV = 0, L = 0 и
Q
max
будет
UQ
∆
=
max
.
Тепловым эффектом изохорно-изотермической реакции называют убыль внутренней энергии химически реагирующей
системы
21
UUUQ
v
−
=
∆
−
=
.
Тепловой эффект изобарно-изотермических реакций найдем тоже с помощью формулы (1.52), учитывая, что при
этом, поскольку
p = const, L = p(V
2
– V
1
)

Страницы