IV . Термодинамический анализ основной реакции

 

При проектировании технологических процессов важное место занимают термодинамические расчеты химических реакций.

Цель термодинамического анализа заключается в определении принципиальной возможности проведения химической реакции в данных условиях, в выборе условий проведения процесса.

Задание: Для основной реакции необходимо рассчитать константу равновесия по термодинамическим данным (тепловой эффект реакции, изменение энтропии, свободную энергию Гиббса (изобарно-изотермический потенциал)).

Дано:

 

Таблица 7. Термодинамические свойства веществ – участников реакции

Вещество				Ср = f(Т)
				а	в*103	c*106	c’*10-5
С6Н12	-123,1	298,2	106,3	51,72	598,8	-230,0	–
О2	0	205,04	29,37	31,46	3,39	–	-3,77
С6Н10О	-198	296	–	3,08	565	300	–
Н2О	-241,81	188,72	33,61	30,00	10,71	–	0,33

 

Таблица 8. Данные термодинамического расчета

Т, ºС	40	90	140	190	240	290	340	390	440	490	540
К	313	363	413	463	513	563	613	663	713	763	813

 

Рассчитаем тепловой эффект реакции при атмосферном давлении в заданном температурном интервале.

 

 

 

Рассчитаем изменение энтропии при атмосферном давлении в заданном температурном интервале:

 

 

 

Рассчитаем изменение изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса) в заданном температурном интервале:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рассчитаем логарифм константы равновесия в заданном температурном интервале используя уравнение изотермы Вант-Гоффа:

 

 

Рассчитаем константы равновесия в заданном температурном интервале:

 

 

 

Полученные данные сведем в таблицу:

 

Таблица 9. Зависимость термодинамических функций от температуры

Т, К				ln Kp	Кр
313	-316788,5328	-18,78	-310910,3928	119,4761
363	-316578,3304	-18,18	-309978,9904	102,7107
413	-315523,5650	-15,49	-309126,1950	90,0276
463	-313477,5833	-10,83	-308463,2933	80,1332
513	-311452,4869	-4,34	-309226,0669	72,5018
563	-305850,4960	3,92	-308057,4560	65,8132
613	-299995,0714	13,87	-308497,3814	60,5314
663	-292597,8560	25,45	-309471,2060	56,1431
713	-283524,4650	38,63	-311067,6550	52,4753
763	-272641,0077	53,37	-313362,3177	49,3983
813	-259813,9353	69,64	-316431,2553	46,8143

 

4.7. На основании полученных данных построим графики:

 

Рис. 1. Зависимость теплового эффекта реакции от температуры.

Рис. 2. Зависимость энтропии реакции от температуры.

 

Рис. 3. Зависимость энергии Гиббса от температуры.

 

Рис. 4. Зависимость логарифма константы равновесия от обратной температуры.

  

613 – -299995,0714

х– -299304

 К

 

Выводы: Рассчитав термодинамические величины, получили:

1) Реакция является экзотермической на всем температурном интервале, т.к. .

2) Для проведения процесса оптимальной считается температура 339⁰С (612 К).

3) С увеличением температуры изменение энтропии в ходе процесса увеличивается.

4) На всем температурном интервале , следовательно, реакция идет самопроизвольно.

5) Кр>>1, следовательно, реакция смещена в прямом направлении (в сторону образования продуктов), т.к. Кр больше 10²⁰ реакция является необратимой.