Задача №1. Взаимодействие углерода с кислородосодержащей газовой фазой.

Рассчитайте значения равновесного давления кислорода и кислородных потенциалов в равновесной газовой смеси, образующейся при взаимодействии обогащённого кислородом воздуха (N₂ – O₂) с твердым углеродом для шести заданных температур.

Исходные данные для расчёта:

состав обогащенного воздуха, %		Температура, 0С						Давление, Па·10-5
N2	O2	1	2	3	4	5	6
58	42	732	782	832	882	932	982	0,9

Решение:

Для определения равновесного состава газовой смеси, находим соотношение между азотом и кислородом в обогащенном воздухе:

γ= 1,381

2С + О₂ = 2СО (1)

С + О₂ = СО₂ (2)

С+СО₂=2СО (3)

Константа равновесия для реакции (1) равна:

Пользуясь уравнением находим значение для шести заданных температур:

T,К	1005	1055	1105	1155	1205	1255
	2,108	5,601	13,624	30,685	64,609	128,2001

Находим равновесный состав газовой смеси:

СО,%= (4)

где - количество молей N₂ вносимых в смесь одним молем О₂;

- константа равновесия реакции (1);

Р – общее давление в газовой смеси

СО₂,% = (5)

N₂,%=100-(СО,%+СО₂,%) (6)

(7)

(8)

(9)

Результаты расчётов сведены в таблицу 1.

Таблица 1

№№ п.п.	t,0С	Т, К	состав равновесной газовой смеси, %			относительное содержание, %		,Па	lg	, Дж
			СО	СО2	N2	СО	СО2
1	732	1005	46,275	9,145	44,580	83,500	16,500	2,15·10-22	-21,67	-417112
2	782	1055	52,837	4,486	42,677	92,174	7,826	9,85·10-22	-21,01	-424516
3	832	1105	56,215	2,088	41,697	96,419	3,5801	3,49·10-21	-20,46	-432998
4	882	1155	57,776	0,979	41,245	98,334	1,666	1,05·10-20	-19,98	-442041
5	932	1205	58,484	0,476	41,040	99,192	0,808	2,79·10-20	-19,55	-451344
6	982	1255	58,813	0,243	40,944	99,589	0,411	6,81·10-20	-19,17	-460763

По данным таблицы 1 строим график зависимости состава равновесной газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры.

Рисунок 1 – график зависимости состава равновесной

газовой смеси углерода от температуры

Вывод: Проанализировав график, сделаем вывод, что при увеличении температуры концентрация СО увеличивается.

Строим график зависимости равновесного давления кислорода в газовой смеси для реакции газификации углерода от температуры.

Рисунок 2 – график зависимости равновесного давления от температуры

Вывод: Проанализировав график, сделаем вывод, что при увеличении температуры давление над кислородом в газовой реакции газификации углерода увеличивается.

Строим график зависимости кислородного потенциала для равновесной газовой смеси СО-СО₂ от температуры.

Рисунок 3 – график зависимости кислородного потенциала от температуры

Вывод: Проанализировав график, сделаем вывод, что при увеличении температуры кислородный потенциал для равновесной газовой смеси СО-СО₂ уменьшается.

Задача №2 Восстановление оксида железа оксидом углерода и водородом.

Определить равновесный состав газовых реакций восстановления оксидов железа водородом при заданной температуре (Т=1420К).

Решение:

1. ;

2. ;

3. ;

4. , при Т<843 К;

Т.к. Т=1420 К то реакция под номером 4 происходить не будет

Определим константы равновесия для каждой реакции по формуле

(1)

28936,64

15,8215

0,95993

где , , - константы равновесия для первой, второй и третьей реакции соответственно.

Но константа равновесия реакции находится еще и по следующей формуле: (2)

где - давления паров воды и водорода

Общее давление равно (3)

Общее давление примем равным 1.

Подставим (3) в (2) и получим:

(4)

(5)

где Р_Н2 будет определять долю Н₂ в реакции восстановления в процентах

Подставим вместо К_Р значения, полученные по формуле (1).

Равновесный состав газовых реакций восстановления оксидов железа водорода предоставлен в таблице 2

Таблица 2

Реакции	%H2	%H2O
	0,00346	99,99654
	5,94477	94,05523
	51,02223	48,97777