Зависимость энтальпии реакции от температуры.

[Nikolay_t]

Пытаюсь смоделировать горение кокса в доменной печи и наткнулся вот на какую вещь: в горне доменной печи происходит окисление углерода до СО, т.е. теоретическая температура горения зависит от энтальпии этой реакции, везде почему то считается что она равна примерно 10 Мдж/кг (речь идет о коксе с 80% углерода), даже ссылаются на А. Н. Рамма. Но, открыв диаграмму Эллингема я вижу, что данная энтальпия (10 Мдж) соответсвует 20С, при этом она сильно растет от температуры и при 1800С возрастает в 2 раза. Физически это происходит из-за того, что теплоемкость углерода при росте температуры растет сильнее теплоемкости СО, т.е. углерод при нагреве запасает энергию, которую потом отдает в реакции окисления, в доменной печи этот предварительный нагрев происходит за счет массопереноса (отходящими газами), т.е. теоретическая температура горения должна рассчитываться из энтальпии реакции при температуре горения, и она гораздо выше. 

В то, что ученые мужи ошибаются на такой ерунде я не верю, поэтому вопрос: где ошибаюсь я?

 

И еще такой вопрос: скорость роста энтальпии от температуры (C=dS/dT) - это теплоемкость, поскольку теплоемкость с температурой тоже растет, то должна быть единица отражающая этот рост (dC/dT), как она называется?

Изменено 21 Мая, 2024 в 11:35 пользователем Nikolay_t

[Paul_S]

В 21.05.2024 в 12:20, Nikolay_t сказал:

должна быть единица отражающая этот рост (dC/dT), как она называется?

Производная теплоемкости по температуре 

[yatcheh]

В 21.05.2024 в 12:20, Nikolay_t сказал:

Пытаюсь смоделировать горение кокса в доменной печи и наткнулся вот на какую вещь: в горне доменной печи происходит окисление углерода до СО, т.е. теоретическая температура горения зависит от энтальпии этой реакции, везде почему то считается что она равна примерно 10 Мдж/кг (речь идет о коксе с 80% углерода), даже ссылаются на А. Н. Рамма. Но, открыв диаграмму Эллингема я вижу, что данная энтальпия (10 Мдж) соответсвует 20С, при этом она сильно растет от температуры и при 1800С возрастает в 2 раза. Физически это происходит из-за того, что теплоемкость углерода при росте температуры растет сильнее теплоемкости СО, т.е. углерод при нагреве запасает энергию, которую потом отдает в реакции окисления, в доменной печи этот предварительный нагрев происходит за счет массопереноса (отходящими газами), т.е. теоретическая температура горения должна рассчитываться из энтальпии реакции при температуре горения, и она гораздо выше. 

В то, что ученые мужи ошибаются на такой ерунде я не верю, поэтому вопрос: где ошибаюсь я?

 

И еще такой вопрос: скорость роста энтальпии от температуры (C=dS/dT) - это теплоемкость, поскольку теплоемкость с температурой тоже растет, то должна быть единица отражающая этот рост (dC/dT), как она называется?

 

Ваши рассуждения справедливы для статической равновесной системы (взрыв угольной пыли в замкнутом объёме), где все компоненты находятся при равновесной температуре. Горение кокса в печи - процесс неравновесный, масса кокса и подаваемый кислород непрерывно разогреваются продуктами горения, в этом случае применять функции состояния можно только к исходным вещества (кокс и кислород при н.у.) и к СО, образующемуся в изобарно-изотермических условиях.

 

 

[Nikolay_t]

В 21.05.2024 в 23:24, yatcheh сказал:

 

Ваши рассуждения справедливы для статической равновесной системы (взрыв угольной пыли в замкнутом объёме), где все компоненты находятся при равновесной температуре. Горение кокса в печи - процесс неравновесный, масса кокса и подаваемый кислород непрерывно разогреваются продуктами горения, в этом случае применять функции состояния можно только к исходным вещества (кокс и кислород при н.у.) и к СО, образующемуся в изобарно-изотермических условиях.

 

 

Дак и я о том же: в моем понимании нужно исходить из изотермических условий при t=1500C, мне не понятно почему всегда принимается t=20.

[ryanrobbie]

В 21.05.2024 в 16:20, Nikolay_t сказал:

Пытаюсь смоделировать горение кокса в доменной печи и наткнулся вот на какую вещь: в горне доменной печи происходит окисление углерода до СО, т.е. теоретическая температура горения зависит от энтальпии этой реакции, везде почему то считается что она равна примерно 10 Мдж/кг (речь идет о коксе с 80% углерода), даже ссылаются на А. Н. Рамма. Но, открыв диаграмму Эллингема я вижу, что данная энтальпия (10 Мдж) соответсвует 20С, при этом она сильно растет от температуры и при 1800С возрастает в 2 раза. Физически это происходит из-за того, что теплоемкость углерода при росте температуры растет сильнее теплоемкости СО, т.е. углерод при нагреве запасает энергию, которую потом отдает в реакции окисления, в доменной печи этот предварительный нагрев происходит за счет массопереноса (отходящими газами), т.е. теоретическая температура горения должна рассчитываться из энтальпии реакции при температуре горения, и она гораздо выше. mapquest driving directions

В то, что ученые мужи ошибаются на такой ерунде я не верю, поэтому вопрос: где ошибаюсь я?

 

И еще такой вопрос: скорость роста энтальпии от температуры (C=dS/dT) - это теплоемкость, поскольку теплоемкость с температурой тоже растет, то должна быть единица отражающая этот рост (dC/dT), как она называется?

Понимаю, что вас заинтересовал этот технический вопрос, и вы пытаетесь разобраться в нюансах расчета теоретической температуры горения кокса в доменной печи. Ваши рассуждения о влиянии температуры на энтальпию реакции окисления углерода до СО кажутся верными.

[yatcheh]

В 23.05.2024 в 08:57, Nikolay_t сказал:

Дак и я о том же: в моем понимании нужно исходить из изотермических условий при t=1500C, мне не понятно почему всегда принимается t=20.

 

Еще раз вернёмся к термодинамике. Энтальпия - функция состояния, имеющая смысл для равновесного процесса. Горение кокса в печи - неравновесный процесс, сопровождающийся активным массопереносом и перетоками тепла от продуктов горения к исходным веществам. Если вы предварительно нагреете кокс (и кислород) до равновесной температуры от постороннего источника тепла - вы получите максимальную температуру продуктов горения, соответствующую равновесной. В реальном квазистатическом процессе имеет место обратный температуроперенос, и температура продуктов горения будет соответственно ниже. 

В печке нет равновесия! Там температура в разных местах печи разная, кокс - холодный, СО - горячий. И функцию состояния можно применить только к исходному состоянию (кокс и кислород при 20С), отсюда вытекает максимальное тепловыделение, равное стандартной энтальпии сгорания кокса. Максимальная же температура отходящего газа - функция стандартной энтальпии реакции исходных веществ и интеграла по теплоёмкости продуктов горения. 

Понимаете? Имеет смысл только температура отходящего газа, "температура в печи" - величина неопределённая, средняя, как температура по больнице.

[yatcheh]

Можно и не мудствовать лукаво с равновесностью, а просто прикинуть: "излишек" энтальпии при высокой температуре возникает за счёт изменения теплоёмкости компонентов системы, но изменение температуры системы идёт за счёт выделения тепла в самой реакции. И этот "излишек" просто крутится внутри системы, перетекая от горячего газа к холодному топливу, нагревая топливо, и охлаждая газ.

Если у вас килограмм кокса при 20С, то хоть на пупе извертись, а при сжигании не получишь тепла больше, чем стандартная энтальпия. И только это тепло пойдёт на нагревание газа. Это уже, на секундочку - закон сохранения энергии

Изменено 23 Мая, 2024 в 17:26 пользователем yatcheh

[Nikolay_t]

В 23.05.2024 в 22:25, yatcheh сказал:

Можно и не мудствовать лукаво с равновесностью, а просто прикинуть: "излишек" энтальпии при высокой температуре возникает за счёт изменения теплоёмкости компонентов системы, но изменение температуры системы идёт за счёт выделения тепла в самой реакции. И этот "излишек" просто крутится внутри системы, перетекая от горячего газа к холодному топливу, нагревая топливо, и охлаждая газ.

Если у вас килограмм кокса при 20С, то хоть на пупе извертись, а при сжигании не получишь тепла больше, чем стандартная энтальпия. И только это тепло пойдёт на нагревание газа. Это уже, на секундочку - закон сохранения энергии

Тут ведь вопрос не в том сколько энергии покинет систему (сколько энергии останется в газе после того как пройдет через кокс), а в том какая температура будет в очаге горения. Если считать 10 МДж, то температура будет 1400 и чугун (точнее шлак) вовсе на поправится. Т.е. энергия то крутится внутри системы, но весь вопрос в том сколько ее там крутится.

[yatcheh]

В 24.05.2024 в 07:31, Nikolay_t сказал:

... но весь вопрос в том сколько ее там крутится.

 

А это не имеет отношения к термодинамике. Вы можете только оценивать температуру. Вычислять там нечего, поскольку понятие "температура в печи" не имеет смысла. А для оценки вам достаточно стандартных величин, ибо никакие ухищрения не помогут вам построить модель с опорой только на термодинамику.

Изменено 24 Мая, 2024 в 10:00 пользователем yatcheh

[главный колбасист]

Значит система медная трубочка,цинк,вода тоже неравновесная. Вода поступает холодная,

водяной пар улетает горячий. Поди высчитай,сколько там тепла выделилось,замучишься.

Проще калориметром померить,и убыль металлического цинка взвесить...