4, РАВНОВЕСИЕ И ДИССОЦИАЦИЯ

В !1редшеств)ЮЩ11х разделах предполагалось, что горе-пи,-- закапчивается образованием, окислов СОз и НгО. Это 1ос1аточно справедливо для сгорания в газовых турбинах, UIK как -вследствие разбавления продуктов сгорания избыточным воздухом они пмеют низкую температуру. В других лвигателях, особенно в поршневых бензиновых двигателях i; ракетах, температуры настолько высоки, что достигается равновесие, при котором некоторые катичества кислорода, водорода, окиси углерода и других газов находятся в свободном еостоянии. Присутствуют также свободные атомы 11 радикалы, например О, ОН, Н и др. При этом устанавливается меньшая температура, чем полученная расчетом iirt приведенному выше методу.

Равновесный состав продуктов сгорания определяется константами равновесия, которые зависят лишь от темпера-[\ры. В качестве примера рассмотрим реакцию окисления водорода. В этом случае констанга равновесия имеет вид:

К = -

где р с соответствующими индексами обозначены парциа.пь-иые давления реагентов. При комнатной температуре К имеет порядок JO*, и поэтому количества водорода и кислорода, которые могут оказаться в равновесии с водяным паром, ничтожны. При 3 500°С значение К еще превышает но уже при 2 500°С К имеет величину, близкую к единице, и таким образом, при этой температуре зпачитель-Hiie ко.тичеетва реагентов находятся в свободном со-стсяиип.

При наличии значительной диссоциации расчет температуры пламени становится много сложнее. Поотедователь-нскть расчета следующая.

Для заданного состава реагентов вычисляют состав продуктов сгорания при различных температурах по константам равновесия для всех возможных ком-понентов. Если Г 1тывать азотосодержашие компоненты, то для каждого значения температуры приходится решать систему из i уравнений. Таблицы констант .равновесия приведены, например, в книге Льюиса и Эльбе (Lewis and von Elbe, 1951).

Для каждого найденного состава вычисляют энталь- чю, которая равна сумме энтальпий компонентов. Энталь-1ИП1 компонентов берут пз таблиц.

3. Нг1ходят cocT;iB гфодуктов сгорания, энтальпия кото рого равна Э!1таль-П1т исходной смеси.

При расчете продесса сгорания в газовых турбинах та кие выч1исления, к счастью, редко бывают необходимы. Дл; упрощения расчетов разработаны графические и другие ме тоды. Общий метод расчета с полным обзором литературы изложен в кшите Хоттеля, Вильямса и Саттерфилда {Но1ц lei, Williams, Satterfieid, 1949), i

При расчетах газовых тупби!! константы равновесия лрн-х0ди1ся использовать только для ппрсделеиия состава газа,

Т а п .;i li п а 1-41

находящегося в равновесии с поверхностью углерода, когда в смесн могут присутствовать кислород, углекислота, окись углерода и водяной -пар. Необходимые константы равнове-спя вычислены Касселем (Kassel, 1934) и приведены в табл. 1-4. Их ра,змерность равна размерности давления в атмосферах в сооiветствующей степени.

Анализ значеншй, приведенных в этой таблице, .показывает, что: 1) концентрация кислорода, па.чодящегося в рав-ногвеспп с углеродом, пренебрежимо мала по cpaBHeiiHiC с концентрацией углекислоты даже при высоких те.мперату-рах; 2) рапповесная концентрация углекислоты становится

jj по сравнению с концентрацией окнеи углерода при температурах выше 1 250 К; 3) при этих же температурах концентрация водяното пара становится малой по сравнению с коинептрацней других компонентов. Эти выводы яз-чяютея основой осуществления процесса газнфнкащш.

Обозначения к главе 1

с - тен.тоемкосгь при постоянном дав.;1ен1пт /Г - внутренняя энергия. - энта.тьпня. ЛЯ - - теп.ювой эффект реакции, идущей при постоянном давлснни. Л-константа равновесия. Л - число молей.

- общее давление.

/?-парциальное давленпе. Q-тепло, подведенное к системе, ft- универсальная газовая постоянная. Т - абсолютная температура.

(/ - внутренняя энергия при отсутствии энергетических эффектов, вызванных силами тяжести, движением, электричеством, магнетизмом и капил-.тярностью.

V - объем.

и-объемная доля компонента в смесн. \У - работа системы.

- работа, переданная от снсте.мы по валу. Z - состав смеси.

Литература к главе 1

Кеепап J. 11.. Tliermodynamics, Wiley, New York liUI. Perry J. H. (Ed,), Chemical Engineers Handbook, ,\\cGraw-Hill, York and London, 1950,

icmansky У\. W Heal and TherniodVnaniics. .Mcaraw-llIU, -i l()rk and London. 1937.