ТЕОРИЯ ГОРЕНИЯ И ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА
ДИССОЦИАЦИЯ ВОДЯНОГО ПАРА И УГЛЕКИСЛОТЫ Диссоциация водяного пара
При высоких температурах было обнаружено разложение водяного пара, причем полного разложения не происходит, а процесс распада идет до некоторого предела. Того же предела можно достигнуть, исходя из начальных веществ, т. е. из смеси Н2+О2.
Таким образом, диссоциация водяного пара при высоких температурах объясняется наступлением равновесия:
2Н2+02^2Н20'. (4-16)
Диссоциированное количество водяного пара, выраженное в доля*х от исходного его количества, называется степенью диссоциации, обозначим ее через а.
Пусть число молей водяного пара до диссоциации равняется 2. После диссоциации в состоянии равновесия при данной температуре смесь будет состоять из:
Н20 — 2(1 — а) молей;
Н2 — 2а молей;
О2 — а молей,
Всего: (2 + а) молей.
Тогда парциальные давления будут:
Рп, о = ЙГ; Рн> = КГ Рож = КГ,
Где V — общий объем.
Применяя закон действующих масс, получаем:
__ Р Нз Ро2 ___ а3 пт1
Р~~ Р2н2о ^ (' а)2 "
Заменив общий объем общим давлением р, определенным из уравнения состояния:
Получим соотношение между общим давлением и степенью диссоциации:
Из уравнения (4-17) следует, что при постоянной температуре с возрастанием давления степень диссоциации водяного пара убывает.
Если а измерено при определенной температуре и каком-либо давлении, то по (4-17) может быть определено значение Кр. Затем, используя ЭТО уравнение, МОЖНО ПОЛуЧИТЬ Степень ДИССОЦИаЦИИ ДЛЯ ВСЯКОГО'
Другого давления при той же температуре.
При температуре 2257 К и абсолютном давлении 0,1013 МПа? (1 кгс/см2) степень диссоциации водяного пара равняется 1,79-10~2.
Значения а для различных абсолютных давлений при той же температуре будут:
/7=10« 5-102 5-10 1-0 0,1 кПа
/7= 10 5 0,5 0,1 0,001 кгс/см2
А — 0,87 1,07 2,3 3,64 7,5»/0
Таким образом, начиная с 0,1 МПа (1 кгс/см2) с повышением давления степень диссоциации медленно убывает, напротив, с понижением давления она быстро возрастает.
Согласно принципу Ле-Шателье при увеличении избытка одного из продуктов диссоциации степень диссоциации понижается, с повышением температуры степень диссоциации увеличивается.
При; топочных температурах (ниже 2000 °С) равновесие 2Н2+ + 02^2Н20 сильно сдвинуто в сторону водяного пара и трудно обнаружить присутствие Н2 в смеси.
Диссоциация водяного пара становится заметной при температуре около 1470°С, когда а«0,14%, при температуре 2227°С степень диссоциации равняется 4%, а при 2512°С уже достигает 13%.
Таким образом, в топочных процессах значение диссоциации невелико. При обычных топочных температурах, не превышающих 1600— 1700°С, и атмосферном давлении степень диссоциации не превышает
0, 5%. Но так как парциальное давление водяного пара в продуктам сгорания мало, то степень диссоциации несколько больше и при высоких топочных температурах может достигать 1—2%.
Диссоциация углекислоты
Разложение углекислоты, обнаруженное при высоких температурах» было объяснено установлением равновесия 2С0+02^2С02, которое при температурах до 2000°С сильно сдвинуто в сторону образования С02. Для этого равновесия также применимо соотношение (4-17), так как реакция образования СОг по своему типу аналогична реакции образования Н20. Кроме того, по той же причине изменение температуры и концентраций реагентов оказывает такое же влияние на положение равновесия, как и в случае водяного пара. Например, повышение температуры способствует разложению С02, напротив, увеличение концентрации одного из продуктов распада понижает степень диссоциации.
При атмосферном давлении диссоциация СОг становится заметной при температуре около 1500°С, составляя 0,8%. Далее она быстро возрастает, достигая при 2000°С—4%, при 2500°С—19%!, а при 3500°С до 40%.
В случае топочных процессов парциальное давление углекислоты в продуктах сгорания невелико, составляет 10—20кПа (ОД—0,2кгс/см2), поэтому степень диссоциации СОг несколько больше и достигает при 1500°С величины 1,7%!, а при 2000°С — 8%.