ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

Transcript

1 ΙΣΟΖΥΓΙΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

2 2 Ε. Παυλάτου, 2017 ΕΝΘΑΛΠΙΑ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΥ ΕΝΩΣΗΣ Ο θερμοτονισμός ή η θερμότητα της αντίδρασης εκφράζει τη μεταβολή ενέργειας λόγω της χημικής αντίδρασης Η απαιτούμενη ενέργεια για το σχηματισμό 1 mole μιας ένωσης από τα συστατικά της στοιχεία. Π.χ. C(s)+ ½ O2 CO(g) Συμβολισμός ΔĤ f Πρότυπη ενθαλπία σχηματισμού είναι η ενθαλπία σχηματισμού σε πρότυπες συνθήκες (Τ=25 ο C, P=1 atm) Συμβολισμός ΔĤ ο f H ενθαλπία σχηματισμού των μεμονωμένων στοιχείων (π.χ. O2, Η2 ) σε πρότυπες συνθήκες ορίζεται ότι είναι μηδέν. Ενθαλπίες σχηματισμού των διαφόρων ενώσεων υπάρχουν στον Πίνακα Ζ.1 στο παράρτημα.

3 3 Ε. Παυλάτου, 2017 ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΕΝΘΑΛΠΙΑΣ ΜΕ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ

4 4 Ε. Παυλάτου, 2017 ΕΝΘΑΛΠΙΑ ΑΝΤΙΔΡΑΣΗΣ ΔĤrxn(T,P) <0 εξώθερμη ΔĤrxn(T,P) > 0 ενδόθερμη Ισχύει για: Στοιχειομετρικές αναλογίες Πλήρης αντίδραση Προϊόντα και αντιδρώντα σε ίδιες Τ, P (Συνήθως ΔĤrxn=f(T)) Μονάδες: kj/mol ενός αντιδρώντος ή ενός προϊόντος

5 5 ΝΟΜΟΣ HESS Ε. Παυλάτου, 2017 Εάν μια αντίδραση μπορεί να προκύψει από άλλες αντιδράσεις με απλές αλγεβρικές πράξεις (πρόσθεση, αφαίρεση, πολλαπλασιασμό με σταθερά) τότε οι ίδιες αλγεβρικές πράξεις μπορούν να εφαρμοστούν στις αντίστοιχες ενθαλπίες αντίδρασης και να υπολογιστεί η ενθαλπία της ζητούμενης αντίδρασης Χρήσιμος για τον έμμεσο υπολογισμό της ενθαλπίας μιας αντίδρασης από άλλες αντιδράσεις των οποίων οι ενθαλπίες είναι γνωστές

6 6 Ε. Παυλάτου, 2017 ΝΟΜΟΣ HESS Ο υπολογισμός της ενθαλπίας σχηματισμού CO είναι δύσκολο να γίνει πειραματικά γιατί ένα μέρος του άνθρακα μετατρέπεται σε CO2. Επιθυμητή αντίδραση Γ:C(s)+ ½ O2 CO(g) Για τον λόγο αυτό μπορούμε να την υπολογίσουμε έμμεσα με το νόμο του Hess και δύο άλλες αντιδράσεις: A:C(s)+ O2 CO2 ΔĤ 1 ο rxn= kj/mol ο B:CO + ½ O2 CO2 ΔĤ 2 rxn= kJ/mol Γ = ΔĤ 1 ο ο rxn - ΔĤ 2 rxn = kJ/mol

7 7 Ενθαλπία καύσης Ε. Παυλάτου, 2017 Καύση: Ταχεία αντίδραση με O2(οξείδωση) σε υψηλή θερμοκρασία C(s)+ O2(g) CO2(g) C2H6(g)+ 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l) Πρότυπη ενθαλπία καύσης ΔĤ ο c είναι η ενθαλπία της αντίδρασης τέλειας καύσης για Τ= 25 ο C και P =1 atm (Πίνακας Ζ.1, Παράρτημα) Ισχυρά εξώθερμος χαρακτήρας της αντίδρασης (ΔĤοc< 0) για την παραγωγή θερμότητας

8 8 Ενθαλπία καύσης Ε. Παυλάτου, 2017 Ως προϊόντα της καύσης θεωρούνται κυρίως CO2(g), H2O(l) αλλά και SO2 αν υπάρχει S, HCl αν υπάρχει Cl ΔĤ ο c=0 για Ο2, CO2, H2O και άλλα προϊόντα καύσης Θερμογόνος (θερμαντική) δύναμη καυσίμου ορίζεται ως (- ΔĤοc) Ανώτερη θερμογόνος δύναμη (ΑΘΔ) - Όταν το Η2Ο είναι σε υγρή μορφή (νερό) Κατώτερη (ή καθαρή) θερμογόνος δύναμη (ΚΘΔ) -Όταν το Η2Ο είναι σε αέρια μορφή (ατμός) Η διαφορά τους είναι η θερμότητα εξάτμισης του νερού

9 9 Ε. Παυλάτου, 2017 F Δίνεται η οξείδωση της αμμωνίας σύμφωνα με την αντίδραση 100 mol/s ΝH3 και 200 mol/s Ο2 στους 25 o C εισέρχονται σε αντιδραστήρα όπου η αμμωνία καταναλώνεται πλήρως. Τα αέρια εξέρχονται από τον αντιδραστήρα στους 300 ο C. Υπολογίστε τον ρυθμό θερμότητας που απάγεται ή προσφέρεται στον αντιδραστήρα υποθέτοντας ότι η πίεση είναι σταθερή και ίση με 1 atm. Q=-19,700 KW

10 Ε. Παυλάτου,

11 11 Ε. Παυλάτου, 2017 F Μεθάνιο οξειδώνεται παρουσία αέρα προς ακεταλδεύδη σύμφωνα με την αντίδραση, όπου πραγματοποιείται ταυτόχρονα και παράλληλη αντίδραση. Να υπολογίσετε τη θερμότητα που απάγεται ή προσφέρεται. Q=-15,300 KJ

12 12 Ε. Παυλάτου, 2017 ΑΔΙΑΒΑΤΙΚΟΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΤΗΡΑΣ F Η αφυδρογόνωση της αιθανόλης σε ακεταλδεύδη γίνεται σε αδιαβατικό αντιδραστήρα. Η τροφοδοσία είναι στους 400 ο C και ο βαθμός μετατροπής είναι 30%. Ποια είναι η θερμοκρασία εξόδου του αντιδραστήρα και υποθέστε τα 100 mol αιθανόλης ως βάση. Δίνονται: cp αιθ= *10-5 Τ-8.749*10-8 Τ *10-12 Τ 3 cp Η2= 28.84* *10-5 Τ *10-8 Τ *10-12 Τ 3 cp ακεταλ= *10-4 Τ+8.050*10-8 Τ *10-12 Τ 3 ΔΗ f, αλκ= ΚJ/mol, ΔΗ f, ακετ= ΚJ/mol Τ= 185 ο C

13 13 Ε. Παυλάτου, 2016 F Η αφυδρογόνωση της αιθανόλης σε ακεταλδεύδη γίνεται σε αδιαβατικό αντιδραστήρα. Η τροφοδοσία έχει ρυθμό 150 mol/s στους 300 ο C και περιέχει 90% αιθανόλη και το υπόλοιπο είναι ακεταλδεύδη. Ο ρυθμός παροχής θερμότητας είναι 2440 KW, ενώ η θερμοκρασία εξόδου είναι 253 ο C. Να υπολογίσετε τον βαθμό μετατροπής του αιθυλενίου. X=0.319

14 14 Ε. Παυλάτου, 2016 F 9.12

15 15 Ε. Π7υλάτου, 2017 (a)σύσταση τροφοδοσίας, προϊόντων ξ=??? (b) Q=???, 27.5 m3/h Q= ΚW

16 16 Ε. Παυλάτου, 2017 F 9.21

17 17 Ε. Παυλάτου, 2016 F 9.21 Q=-1.3 ΚJ

18 18 Ε. Παυλάτου, 2016 F 9.54

19 19 Ε. Παυλάτου, 2016 F 9.54 a) Περίσσεια αέρα? (200%) Σημείο δρόσου του παραγόμενου αερίου (Tδρόσου = 44.1 ο C) b) Με βάση 1gmol μεθανόλης, Q=? Εξατμιστήρας, και Αντιδραστήρας? Q1, 2=? 40.33, 534 ΚJ

20 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΥΓΡΑΣΙΑΣ ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΙΚΑ ΔΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ

21 21 ΨΥΧΡΟΜΕΤΡΟ ΣΦΕΝΔΟΝΗΣ ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΞΗΡΟΥ, Τ DB, ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΥΓΡΟΥ ΘΕΡΜΟΜΕΤΡΟΥ Τ WD

22 Psychrometrics: The Properties of Air Με το ψυχρομετρικό διάγραμμα όταν είναι γνωστές 2 μεταβλητές τότε καθορίζονται Ξηρή και υγρή θερμοκρασία Σχετική υγρασία και σημείο δρόσου Ενθαλπία Ειδικός όγκος

23 Air temperature Relative humidity Air movement Air quality (IAQ) Surface temperatures Acoustics Security 65 degrees 75 degrees Lighting quality quantity Building Envelop -The Third Skin The 3 rd. skin moderates the differences between the natural environment and the built environment

24 MOISTURE CONTENT (BTU/LB AIR ) Σημείο δρόσου Καμπύλη κορεσμού

25 Change in quantity of water in the air Ψυχρομετρικό διάγραμμα: Συσχέτιση θερμοκρασίας αέρα και υγρασία Dry Bulb Temperature Reading

26 Psychrometric Chart Definition of Relative Humidity The amount of moisture in the air expressed as a percentage of the maximum amount of moisture the air can hold at the given temperature. Example: at dry bulb temp. of 77 and wet bulb temp. of 63, the air is holding 50% of it s maximum capacity at 77 degrees. Enter wet bulb reading 50% RH Enter dry bulb reading

27 Adding moisture cooling warming drying

28 Energy efficient zones Winter: higher humidity off-sets lower furnace thermostat setting Summer: lower humidity off-sets higher AC thermostat setting Winter Cool & Humid Adding moisture cooling warming Warm & Dry drying Summer

29 The saturation curve Air is 100% saturated with moisture and condensation begins 50% RH

30 What if cooling continues? Air is 100% saturated with moisture and continues to cool 50% RH Moisture removed by condensation

31 Air is 100% saturated with moisture and continues to cool 50% RH Moisture removed by condensation Same air is reheated to 70 degrees and no moisture added RH of the room goes down (dryer)

32 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 32

33 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΥΓΡΑΣΙΑΣ 33

34 34 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΥΓΡΑΣΙΑΣ Η-11.2

35 Ε. Παυλάτου,

36 Διόρθωση Η= =53.5 ΚJ/KgΞα Ο υγρός όγκος είναι m 3 /kgξα 150*0.0048/0.897=0.803 Κg νερού 36 ΔΙΑΓΡΑΜΜΑ ΥΓΡΑΣΙΑΣ F Προσδιορίστε την απόλυτη υγρασία, τη θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου, όγκο υγρασίας, την ειδική ενθαλπία υγρού αέρα στους 41 ο C, και 10% σχετική υγρασία. Το ποσό του αέρα είναι 150 m 3. Από το διάγραμμα ha kg νερού/κg ΞΑ Τwb=19 o C V(m3/KgΞΑ) Τd=3 o C Για Τwb=19oC η ειδική ενθαλπία είναι 54.2 ΚJ/KgΞα

37 37. Ε. Παυλάτου, Αέρας στους 50 ο C και με 10% σχετική υγρασία εισάγεται σε ξηραντήρα με παροχή 11.3 m 3 /min και εξέρχεται κορεσμένος. Ο ξηραντήρας λειτουργεί αδιαβατικά. 1. Υπολογίστε την απόλυτη υγρασία και τον όγκο υγρασίας του αέρα που εισέρχεται στον ξηραντήρα. 2. Υπολογίστε τη θερμοκρασία και την παροχή εξόδου του ξηρού αέρα (kg/min). 3. Υπολογίστε τον ρυθμό (kg/min) που εξατμίζεται το νερό στον ξηραντήρα.

38 38 Ε. Παυλάτου, Στερεό προϊόν (π.χ. ζάχαρη) που περιέχει υγρασία περνάει από έναν ξηραντήρα. Ξηρός θερμός αέρα εισάγεται στον ξηραντήρα με παροχή 400kg/min, ο οποίος χρησιμοποιείται για την απομάκρυνση της υγρασίας που περιέχει το στερεό προϊόν. Στην έξοδο του ξηραντήρα ο υγρός αέρας έχει θερμοκρασία 50 o C και 2.44 % wt υδρατμούς, ο οποίος στη συνέχεια εισάγεται σε συμπυκνωτή που ψύχεται στους 10 o C. Η πίεση παραμένει σταθερή σε όλο το σύστημα και ίση με 1 atm. Υπολογίστε τον ρυθμό (kg/min) που εξατμίζεται το νερό στον ξηραντήρα. Υπολογίστε τη θερμοκρασία υγρού θερμομέτρου, τη σχετική υγρασία, το σημείο δρόσου και την ειδική ενθαλπία του αέρα (kj/kg) στην έξοδο του ξηραντήρα. Υπολογίστε την απόλυτη υγρασία και την ειδική ενθαλπία του αέρα (kj/kg) στην έξοδο του συμπυκνωτή. Υπολογίστε τον ρυθμό συμπύκνωσης του νερού (kg/min) και τον ρυθμό μεταφοράς θερμότητας από τον συμπυκνωτή (kw). Θεωρείστε ότι η ειδική ενθαλπία του νερού (H 2 O (l))στους 10 o C είναι H=42.0 kj/kg. Δίδεται η τάση ατμών του νερού σαν συνάρτηση της θερμοκρασίας: ln p*= /(t )όπου p* σε mm Hg και T σε o C.