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1、(第卷第期汉中师范学院学报#自然科学∃%&∋)&(!!∀&.∋/01.&−436,89&∋6).:.∋;7<66(年月∗+,−−2356.7罗#+,−7∃=66塑由甲烷制乙炔的热力学分析杨秉仁,,,,#汉中师院化学系陕西汉中>?/≅∃Α作者男ΒΧ岁副教授∃摘要对,反应热和平衡常数进行了理论计算推导出与实验结果基本吻合的关联式(计算和分析了反应后气体产品的有效能,对生产方法的经济状况和能量利用进行了评价(关键词甲烷Α乙炔Α热力学分析ΑΑ关联式有效能热力学分析(标准反应热反应方程式电弧炉292Γ?1Η一氏9玖Ι在!∀Δ和Ε(?Φ3下的
2、反应热〔‘丁。ϑΓ一9△耳△、、?△、△、毋衅彬ϑΒΧ(!Ε一?≅&一2≅#一>(∀∀!∃·一ϑ?>>∀∃Κ&∋‘电弧炉内发生的全部化学反应如下Η川·一29氏一Λ从Γ?玖一?>>∀∃Κ&∋‘#∋∃·一226ΓΓ??>!∃Κ&,9玖践∋9氏一9凡Γ玫一!>∀!∃·Κ&∋一‘川#?∃一·一,6Γ62ΓΒΕ>?∃Κ&Χ玩6玫氏≅#∃92氏9一2氏Γ12一ΒΕ∃·Κ&∋一,#Β∃92氏一92玖Γ12一Ε!>∃·Κ&∋一‘#∃主反应#∋∃为强吸热反应一,由电弧炉供热,反应温度高达8&Δ(副反应#∃、#Χ∃为放(一((有资料川?∀Β∋‘
3、!!2≅Ε,热反应认为反应热效应可能高达ΕΧ∗(Κ&折合能耗·一(’2∗Κ#6氏∃收稿Η∀一一日期!Η第期杨秉仁由甲烷制乙炔的热力学分析(任意温度下的反应热设反应(·一291Χ一9212Γ?践一?>>8≅一&Β∃Κ&∋‘的转化率为ΕΕΜ,在Ε(?ΦΝ.及温度5下的反应热为体系始末状态所决定(Η用%.−:1&0Ο&≅把始末状态联系起来如下图(5(Ε(?ΦΝ.5,Ε?ΦΝ.291‘9Η12Γ?1291‘21ΗΓ?19((!∀Δ,Ε(?ΦΝ.!∀ΔΕ?ΦΝ.,((可见△1,二乙1,“Γ△12一/1Π。1,“ϑ?>
4、>∀≅∋了∋一‘,其中标准反应热∗(Κ&查得>至8Δ范围内各组9,Η?Δ&分恒压热容如下川尸ϑ··一,·一,·一,·一,·一‘9性!一&!≅Ε5ΓΕΧΘΕ产一&∀∀ΡΕ尸#∗Κ&∋Δ∃··一·一·一··9尸火ϑ!∀∀ΓΒΕΡΕ,5Γ≅,一Ρ,&一’一,∋>Ε护!!∀Ε护#∗Κ∋Δ∃,··一·一·一·一·一9、凡ϑΓ≅Ε,5一Β?ΘΕ,Γ∀ΡΕ,Κ&∋‘Δ’∀>!尹护#∗∃所以Η一△。ϑΗ#7尸、、·?7,、∃Τ5一Η27,。、‘,△1Σ二丁二一(!?Χ∀≅ΕΧΓ(!≅Ε5一>≅Ε一?产一(≅Ε一Β护
5、Γ∀(∀∀≅Ε一!尹ϑ((一,(一Β?Β>??≅∋了Γ!一≅Ε5一>≅Ε尹一≅Ε护Γ(一,·一‘∀∀∀ΡΕ厂#∗Κ&∋∃#>∃关联式#>∃适用于电裂解或热裂解甲烷制(显然,乙炔的反应温度范围高温有利于吸热的主反应以生成炔烃和烯烃,对焦化或烷基化的副反应不利((?平衡常数,,,、Υ,、,Τ∋−△1ΥΥΥΥΥΗ凡由范特荷甫方程知ϑ二二万分禺变量积分得ΗΤ5式ςΕ!凡ϑ一(Α一Η。粤Γ∀(?!Η一?(≅∋。一Η一(∀≅Ε一>尸Γ(ΒΒ≅Ε一‘Ε护#∀∃川Η关联式#∀∃的计算结果与实验结果对比如下汉中师范学院学
6、报#自然科学∃!∀年第卷表计算得!凡值与实验值比较?Ε、场凡ΘΘ文:&Θ!!(介温度#Δ∃凡计算值称实验值凡实验值:ΕΕΘ一(((≅∋口沉∃>Ε?一>Ε?!?Χ∋Ε一一二/,Ω里/厂一(((一(#Ρ∃?Ε!一?Χ>???>≅∋ΕΧΩ,Ε超、工汉(一ΧΕ(Χ#Ρ∃一∋一Ε(∀∀∀Ε(!ΧΩ,Ε(一‘ΕΘ(一一一Π6868孟Ω,ΕΠΥΥ一ΥΥΥ一」(Ε(Ε(!∀(ΧΥΥ#Ρ∃∀Β侧月ΥΗ的∋月侧((份翔(阅口刀:#Ξ∃附图!凡与5的关系图∀Ε#∃(?Χ(Β以>∀“≅”,“”实验值△计算值,,由表列数值可见平衡常
7、数随温度增加而增加在8&/Δ达到很大数值此时单程转化率约为ΒΕΜ((ΨΖ平衡常数与温度的关系如附图所示根据资料〔〕,反应气体在电弧放电管中平均停留时间Ε一’Β(在8&Δ时单程转化率ΒΕ,产品分离后甲烷循环使用,总转化率可达>∀ΜΨ?(ΜΧ,〔,∃有效能分析为了降低生产成本,需要从反应后的高温气体中回收能量(事实上高温热源的能量可(,“以划分为有效能和无效能两部分系统经过任意的过程达到与大气处于热力学平衡的,(,”二指定的最终状态由系统给予的最大有效功即有效能对于开放系统有效能1可用下式计算川(二ϑ1一一;一。1#1Ε∃5Ε#;∃。(。式中Η1一
8、1而5Ε#8一8∃表示该体系的无表示由体系状态到基准状态传递的总能量效能的大小(Β和8。分别表
