O’zbekiston respublikasi oliy va o’rta maxsus ta‘lim vazirligi qarshi davlat universiteti «kasbiy ta’lim»

3. Kimyoviy о‘zgarishlarda issiqlik massa almashinuv

Issiqlik massa almashinuv jarayonlar kimyoviy reaksiyalarsiz va kimyoviy reaksiyalar bilan aralashmalarning hajmda (gomogen reaksiya) hamda fazalararo chegarada (yeterogen reaksiya) bо‘lish mumkin. Turli xil dvigatellarning yonish kameralarda, kimyoviy ishlab chiqarishda sodir bо‘ladigan jarayonlar kimyoviy reaksiyalardagi issiqlik massa almashinuv jarayonlar bо‘lib hisoblanadi.

Kimyoviy reaksiyalar turli xil shaklda (issiqlik, elektr va mexanik energi, yorug‘lik) energiyani yutish yoki chiqarish bilan sodir bо‘lish mumkin. Issiqlikni yutish bilan sodir bо‘ladigan reaksiyalarga – endotermik, chiqarish bilan bо‘lganlarga sea – ekzotermik reaksiyalar deb ataladi.
Kimyoviy reaksiyalarda issiqlik massa almashinuv jarayonlarni о‘rganishda quriladigan reaksiyalar о‘zgarmas bosim va temperaturada о‘tadi, faqat kengayi (jarayonning yо‘liga bog‘liq bо‘lmagan) ishi bajariladi deb faraz qilinadi.
Kimyoviy о‘zgarishlar bо‘lgan masalalarda boshlang‘ich moddalardan i komponentani hosil qilish issiqlikni hisobga oluvchi entalpiyadan foydalaniladi. i – komponentaning tо‘la solishtirma entalpiyasi:
(12)
bu yerda i-komponentani hosil qilish solishtirma issiqlik miqdori, J/kg.
Termodinamikada reaksiya issiqligi musbat olinadi agarda reaksiya endotermik bо‘lsa, ekzotermik reaksiyalar uchun esa – manfiy deb olinadi. Agarda i-komponentni hosil qilishda issiqlik energiya keltirsa, u holda agarda chiqarilsa bо‘ladi.
Gazlar aralashmasi uchun h entalpiyasi additivlik qoidasi bilan aniqlanadi:
(12a)
bu yerda S_i – i-komponentaning nisbiy massali konsentratsisi; _i – aralashmadagi i – komponentaning zichligi, kg/m³.
Issiqlik massa almashinuv faqat kimyoviy о‘zgarishlar issiqligiga emas, balki reaksiya о‘tish tezligiga ham bog‘liq. Kimyoviy reaksiya tezligi deb vaqt birligi ichida reaksiyaga kiruvchi molekulalar miqdoriga aytiladi. Kimyoviy reaksiya tezligi, issiqlikni chiqarish (yutish) tezligi ham reagentlar konsentratsiyasiga va temperaturaga bog‘liq.
Kimyoviy reaksiyalarda issiqlik massa almashinuv jarayonlari uchun energiya va massa differensial tenglamalarni quyidagi kо‘rinishda ifodalash mumkin:
(13)
(13a)
bu yerda reaksiyaning hajmiy tezligi, kg/(m³ s). kattalik kimyoviy о‘zgarishlar hisobidan i-komponentaning massa manbani hisobga oladi, vaqt va koordinatalar funksiyasidir. kattalikni aniqlash uchun (13)-energiya va (13a)-massa tenglamalarga uzluksizlik va kimyoviy kinetika tenglamalarni qо‘yish zarur. Tabiiyki, bunday masalani yechish qiyin.
Ushbu masalaning soddalashtirilgan xususiy hollar mavjud:
1. Agarda bо‘lsa, u holda (13) tenglamaning ung tomonidagi ikkinchi had nolga teng bо‘ladi. (13) tenglama bir jinsli muhit uchun ichki energiya manbasiz energiya tenglama kabi kо‘rinishga ega bо‘lib, temperatura aralashmaning h tо‘la entalpiyasi bilan aralashtiriladi. sharti taxminan kо‘pchilik gaz aralashmalari uchun bajariladi.
2. Agarda komponentalarning issiqlik sig‘imi teng, ya’ni bо‘lsa, u holda bо‘ladi. Bu holda molekulyar energiya oqimi Fik qonuni tо‘la tavsiflanadi. Ushbu sharti kо‘pchilik suyuqlik va eritmali aralashmalar uchun bajariladi.
Amaliy masalalarda kimyoviy reaksiyalardagi issiqlik berishi о‘zgartirilgan Nyuton-Rixman qonuni bilan ifodalanadi:
(14)
bu yerda h₀, h_d - fazalar chegara sirtidan uzoqlikda va uning о‘zida gaz aralashmasining entalpiyalar; s_r – gaz aralashmasining solishtirma izobarik issiqlik sig‘imi; h₀, h_d entalpiyalar (12) va (12a) formulalar bо‘yicha aniqlanadi. Nyuton-Rixman qonunida temperaturalarni entalpiyalarga almashtirish bilan kimyoviy reaksiyaning issiqlik berish jarayoniga asosiy ta’sirni hisobga olish imkoniyatini beradi.