化学计量学实验——TCR中的过程优化

甲烷重整的两个吸热反应是

CH₄＋H₂O⇒CO＋3H₂（9-37）和

CH₄＋CO₂⇒2CO＋2H₂（9-38）TCR的图解如图9-13所示。图中，1、2、3和4是入口反应流，5是反应产物流，6、7、8、9和10是活塞发动机的废气流，放出它的显热来驱动吸热反应的进行。

大气压下的平衡常数K仅仅决定于温度并且和标准吉布斯自由能ΔG⁰_T的变化相关：

对于第一步反应，式（9-37）为

ΔG⁰_T＝188748＋22875·T_i-6961·T_i·lnT_i＋80711·10^-3·（T²_i）/2-22874·10^-6·（T³_i）/6（9-40）

对于第二步反应，式（9-38）为

ΔG⁰_T＝230323＋1937·T_i-7175·T_i·lnT_i＋10681·10^-3·（T³_i）/2-3606·10^-6·（T³_i）/6（9-41）

直到这两个反应平衡时甲烷重整率为

两个反应的反应物的摩尔分数分别是(www.xing528.com)

最终反应物量与入口反应物量的比值（化学分子变更系数）是

β＝1＋m（9-45）

入口反应物的温度是环境温度T₁＝T₂＝T₀。经过加热它们的温度上升。假定当温度T₃＝T₄＝T_AR、m＝0001时，反应开始。在第一个反应中，T_AR＝415K，然而在第二个反应中T_AR＝515K。

加热量为

Q_H1＝H2^-H1＝H₇-H₉，QH2＝H4-H2＝H₈-H₁₀

在R点的反应吸收热量为

Q_in＝H₆-H₇-H₈＝Q_R＋（H₅-H₃-H₄）

图9-13 热化学反应（TCR）图解