Задача для самостоятельного решения: ТЭ на расплавленном карбонате работает с расходом 453,6 кг/час топливного газа. Окислитель состоит из смеси 70 % воздуха / 30 % CO2. Использование топлива и окислителя составляет 75 % и 50 %, соответственно. Состав

24 октября 2025
Теплоэнергетика и теплотехника

Условие:

Задача для самостоятельного решения:
ТЭ на расплавленном карбонате работает с расходом 453,6 кг/час топливного газа. Окислитель состоит из смеси 70 \% воздуха / 30 \% CO₂. Использование топлива и окислителя составляет 75 \% и 50 \%, соответственно. Состав топлива и окислителя перечислен ниже.

Вопросы: (а) Сколько водорода будет потребляться в моль/час? (б) Сколько кислорода потребляется в моль/час? (с) Сколько требуется воздуха и какова скорость потока окислителя в моль/час? (d) Сколько CO₂ переносится от катода к аноду? (е) Каков состав потоков отработавшего (отработанного) топлива и окислителя в молях \%?

топливо	мол.
проценты

\\
\hline CH₄ & 0,0 \\
\hline CO & 0,0 \\
\hline CO₂ & 20,0 \\
\hline H₂ & 80,0 \\
\hline H₂ O & 0,0 \\
\hline всего & 100,0 \\
\hline

молекулярный
вес

& 4,73 \\
\hline
\end{tabular}

	воздух

воздух +
CO₂

\\
\hline &

мол.
проценты,
влажный

мол.
проценты,
влажный

\\
\hline CO₂ & 0,0 & 30,0 \\
\hline H₂ O & 1,0 & 0,7 \\
\hline ~N₂ & 78,21 & 54,75 \\
\hline O₂ & 20,79 & 14,55 \\
\hline всего & 100,0 & 100,0 \\
\hline

молекулярный
вес

& 13,03 & 15,11 \\
\hline
\end{tabular}

Общая реакция топливного элемента:
H{2 \text {, анод }}+1 / 2 O{2 \text {, катоде }}+CO{2 \text {, катод }} → H{2} O{\text {, анод }}+CO{2 \text {, анод }}

Решение:

Для решения задачи, давайте разберем каждый из пунктов по порядку.

Дано:

- Расход топливного газа: \( 453.6 \, \text{кг/час} \)
- Состав топлива: \( 80\% \, \mathrm{H}2 \) и \( 20\% \, \mathrm{CO}2 \)
- Состав окислителя: \( 70\% \, \text{воздуха} \) и \( 30\% \, \mathrm{CO}_2 \)
- Использование топлива: \( 75\% \)
- Использование окислителя: \( 50\% \)

(а) Сколько водорода будет потребляться в моль/час?

1. Находим массу водорода в топливе:
\[
\text{Масса водорода} = 453.6 \, \text{кг/час} \times 0.80 = 362.88 \, \text{кг/час}
\]

2. Находим количество молей водорода:
\[
\text{Молярная масса } \mathrm{H}_2 = 2 \, \text{г/моль}
\]
\[
\text{Количество молей водорода} = \frac{362880 \, \text{г}}{2 \, \text{г/моль}} = 181440 \, \text{моль/час}
\]

(б) Сколько кислорода потре...

1. \[ \mathrm{H}2 \rightarrow \mathrm{H}_2\mathrm{O} \] На 1 моль водорода требуется 0.5 моль кислорода. 2. \[ \text{Количество молей кислорода} = 181440 \, \text{моль/час} \times 0.5 = 90720 \, \text{моль/час} \] 1. \[ \text{Состав воздуха: } 20.79\% \, \mathrm{O}_2 \] \[ \text{Количество воздуха} = \frac{90720 \, \text{моль/час}}{0.2079} \approx 436000 \, \text{моль/час} \] 2. \[ \text{Скорость потока окислителя} = \text{Количество воздуха} + \text{Количество } \mathrm{CO}_2 \] \[ \text{Количество } \mathrm{CO}_2 = 436000 \, \text{моль/час} \times 0.3 = 130800 \, \text{моль/час} \] \[ \text{Скорость потока окислителя} = 436000 + 130800 = 566800 \, \text{моль/час} \] 1. На 1 моль \( \mathrm{H}2 \). 2. \[ \text{Количество } \mathrm{CO}_2 = 181440 \, \text{моль/час} \] 1. - Водород: \( 0 \, \text{моль} \) - \( \mathrm{CO}_2 \): \( 181440 \, \text{моль} \) Состав: \( 0\% \, \mathrm{H}2 \) 2. - Воздух: \( 436000 \, \text{моль} \) - \( \mathrm{CO}_2 \): \( 130800 \, \text{моль} \) Состав: \[ \text{Процент воздуха} = \frac{436000}{566800} \times 100 \approx 76.8\% \] \[ \text{Процент } \mathrm{CO}_2 = \frac{130800}{566800} \times 100 \approx 23.2\% \] Таким образом, мы получили все необходимые ответы на вопросы.