Тепловой баланс химического процесса

Приход				Расход
№	Вещество	Теплота Мвт	%		№	Вещество	Теплота Мвт	%
1	Метан	43	4		1	Углерод	96	8.5
					2	Водород	236	21
					3	Метан	306	27
						Потери
					4	Метан	4.3	0.4
					5	Водород	26	2.3
					6	Углерод	2	0.2
					7	Хим.эквив.	354	31
					8	Теплов.пот.	102	9
2	Теплоноситель	1083	96
	Итого:	1126	100			Итого:	1126	100

14. Определим массовый расход теплоносителя:

Qтн = Gтн ∙ r_s

Gтн = Qтн / r_s = 1083 Мвт /1000Кдж/кг

1083 кг / с = 3900 тонн в час.

21 . Скорректируем таблицу материального баланса:

Таблица7.2.4

Материальный баланс химического процесса

Приход						Расход
№	Вещество	G т/час	V м3/с	%	№		Вещество	G т/час	V м3/с	%
1	Метан	257.14	100	6	1		Углерод	102.02		2
					2		Водород	31.2	561.2	1
					3		Метан	92.6	208.9	2
							Потери
					4		Метан	25.7	10	1
					5		Водород	3.5	63	0.1
					6		Углерод	2.08		0.1
2	Теплоноситель Газ	3900		94	7		Теплоноситель Жидкость	3900		94
	Итого:	257.14		100			Итого:	257.1		100

Задача 7.2.4. При бомбардировке альфа-частицами ядер изотопа бора-11 образуются нейтроны. Написать уравнение соответствующей ядерной реакции. Какой изотоп образуется в результате этой реакции.

Решение: Зарядовые Z и массовые A числа альфа-частицы, изотопа бора-11 и нейтрона соответственно равны: Z_α = 2; Z_B = 5; Z_n = 0; A_α = 4; A_B = 11; A_n = 1.

С учетом обозначения химических элементов можно написать:

₅B¹¹ + ₂He⁴ = X + ₀n¹,

где X - изотоп неизвестного элемента.

Так как суммарные зарядовые и массовые числа в отдельности до и после ядерной реакции остаются неизменными, то согласно законам сохранения электрического заряда и барионного числа для неизвестного изотопа X после несложного подсчета получаем Z = 7 и A = 14.

Таким образом, ядерная реакция имеет вид:

₅B¹¹ + ₂He⁴ = ₇N¹⁴ + ₀n¹.

В результате этой ядерной реакции образуется изотоп азот – 14.

Задача 7.2.5. За какое время распадется 20% атомов радиоактивного изотопа, если его период полураспада равен 4 суткам?

Решение: Из закона радиоактивного распада: N = N₀ ∙ e^-λt определим время распада t; для чего сделаем следующие простые преобразования (логарифмирование):

N/N₀ = e^-λt →N₀/N = e^λt →ln ( N₀/N ) = λ∙t → t =( ln ( N₀/N )) / λ.

С учетом связи между постоянной распада λ и периодом полураспада Т:

λ = ln 2 / T, находим t =T ∙ ln ( N₀/N ) / ln 2 .

По условию за время t распадается 20% от начального числа атомов. Следовательно, N =0.8 ∙ N₀ и N₀ / N = 1.25.

Подставляя численные значения в формулу для t , получим:

t = 4 ∙ ln 1.25 / ln 2 = 4 ∙ 0.223 / 0.693 = 1.29 суток = 30 час 55 мин.

Задача 7.2.6. Какова кинетическая энергия α^_частиц, вылетающих в результате распада ₈₆Rn²²² →₈₄Po²¹⁸ +₂ He⁴

Решение: В результате α^_распада ядер более тяжелые обычно покоятся, а α^_частицы вылетают из ядер и обладают значительной кинетической энергией.

В процессах распада полная кинетическая энергия частиц сохраняется.

Е₁₀ = Е₂₀ + Е_α0 + Е_кин

Поэтому кинетическая энергия α^_частиц равна:

Е_кинα = Е₁₀ – Е₂₀ - Е_α0

или

Е_кин = (М₁₀ –М₂₀ - м_α0) ∙ с²,

где Е₁₀ = М₁₀ ∙ с^{2 _} энергия покоя распадающегося ядра,

М₁₀ ^_ масса покоя распадающегося ядра,

Е₂₀ = М₂₀ ∙ с^{2 _} энергия покоя получившегося ядра,

М₂₀ ^_ масса покоя получившегося ядра,

Е_α0 ^_ энергия покоя α^_частицы,

м_α0 ^_ масса покоя α^_частицы.

Представляя массы покоя частиц в килограммах и умножая на квадрат скорости света, получим кинетическую энергию α^_частиц в джоулях.

Но в таблицах обычно указываются массы элементов в атомных единицах массы, а энергия в ядерной физике определяется в мегаэлектрон-вольтах (МэВ = 10⁶ эВ = 1,6^.10^-13 Дж).

В этих единицах с² = 9^.10¹⁶ м²/с² = 931 МэВ/а.е.м.

Тогда кинетическая энергия α^_частиц, выражаемая в мегаэлектронвольтах, равна

Е_кин = (М₁₀ – М₂₀ - м_α0) ^. 931.