Page 288 - Advanced thermodynamics for engineers

276 CHAPTER 12 CHEMICAL EQUILIBRIUM AND DISSOCIATION

the end of combustion allowing for dissociation of the carbon dioxide and water, but neglecting any
formation of NO.

Solution:
Stoichiometric equation neglecting dissociation

C 8 H 18 þ 12:5ðO 2 þ 3:76N 2 Þ / 8CO 2 þ 9H 2 O þ 47N 2 (12.107)
|fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl} |fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl}
n R ¼60:5 n P ¼64
Weak mixture neglecting dissociation

C 8 H 18 þ 13:889ðO 2 þ 3:76N 2 Þ / 8CO 2 þ 9H 2 O þ 1:3890O 2 þ 52:222N 2 (12.108)
|fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl} |fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl}
n R ¼67:111 n P ¼70:611
Dissociation Eqns (12.25) and (12.34)

a 1
a 1 CO 2 5 a 1 CO þ O 2
2
a 2
a 2 H 2 O 5 a 2 H 2 þ
2
Weak mixture including dissociation is

C 8 H 18 þ 13:889ðO 2 þ 3:76N 2 Þ
|fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl}
n R ¼67:111
8 9

/ 8ð1 a 1 ÞCO 2 þ 9ð1 a 2 ÞH 2 O þ 8a 1 CO þ 9a 2 H 2 þ 1:389 þ a 1 þ a 2 O 2 þ 52:222N 2
2 2
|fflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl{zfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflfflffl}
n P ¼70:611þ4a 1 þ4:5a 2
(12.109)
The temperature and pressure calculated for combustion without dissociation are 2874 K
and 60.481 bar respectively. Dissociation will lower the final temperature; assume that
T P ¼ 2800 K.
The equilibrium constants from Table 12.3 at 2800 K are

p rCO 2
Kp r1 ¼ 1=2 ¼ 6:58152
p rCO p
rO 2
(12.110)
p rCO p rH 2 O
Kp r2 ¼ ¼ 6:8295
p
p rCO 2 rH 2