ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3, 16

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 19Следующая ⇒

Модель массопередачи кислорода из объема газового потока к реакционной поверхности MeS . Особенности кинетики окисления при образовании твердой пленки оксидов металла на поверхности MeS .

Модель массопередачи кислорода

Существуют 2 области:

- ядро (существует основной объем газа)

- пограничный сдой поверхности раздела фаз

Перенос компонентов в основном объеме при интенсивном перемешивании обычно происходит за счет конвективной диффузии (движение фаз за счет перемешивания), при этом роль молекулярной диффузии не столь велика (перенос вещества молекулами). По мере приближения к поверхности раздела фаз конвективные потоки затухают и возрастает значение молекулярной диффузии.

В непосредственной близости от границы раздела фаз существует пограничный слой, через который массопередача осуществляется только молекулярной диффузией (образования пограничного слоя объясняется наличием вязкости потока и силами притяжения между молекулами твердых компонентов и окр среды).

Особенности кинетики

По мере протекания окислительного процесса на реакционный поверхности образуется оксидная фаза MeO и появляется дополнительные стадии:

-массопередача кислорода к границе раздела MeO-MeS через слой MeO и десорбция SO₂ из данной реакционной зоны к наружной поверхности (внутреняя диффузия)

Характерными признаками гетерогенных процессов, лимитирующих внутренней диффузией является

1. Скорость процесса не зависит от скорости движения газа

2. Скорость зависит от пористости MeO

3. Диффузионное сопротивление растет со временем, т.к толщина слоя MeO по мере протекания реакции окисления увеличивается.

Нестационарная диффузия. Вид уравнения для оценки диффузионного потока и коэффициента массоотдачи. Основные положения адсорбционно-диссоционной теории Маргулиса для процесса окисления сульфидов.

Вид уравнения для оценки диффузионного потока и коэффициента массоотдачи

Коэффициент массоотдачи показывает какая масса в-ва переходит от поверхности раздела фаз в ядро фазы через единицу поверхности в единицу времени, при движущейся силе равной 1.

Основные положение теории Маргулиса

-В результате Хемсорбции кислорода на поверхности сульфида образуется переоксидный комплекс который разлагается с выделением атомарного кислорода. Последний вступает во взаимодействие с соединениями молекулами сульфида, то приводит к образованию местаблильных сорбционных компонентов сульфатного типа с возрастающей насыщенного кислорода по схеме MeSO-MeSO₂-MeSO₃- MeSO₄

- Устойчивые оксисльфидные комплексы образуются в результате сорбции сульфат, а менее устойчивые диссоциируют с выделением SO окисляющегося до SO₂

Классификация восстановительных процессов. Особенности термодинамики восстановления оксидов газами. Сопоставимый анализ эффективности восстановления различных оксидов цветных металлов и железа.

_{Классификация восстановительных процессов.}

- Восстановление окисдов нелетучих металлов

- Восстановление оксидов летучих металлов

- восстановление оксидов из расплавов

Восстановление по реакции MeO+C=Me+CO₂ называется косвенной

Восстановление по реакции MeO+C=MeO+CO прямым

Особенности термодинамики

Если СО в газовой смеси выше равновесного значения, то будет происходить восстановление оксида

А при концентрации СО ниже равновесного наоборот будет происходить окисление металла с образованием оксида.

Восстановление оксидов металлов газами

Рассмотрим вначале восстановление чистых оксидов на примере реакции косвенного восстановления углеродом

Допустим, что в системе отсутствует твердый углерод, т.е. реакция Белла—Будуара 2СО = С_тв + С0₂ заторможена. Примем также, что конденсированные фазы чистые (я_Мс = 1; я_Мс0 = 1). Тогда

где %С0₂, %СО — процентные содержания (массовые) С0₂, СО в газовой атмосфере, состоящей только из этих газов. Число компонентов 4-1 = 3, число фаз 3. Поэтому С=3 + 2- 3 = 2. Следовательно, равновесие в системе можно изменять изменением двух параметров: р и Т. Но, как видно из (2.33), общее давление р не влияет на равновесие, т.е. содержание СО и С0₂, поскольку реакция протекает без изменения числа молей или объема газа. Уравнение (2.34) также не содержит р. Как принято в таких случаях, правило фаз можно применять в виде С = К + 1 - Ф. Тогда для реакции (2.33) С= 1, т.е. К_2.33, или равновесный состав газовой смеси, зависит только от Т. Характер этой зависимости, согласно уравнению Вант-Гоффа (2.7), определяется знаком теплового эффекта реакции (2.33). Ее можно представить в виде разности двух реакций:

Энтальпия реакции (2.35) (реакции догорания) отрицательна, поэтому знак ∆Н_2.33 зависит от знака и абсолютной величины энтальпии реакции окисления металла (2.36), так как ∆Н_2.34 = ∆Н_2.35 - ∆Н_2.36. Если в итоге ∆Н_2.33 < 0, то по принципу Ле-Шателье повышение температуры смещает реакцию (2.33) влево, если ∆Н_2.33 > О, то, наоборот, с повышением U быстрее идет прямая реакция.

Уравнение изотермы реакции (2.33) имеет вид

где (%С0₂/%С0)' — отношение фактического содержания С0₂ и СО в газовой фазе. Чем более отрицательна эта разность, тем быстрее идет восстановление. На рис. 2.9, который иллюстрирует зависимость равновесного содержания СО от Т, рассчитываемую по уравнениям (2.34) и изобары реакции (см. (2.8)), область 1 — область устойчивого существования металла ((%СО)' > (%СО)), а область 2 — оксида ((%СО)' < (%СО)).

Рис. 2.9

Поскольку

то К_2.33тем меньше, чем больше стандартное сродство металла к кислороду (-∆G^_2.36 » 0). Поэтому у трудновосстановимых оксидов (МпО, ТЮ₂, А1₂0₃, СаО и др.) и линия равновесия расположена высоко. Они устойчивы практически при любых температурах и составах газа. Восстановление газами, в том числе и СО, для них малоэффективно. У легковосстановимых оксидов (Cu₂0, PbO, Fe₂0₃ и др.) кривые равновесия расположены низко (ЛГ₂₃₃ » 1). Для оксидов FeO, Fe₃0₄, W0₃, Мп₃0₄ и др. К_2.33 близко к единице, поэтому содержание СО и С0₂ сопоставимы, т.е. легко создать как восстановительную, так и окислительную атмосферу. Восстановление газами, в том числе карботермическое, широко применяется для многих оксидов второго и третьего типов, например, в металлургии железа, меди, никеля и др.

Реакции восстановления металлов в реальных условиях протекают, когда оксид и металл образуют взаимные растворы или растворяются в других веществах. Поэтому

и равновесный состав (К_2.33= const) зависит не только от Т, но и от состава растворов, т.е. от а_Ме и я_МеС). Следовательно, возрастает число степеней свободы системы. Растворение металла, т.е. уменьшение а_Мс, вызывает убыль %СО, необходимого для восстановления — ускоряется прямая реакция, а уменьшение яМе0, наоборот, приводит к возрастанию %СО.

Сопоставимый анализ эффективности восстановления различных оксидов цветных металлов и железа. (Я НЕ ЗНАЮ КАК ОТВЕТИТЬ НА ЭТОТ ВОПРОС , С……КА!!!!)

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 428; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!