Теоретическое введение
Н.Н.Зобнин, В.М. Шевко, А.С. Колесников,
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО КУРСУ «Теория металлургических процессов» Для студентов специальности 5В070900(050709) - Металлургия
Шымкент 2012 УДК 669
Составители: Зобнин Н.Н., Шевко В.М., Колесников А.С., Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория металлургических процессов». - Шымкент: ЮКГУ им. М.Ауэзова, 2012.- 112 с.
Методические указания составлены в соответствии с требованиями учебного плана и программой дисциплины «Теория металлургических процессов» и включают все необходимые сведения по выполнению тем лабораторных работ курса.
В методических указаниях изложен порядок выполнения лабораторных работ по курсу «Теория металлургических процессов», описание использованных экспериментальных установок и последовательность обработки экспериментальных данных. Изложены краткие теоретические основы изучаемых процессов. Работы представлены по разделам дисциплины - теория пирометаллургических, электрометаллургических и гидрометаллургических процессов. Методические указания предназначены для студентов специальности 5В070900 (050709) - Металлургия.
Рецензенты: Жукенов М.Д. – технический директор, (инженер-металлург) ТОО «Нуран» Каратаева Г.Е. – к.т.н., доцент каф. «ПТЭиМ», ЮКГУ им.М.Ауэзова
Рассмотрено и рекомендовано к печати заседанием кафедры _________ (протокол № __ от «___» _______ 201___ г.) и
методической комиссией факультета ________________________________ (протокол № ___от «__» _____201__ г. )
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом ЮКГУ им. М.Ауезова, протокол № ___ от «____» ______________ 201_ г.
© Южно-Казахстанский государственный университет им.М.Ауэзова, 201_г.
Ответственный за выпуск: Зобнин Н.Н.
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа №1. Исследование влияния температуры, давления, соотношения компонентов на равновесие газификации твердого углерода углекислым газом.
Теоретическое введение.
Газификация твердого углерода протекает в ряде металлургических процессов (доменном, прямого получения железа и др.). Взаимодействие твердого углерода с диоксидом СО2 осуществляется по обратимой реакции: С+СО2↔2СО; DНº>0, (1)
Константа равновесия реакции выражается соотношением:
КР=p2СО/ pСО2·αС, (2)
где: p2СО/ pСО2-равновесные давления соответствующих газов; αС- активность углерода. Константу равновесия изучаемой реакции можно рассчитать, зная состав равновесной газовой смеси СО-СО2:
КР=[100-(% СО2)]2·pоб/100·(% СО2), (3)
где: pоб- общее давление в системе.
1-1,013·105Па; 2- 0,304·105Па Рисунок 1-Равновесные содержания монооксида углерода для реакции С+СО2↔2СО в зависимости от температуры и давления
Реакция газификации углерода протекает с поглощением тепла и увеличением числа молей газообразных продуктов. В соответствии с принципом смещения равновесия повышение температуры и уменьшение давления в системе способствуют обогащению газовой фазы монооксидом СО (рисунок 1). Величина теплового эффекта реакции и состав газовой фазы изменяются в зависимости от разновидностей углерода, имеющих различную активность αС. Стабильной модификацией углерода является графит, для которого активность углерода принята равной единице. Так называемый аморфный углерод (кокс, деревянный кокс, сажа), представляющий собой высокодисперсный графит, обеспечивает получение газовой фазы, более богатой монооксидом СО. Повышенная активность аморфного углерода (αС>1) обусловлена добавочной величиной его поверхностной энергии. В соответствии с правилом фаз равновесие системы, состоящей из двух фаз (при двух компонентах), определяется двумя независимыми переменными С=К+2-Ф=2. Независимые переменные (температура и давление) однозначно определяют зависимую величину- равновесную концентрацию монооксида углерода (см. рисунок 1) в газовой фазе, т.е. % СО=f(T,p). Температурная зависимость константы равновесия реакции газификации углерода в сравнительно небольшом температурном интервале выражается уравнением:
lg КР=-А/Т+В. (4)
По константам равновесия при различных температурах можно определить стандартное изменение энергии Гиббса DGºT:
DGºT=-RT ln КР=DНº-TDSº, (5)
Взаимодействие углерода с диоксидом СО2 слагается из нескольких стадий и в зависимости от лимитирующего звена может протекать в кинетическом, диффузионном или диффузионно-кинетическом режимах. Кинетический режим взаимодействия характерен для сравнительно низких температур, высоких скоростей газового потока и малых размеров частиц углерода. При этом скорость процесса можно выразить простейшим кинетическим уравнением:
v=k·pnСО2 (6)
где k=k0exp(-E/RT)- константа скорости реакции; Е- кажущаяся энергия активации, Дж/моль; pСО2-парциальное давление диоксида углерода; n- порядок реакций. Порядок этой реакции в зависимости от условий изменяется от 0 до 1. Диффузионный режим взаимодействия характерен для высоких температур, малых скоростей газового потока и значительных размеров частиц углерода. В диффузионно-кинетическом режиме взаимодействия скорость химической реакции сопоставима со скоростью массопереноса. Скорость реакции газификации углерода при высоких температурах зависит как от поверхностного, так и от внутреннего взаимодействия, т.е. от взаимодействия СО2 в объеме пор, трещин и других внутренних дефектов кусочков углерода. Установлено активирующие действие оксидов и солей некоторых металлов на реакцию газификации углерода. Оксиды и карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, а также оксиды железа, никеля и марганца ускоряют процесс газификации углерода.
Задачи исследования. Изучить термодинамические характеристики реакции газификации углерода: установить температурные зависимости константы равновесия lg КР=f(1/Т), изменения энергии Гиббса DGº=φ(Т) а также равновесного распределения кислорода и углерода.
Популярное: Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Почему человек чувствует себя несчастным?: Для начала определим, что такое несчастье. Несчастьем мы будем считать психологическое состояние... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (368)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |