Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Топ:
История развития методов оптимизации: теорема Куна-Таккера, метод Лагранжа, роль выпуклости в оптимизации...
Процедура выполнения команд. Рабочий цикл процессора: Функционирование процессора в основном состоит из повторяющихся рабочих циклов, каждый из которых соответствует...
Интересное:
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Берегоукрепление оползневых склонов: На прибрежных склонах основной причиной развития оползневых процессов является подмыв водами рек естественных склонов...
Национальное богатство страны и его составляющие: для оценки элементов национального богатства используются...
Дисциплины:
2017-10-21 | 320 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
Обработка результатов исследований сводится к следующей последовательности:
1. Построить кинетические кривые изменения состава газа от времени при различных температурах для исследуемого сорта углерода и заданных условий эксперимента: % СО2= f(τ);
2. Рассчитать равновесное распределение С и О и построить графики зависимостей αС=f(Т), αО=f(Т).
Таблица 1- Результаты расчетов распределения углерода и кислорода
Соединения, элементы | Р, МПа | Температура, К | ||||||||
По углероду | Т,К | |||||||||
С | ||||||||||
СО | ||||||||||
СО2 | ||||||||||
По кислороду | ||||||||||
О | ||||||||||
О2 | ||||||||||
СО | ||||||||||
СО2 |
Содержание отчета.
1. Краткие сведения о теоретических основах процесса газификации углерода.
2. Методы исследования.
3. Таблицы экспериментальных и расчетных результатов.
4. Графики зависимостей lg КР=f(Т), DGºT=f(Т), DН=f(Т), DS=f(Т), αС=f(Т), αО=f(Т), определение αС и αО.
5. Выводы по работе.
Контрольные вопросы:
1. Каковы термодинамические и кинетические особенности изучаемой реакции?
2. Какой метод исследования применен в работе?
3. Какие факторы влияют на термодинамическое равновесие реакции газификации углерода?
4. Сколько переменных необходимо знать для описания равновесия в системе?
5. Что характеризует момент достижения равновесия?
6. Как влияют, температура, давление на равновесное распределение элементов?
|
7. Какие выводы можно сделать на основании работы?
8. Для каких металлургических процессов имеет важное значение реакция газификации углерода?
Лабораторная работа №2. Изучение кинетики прямого восстановления оксидов металлов.
Теоретическое введение.
Изучение скорости восстановления оксидов цветных металлов твердым углеродом при создании новых технологических процессов имеет важное значение, так как скорость этих реакций в значительной мере определяет производительность работы металлургических агрегатов.
Значительный опытный материал свидетельствует о том, что на кинетику восстановления оксидов влияют такие факторы как природа окисла, температура, состав газовой фазы, размер кусков восстановителя, его пористость. Тем не менее, в определенных и сопоставимых условиях эксперимента выявляются одни и те же закономерности, справедливые для различных оксидов. Процессы восстановления оксидов углеродом описываются следующими химическими реакциями:
1) С+О2=СО2 – сжигание углерода до СО2 кислородом, присутствующего в атмосфере;
2) С+СО2=2СО – взаимодействие СО2 с углеродом с получением СО (реакция Белла-Будуара);
3) МеО+СО=Ме+СО2 – восстановление оксида.
Суммарный процесс этих реакций дает общее уравнение взаимодействие оксидов до металлов с твердым углеродом:
С+СО2=2СО |
МеО+СО=Ме+СО2 |
МеО+С=Ме+СО |
Двуокись углерода, образующаяся в процессе регенерируется в СО по реакциям газификации углерода (стадия 2); что обеспечивает непрерывность восстановления оксидов металлов. В соответствии с автокаталитической теорией, предложенной член. корр. АН СССР Г. И. Чуфаровым, процесс восстановления оксидов оксидом углерода складывается из следующих стадий:
1. В начальный индукционный период взаимодействуют только активные частицы оксида с адсорбированными молекулами газа восстановителя на отдельных участках твердой поверхности, где и происходит зарождение новой фазы. Этот период носит название индукционного. Скорость реакции в этот период весьма мала, что связано с трудностями возникновения новой фазы. Возникающая граница раздела между оксидом и продуктом реакции служит реакционной зоной.
|
Рисунок 1- Кинетические кривые восстановления оксидов металлов
2. Последующее развитие центров реакции сопровождается увеличением реакционной зоны с самоускорением процесса. Так как поверхность раздела оксида и металла по отношению к реакции восстановления являются своеобразным катализатором, который возникает в результате реакции, то этот период называется автокаталитическим. Поэтому чем больше скорость реакции, тем с большей интенсивностью растет ее фронт. Когда все очаги новой фазы срастаются - скорость реакции максимальна.
3. В третьей фазе замедление процесса связано с уменьшением поверхности реакционной зоны при ее приближении к центру кусочка восстанавливаемого оксида. Характерные кинетические кривые восстановления оксидов металлов приведены на рисунке 1.
a1-b1, a2-b2, a3-b3 | -индукционный период при температуре соответственно: t1, t3, t3. |
b1-f1, b2-f2, b3-f3 | - период самоускорения реакции при: t1, t3, t3. |
f1-l1, f2-l2, f3-l3 | - Период замедления реакции соответственно при температурах: t1, t3, t3. |
В реакционной зоне на границе оксида и продукта восстановления осуществляется адсорбция газа-восстановителя, десорбция продукта его окисления (СО2): кристаллохимические превращения.
Восстановление согласно автокаталитической теории может быть представлено следующей схемой:
MeO+CO(газ)=MeOCO(газ)
MeO+CO(газ)=MeCO2(адс)
MeCO2(адс)=Me+CO2(газ)
Повышение температуры приводит к увеличению скорости любой из реакции, следовательно, и процесса восстановления в целом. Ускоряющие действие повышения температуры оцениваются соотношением:
V=A·e-E/RT (1)
где V- скорость процесса, Е- кажущаяся энергия активации, Т- температура,
А- постоянная величина, характерная для данной реакции.
При увеличении размеров кусков исходного оксида и плотности материала все большее значение приобретает диффузия газообразных реагентов внутри твердых веществ. Это важное обстоятельство учитывается в диффузно-кинетической схеме, развиваемой С.Т. Ростовцевым.
|
Газ - восстановитель проникает в реакционную зону через слой восстановленного вещества. Восстановление в массе твердого вещества в этом случае определяется закономерностями диффузии, осложненными химическими взаимодействиями. Подобного рода соображения приводят к сложному кинетическому уравнению:
V=f(√(K/D)·α), (2)
в котором определяющим фактором процесса восстановления является критерий:
√K/D (3)
где К- константа скорости химической реакции; D- коэффициент диффузии; α- размер кусков оксида.
Таким образом, этот критерий учитывает не только соотношение между скоростью реакции восстановления и скоростью диффузии, но и физические свойства оксида.
1. При малых значениях критерия (<0,1) скорость определяется скоростью химического превращения. Восстановитель беспрепятственно проникает в поры куска оксида а взаимодействие газа восстановителя с окислом носит объемный характер.
2. При больших значениях критерия (>10) определяющим является скорость диффузии, процесс восстановления при этом протекает в узкой реакционной зоне и носит фронтальный характер.
При промежуточных значениях критерия скорость процесса зависит как от скорости диффузии, так и от скорости химической реакции, которые при этом соизмеримы между собой.
Зависимость величины √K/D от температуры носит сложный характер; с повышением температуры константа скорости химической реакции возрастает более резко, чем коэффициент диффузии. Поэтому до определенного предела повышение температуры вызывает довольно сильное возрастание величины критерия, в дальнейшем повышении температуры сравнительно слабо ускоряет процесс восстановления.
При изучении процесса восстановления оксидов задача сводится к получению кинетических кривых, выражающих развитие процесса восстановления во времени.
Методика исследования
В работе изучается кинетика восстановления оксидов Fe2O3, Cu2O, PbO углеродом при нескольких температурах. Для проведения исследований собирается установка, изображенная на рисунке 2. Печь разогревается до 800-1000ºС и в дальнейшем температура поддерживается постоянной при помощи трансформатора (1). Температура печи (2) контролируется с помощью термопары (3), а регистрируется милливольтметром (4).
|
Полная лодочка (5) смеси оксида и углерода вводится в предварительно разогретую электропечь.
1- трансформатор РНО-250, 2- электропечь, 3- термопара, 4- милливольтметр, 5- лодочка, 6- кварцевая трубочка, 7- реометр
Рисунок 2- Схема установки
Кварцевая трубка (6) закрывается резиновой пробкой. Скорость выделяющегося газа из смеси измеряется реометром (7). Отсчеты показания реометра (V, л/час) делаются сразу же после введения лодочки в печь, через каждые 10-15 секунд, а затем каждые 30 секунд.
Повторяют опыты с данным оксидом при других температурах.
|
|
Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Индивидуальные очистные сооружения: К классу индивидуальных очистных сооружений относят сооружения, пропускная способность которых...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!