Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Термодинаміка відновлення оксидів твердим вуглецем




Прийнято називати відновлення газами непрямим, а твердим вуглецем – прямим відновленням. Безпосередня взаємодія вуглецю з твердими оксидами обмежена у зв'язку з недосконалістю контакту між кусковими матеріалами. Пряме відновлення протікає переважно з участю газової фази і складається з двох стадій

+
1. МеО + СО = Ме + СО2

2. СО2 + С = 2СО = 172,13 кДж

3. МеО + С = Ме + СО

За рахунок реакції газифікації вуглецю вуглекислим газом з газової фази безперервно відводитися СО2, що утворюється при відновленні, і регенерується СО, яка знову взаємодіє з твердим оксидом. Але можна одержати і іншу реакцію прямого відновлення

+
1. 2×(МеО + СО = Ме + СО2)

2. СО2 + С = 2СО = 172,13 кДж

4. 2МеО + С = 2Ме + СО2

У області температур більше 950–1000°С вуглекислий газ СО2 у присутності вуглецю переходить в СО і ця реакція втрачає значення. Пряме відновлення вимагає витрат теплоти. Число ступенів свободи рівне С= 3 + 2 – 4 = 1. Для однозначної характеристики рівноваги необхідно задатися або температурою, або тиском.

Рис. 4.3 - Поєднання графіків зміни рівноважного складу газу з температурою для екзотермічної реакції непрямого відновлення і реакції СО2 + С = 2СО (б) при Р=const

При постійному тиску система з чистих МеО, Ме і С в присутності СО і СО2 може бути в рівновазі лише при фіксованій температурі і певному складі газової фази.

На рис. 4.3 суміщені графіки рівноважних складів газової фази для реакції непрямого відновлення оксидів металів газом СО і реакції газифікації вуглецю вуглекислим газом. Перетин кривих в крапці а показує, що при постійному тиску одночасна рівновага реакцій (1) і (2) можливо при єдиній температурі Т р.. Розглянемо дану систему при інших температурах. Якщо Т 1 > Т р, система в цілому не може досягти рівноваги. Припустимо, реакція непрямого відновлення знаходиться в рівновазі, чому відповідає склад газу, визначуваний крапкою б. Але дана газова суміш не нейтральна по відношенню до вуглецю: крапка б розташована нижче за крапку в, тобто газ в крапці б міститьнадлишок СО2 в порівнянні з рівноважною концентрацією для реакції (2). Остання піде у бік окислення вуглецю або у напрямі зниження % СО2 і збільшення % СО в газовій фазі, загальній для обох перетворень (1) і (2). Це порушує рівновагу реакції (1), яка зміщується управо. Сумарним результатом буде односторонній перебіг реакції прямого відновлення.

В цілому процес прямого відновлення можна представити наступною схемою

Якщо Т1 < Тр., то в цій області виберемо склад газової фази, який відповідає точці г або рівновазі перетворення (1). Проте такий стан нестійкий, оксид вуглецю буде дисоціювати, концентрація СО знизиться, а концентрація СО2 зросте. В результаті реакція (1) йтиме в протилежному напрямі і сумарне перетворення, представлене схемою

відповідатиме односторонньому окисленню металу.

Розглянемо особливості прямого відновлення для оксидів різної хімічної міцності (рис. 4.4).

Рис. 4.4 - Поєднання графіків зміни рівноважного складу газу з температурою для реакції непрямого відновлення різних оксидів і реакції СО2 + С = 2СО (б) при Р=const

Для легковідновних оксидів криві рівноваги реакції взаємодії СО2 з вуглецем )і непрямого відновлення (наприклад для NiO) або зовсім не перетинаються, або перетинаються в області низьких температур. Отже, для них принципово можливе пряме відновлення при будь-яких низьких (з погляду металургії) температурах. За таких умов рівноважна газова фаза реакції (4) містить ~ 100% СО2, і сумарне перетворення описується рівнянням 2МеО + С ® 2Ме + СО2. Для оксидів другої групи рівновага спостерігається при помірних температурах. Зокрема, при Р = 1 ат для FeO Тр» 700°С. У важковідновних оксидів криві непрямого відновлення (наприклад МnО) перетинаються з лінією б в області високих температур (більше 1000°С), при яких рівноважний склад газу реакції взаємодії СО2 з вуглецем близький до 100% СО. Сумарне перетворення тут описується рівнянням МеО + С ® Ме + СО.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-20; Просмотров: 494; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.01 сек.