Виды полуэмпирических уравнений кинетики. Уравнение Ерофеева-Колмогорова.

Стр 1 из 19Следующая ⇒

ОГЛАВЛЕНИЕ

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1, 13, 14, 27. 2

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2, 15. 8

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3, 16. 12

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4, 17. 17

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5 (1), 18. 20

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5 (2), 19. 27

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6, 20. 30

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7, 21. 32

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8, 22. 44

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9, 23. 45

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10, 24. 52

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11, 25. 57

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12, 26. 63

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15, 2. 66

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21, 7. 71

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24, 10. 74

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 26, 12. 88

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1, 13, 14, 27

Классификация пирометаллургических процессов. Характеристика физико-химических процессов в типовой пирометаллургической схеме производства меди.

Эти процессы по назначению, характеру протекающих в них физико-химических изменений и конечным результатам можно разделить на три группы: обжиг, плавка и дистилляция.

Обжиг

Это в основном твердофазные процессы, проводимые при температуре 500–1200 °С с целью изменения фазового состава перерабатываемого сырья. В металлургии применяются следующие виды обжига:

Кальцинирующий обжиг (прокалка) проводится с целью разложения неустойчивых соединений под воздействием температур. Примером этого процесса может служить кальцинация магнезита

Восстановительный обжиг проводят с целью частичного восстановления компонентов перерабатываемого сырья, например,

Окислительный обжиг применяют для полного или частичного перевода сульфидных руд и концентратов в оксиды. В общем виде окислительный обжиг описывается следующим уравнением:

где Me – Fe, Pb, Zn, Ni и др.

К окислительному обжигу относится и агломерирующий обжиг (обжиг со спеканием), при котором сульфидный материал одновременно окисляется и превращается в прочный кусковый продукт – агломерат.

Плавка

1) Рудная плавка

Восстановительная плавка – процесс получение металлов за счет восстановления его оксидов углеродистыми восстановителями или водородом и перевода пустой породы в шлак. Этим способом получают многие металлы – свинец, олово и. т. д. Реакцию восстановления оксидов металла углеродом, например, оксида свинца, можно записать следующим уравнением:

PbО + С = Рb + СО.

Металлотермическая плавка – это процессы получения металлов путем восстановления их соединений более активными металлами.

Плавка на штейн – это процессы переработки медного и никелевого сырья с целью извлечения металлов в полупродукт, называемый штейном (сплав сульфидов), и перевода оксидов в шлак.

Окислительная плавка – эти процессы проводятся в окислительной атмосфере. Примером таких плавок может служить конвертерный процесс.

Реакционная плавка – эти процессы основаны на получении металлов в результате химических реакций между сульфидами и оксидами, например, между сульфидом меди и оксидом меди (I): Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂.

Электролитическая плавка (электролиз расплавленных солей) – процессы ведутся при воздействии постоянного тока на расплавленную среду, состоящую из оксидов или хлоридов.

2) Рафинировочная плавка

Окислительное (огневое) рафинирование – процессы основаны на различии в сродстве к кислороду основного металла и примесей. Образующиеся оксиды примесей всплывают из расплава в шлак или улетучиваются в газовую фазу. Например, этим способом рафинируют черновую медь от серы.

Дистилляция

Дистилляция – процессы испарения веществ при нагреве несколько выше температуры их кипения, позволяющие разделить компоненты обрабатываемого материала в зависимости от их летучести. Эти процессы используются как при переработке рудного сырья, так и для удаления легколетучих примесей при рафинировании сплавов. Дистилляцию используют в пирометаллургии цинка и при получении легких и редких металлов.

Типовая схема переработки руды

Руда

↓

Концентрат [CuFeS₂ + FeS₂ + MeS] + пустая порода (mSiO₂ + nCaO + MgO)

↓

Плавка (1300-1500 ^оС)

↓

Образование гетерогенного расплава [Cu₂S + FeS + MeS] + (SiO₂ + CaO)

↓

Отстаивание (1250-1300 ^оС)

↓

Разделение фаз

↙ ↓ ↘

Сульфидная Газовая Оксидная

[Cu₂S + FeS + MeS] {S} (SiO₂ + CaO + MgO)

2. Принципы построения и термодинамического анализа потенциальных диаграмм системы « Me - S - O » c участием двухвалентных и одновалентных металлов. Общий вид диаграмм .

Потенциальные диаграммы (ПД) или диаграммы фазовых состояний – диаграммы, где в координатах серный или окислительный потенциал, построены границы устойчивости фаз трехкомпонентной системы Me-S-O

Окислительный (кислородный) потенциал – величина lgP_O₂ десятичного логарифма парциального давления кислорода.

Серный потенциал – величина lgP_SO₂, lgP_S

В настоящее время для важнейших систем в МТЦМ диаграммы построены.

Построение

1. Определяются всевозможные химические реакции для компонентов системы Me-S-O.

2. Из них выбираются только те ХР, которые термодинамически вероятны ∆G^o < 0.

MeS + O₂ = Me + SO₂ (AF) lgK_AF = lgP_SO2 – lgP_O2

MeO = Me + 1/2O₂ (AC) lgK_AC = 1/2lgP_O2

MeS + 3/2O₂ = MeO + SO₂ (AB) lgK_AB = lgP_SO2 – 3/2lgP_O2

MeSO₃ = MeO + SO₂ (BC) lgK_BC = lgP_SO2

MeSO₃ = MeS + 3/2O₂ (BD) lgK_BD = 3/2lgP_O2

MeSO₄ = MeSO₃ + 1/2O₂ (CE) lgK_CE = 1/2lgP_O2

MeSO₄ = MeO + SO₂ + 1/2O₂ (CH) lgK_CH = lgP_SO2 + 1/2lgP_O2

3. Из уравнений выбирают системы двух уравнений, комбинация которых дает третье

_MeS + O₂ = Me + SO₂ (AF)

MeS + 3/2O₂ = MeO + SO₂ (AB)

-1/2O₂ = Me – MeO MeO = Me + 1/2O₂ (AC)

Таким образом, на ПД состояние равновесия или координаты равновесной точки могут быть описаны двумя уравнениями, и нонвариантная точка отвечает равновесию трех уравнений.

4. Находим численное значение координат нонвариантной точки. Для нахождения координаты нужно решить систему уравнений lgK_p относительно потенциалов

lgK_AF = lgP_SO₂ – lgP_O₂

lgK_AC = 1/2lgP_O₂

lgK_AF + 2lgK_AC = lgP_SO₂

lgKp = -∆G_T/(RT*2,3)

5. Задается масштаб осей. Для реальной системы принимаем Р_атм

P = 10⁵ Па ⇒ lgP = 5

6. Аналогично находятся и координаты точек пересечения ПД соответствующими осями. Для их нахождения достаточно лишь приравнять одно уравнение к нулю.

Уравнения AF – CH как функции констант равновесия от потенциалов описывают прямыми линиями, поскольку lg фигурируют в обеих частях уравнения ⇒ они линейны, и они отвечают общему виду y=ax+b.

Таким образом, границы соответствующих фазовых областей на ПД описываются прямыми линиями.

Анализ диаграммы

1. Границы фазовых областей действительно представлены прямыми линиями, каждая из которых соответствует реакции AF – CH

2. Действительно видим, что в нонвариатных точках «смыкаются» 3 линии и соответствуют равновесию трех фаз. Например, в точке А в равновесии 3 фазы MeS, MeO, Me.

3. Рассмотрим реакцию AF. Она описывает взаимодействие MeS, а получается Me.

4. Позволяет в зависимости от потенциалов определить границы фаз. Например, при P_SO₂’ во всем диапазоне измерения кислородного потенциала устойчивыми фазами являются MeS, Me, MeO, и чтобы в продуктах получить Me необходимо изменять кислородный потенциал в узких пределах от точки F до G, а серный потенциал не более точки А. При P_SO₂” во всем диапазоне изменения кислородного потенциала в продуктах окисления обжига нельзя получить Me и устойчивыми фазами являются MeS, MeO.

Виды полуэмпирических уравнений кинетики. Уравнение Ерофеева-Колмогорова.

Полуэмпирические, так как в их основе одновременно учтены теоретические закономерности кинетики (кинетические уравнения) и экспериментальные данные по окислению различных сульфидов.

Данные полуэмпирических уравнений могут быть полезны не только для трактовки окислительных процессов, но и других гетерогенных химических реакций.

1) Уравнение Ерофеева-Колмогорова

При анализе кинетики процесса твердофазного окисления сульфидов зависимость степени десульфуризации во времени наиболее часто описывается полуэмпирическими уравнениями, не связанными с конкретной физико-химической моделью данного процесса. Наиболее распространенной математической формой зависимости степени превращения (десульфуризации) во времени, является степенное уравнение С.А. Казеева, А.Н. Колмогорова и Б.В. Ерофеева

где α - степень превращения вещества; t - время; n - экспериментальный порядок реакции.

Принято считать, что при n ≥ 1 процесс осуществляется в кинетическом, а при n ≈ 0,5 - в диффузионном режиме.

Если зависимость lnln(1-α) от ln(t) дает прямую или близко аппроксимируется к ней, то tgB = n, а отрезок, отсекаемый перпендикуляром y, дает lnK.

2) Уравнение Павлюченко

В зависимости от того, каким уравнением ближе описывается процесс, выделяют

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 941; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!