ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Дополнительный библиографический список из "Химическая термодинамика материалов" Уголь (кокс) является одним из наиболее важных видов металлургического топлива, поэтому некоторые из равновесий с его участием целесообразно кратко рассмотреть в качестве иллюстраций применения термодинамического подхода. [c.133] Рассмотрим печь (при температуре Г и давлении 1 атм), в которой взаимодействуют кокс и воздух. Для определенности допустим, что 100 т/сут кокса взаимодействуют с 10 нм /ч воздуха. Нам надо рассчитать состав газового потока и теплоту реакций. [c.133] Скорость подачи кокса 10 /(24 X 12) = 3,47 10 (моль С)/ч (или 3,47 10 X Х% С/100, если мы хотим учесть тот факт, что кокс не является 100 %-ным углеродом). Скорость потока воздуха 10 /22,414 = 4,46 10 (молей воздуха/ч, или 0,94 10 молей О, и 3,52 10 (молей К,) /ч. Ясно, что отношение кислорода к углероду таково, что некоторая часть углерода останется несгоревшей. [c.134] Чтобы рассчитать состав топочных газов, не требуется знание фактических физических механизмов образования газов. Отметим, что реакции (5.139) - (5.141) не являются независимыми. [c.134] Таким образом имеем шесть уравнений (5.143) - (5.148) с шестью неизвестными, и задачу можно решить численно. [c.134] Задачу можно решить и воспользовавшись двумя координатами реакций (5.139) и (5.140) (см, с. 125-126), Однако есть намного бопее простой метод, основанный на использовании того очевидного факта, что число молей кислорода, остающихся в газовой фазе, должно быть очень малым. Примем за основу для расчетов независимые реакции (5.140) и (5.141). Ясно, что в этом случае координата реакции (5.140) будет равна 0,21, так как практически весь кислород должен быть израсходован только на реакцию (5.140). [c.134] Это квадратное уравнение легко решить относительно Л. [c.135] Допущение, что двухатомный кислород в топочных газах почти отсутствует, является, таким образом, достаточно оправданным. [c.135] Расчеты, проведенные для 1000 К, можно повторить при любой другой температуре. Результаты представлены на рис. 5.7 графиком зависимости Реп (Рсо Рсо от Т. При низкой температуре преобладает СО , а при высокой-СО. Этот pesyjib-тат можно рассматривать как следствие принципа Ле Шателье - Брауна, так как реакция (5.141) эндотермическая. Другое следствие того же принципа уменьшение давления благоприятствует образованию большего количества монооксида углерода, так как для (5.141) ДК 0. Подобные расчеты можно провести в случае чистого кислорода вместо воздуха они дадут качественно те же результаты (см. рис. 5.7). [c.136] Восстановление диоксида углерода углеродом (5.141) часто называют реакцией Будуара, а характерные S-образные кривые на рис. 5.7 - кривыми Будуара. [c.136] Чтобы поддерживать заданный (низкий) потенциал кислорода в реакционной камере при температуре Г, часто удобно пропускать поток СО и СО2 с определенным их соотношением, отвечающим требуемому кислородному потенциалу. Смесь можно приготовить при любой температуре (например, комнатной), потому что протекание реакции (5.154) при Т практически не изменяет величины р и PQQ, так как значения Рд [ и, следовательно, значение координаты реакции (5.154) ] остаются очень малыми, о при образовании углерода значения р д и Рсо могут сильно измениться в ходе реакции (5.141). Таким образом, в эксперименте часто оказывается Важным контроль выпадения углерода. [c.136] Реакции между железом, углеродом и их оксидами имеют большое значение для извлечения железа из руды они также хорошо иллюстрируют расчеты, часто применяемые в металлургии. [c.137] Интересно рассмотреть случай, когда восстановительная среда, содержащая СО и СО,, контактирует с углеродом. Он характерен для доменной печ), где воздух. [c.138] Рассмотрим газовую смесь, соответствующую точке а на рис. 5.8 при 550°С. Гематит стабилен. Из-за присутствия углерода Oj будет разлагаться, пока концентрация оксида углерода в газе не достигнет точки а, на кривой Будуара. Но так как Л - все еще стабильная область гематита, то его восстановления не будет. [c.138] В случае газового состава, представленного точкой с при температуре выше 625°С, магнетит восстанавливается сначала до вюстита (с,), а затем до чистого железа (с,) состав газа достигнет уровня с, (при достаточном количестве углерода). [c.138] Если состав газовой фазы соответствует (например, точке d) (выше кривой Будуара), то происходит выпадение углерода, и состав газовой фазы изменяется от до i/j. Границы, соответствующие окислению и восстановлению железа и его оксидов, метастабильны и могут наблЕодаться, если не образуются зародыши углерода, или их образование и рост протекают медленно. Эти метастабилыше границы показаны ла рис. 5.8 штриховой кривой. [c.138] При производстве чугуна состав газовой фазы в доменной печи таков, что восстановление оксидов железа теоретически возможно при любой температуре (см. заштрихованную область на рис. 5.8). [c.138] Это и есть искомое выражение. [c.139] Откуда следует О 1 (.)=(2 1). [c.140] Вернуться к основной статье