ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ
УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
«МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ»
ИНСТИТУТ Металлургии, экологии и качества
КАФЕДРА «Металлургии стали и ферросплавов»
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ «Металлургия черных металлов»
Домашнее задание № 3
по курсу
«Термодинамика и кинетика металлургических процессов»
Группа _____________________________
Студент _____________________________
Преподаватель проф. Павлов А.В.
Москва - 2009 г. Задача №1
Определить энергию активации и лимитирующую стадию растворения азота в жидкой стали, используя нижеприведенные данные по кинетике растворения азота в данной стали, при давлении азота и заданных температурах.
При анализе процесса принять, что в данном случае внешняя массоотдача не является лимитирующим звеном.
Исходные данные.
Таблица 1.1.
Марка стали |
Т-ра, К |
Содержание азота (%) во времени |
|||||
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
||
|
1873 |
0.004 |
0.013 |
0.022 |
0.025 |
0.030 |
0.035 |
1973 |
0.004 |
0.016 |
0.025 |
0.030 |
0.036 |
0.040 |
Теория.
Гетерогенный металлургический процесс может быть представлен в виде последовательных стадий главными из которых являются следующие:
-
Внешний массоперенос (внешнедиффузионный режим), который в свою очередь состоит из следующих стадий:
а) перенос в объеме.
б) перенос в газовом пограничном слое.
-
Химико-адсорбционный акт (кинетический режим)
а) адсорбция на поверхности.
б) акт химической реакции: диссоциация .
в) десорбция атомов азота в объем металла: .
-
Внутренний массоперенос в объеме металла (внутридиффузионный режим).
а) перенос через неперемешиваемый слой.
б) перенос в объеме металла.
Понятие лимитирующего звена.
Сложный процесс, состоящий из последовательных стадий, чаще всего имеет лимитирующее (определяющее) звено.
Лимитирующее звено – звено с минимальной возможной скоростью (максимальным сопротивлением).
При стационарном протекании процесса скорость всех этапов, в том числе и лимитирующего, одинакова.
Признаки определяющие химическое звено.
-
Влияние перемешивания. Если перемешивание фазы не влияет на скорость процесса в целом, говорят, что эта стадия не является лимитирующей.
-
Отсутствие градиента концентрации – дает указание на то, что процесс в этой фазе скорее всего протекает в кинетическом режиме (т. е. лимитирует процесс химического звена).
-
Вид кинетической кривой
-
Эффективная энергия активации.
если:
-
, то говорят, что лимитирует внешний массоперенос;
-
, то говорят, что лимитирует внутренняя диффузия
-
, то говорят, что лимитирует смешанный режим;
-
, то говорят, что лимитирует химическое звено.
5. Связь и .
- количество прореагировавшего вещества.
-
Добавки ПАВ. Если добавки ПАВ, снижают скорость процесса в целом, то говорят, что лимитирует химико-адсорбционный акт.
Добавки кислорода и серы должны тормозить скорость поглощения азота.
-
Порядок реакции.
где:
- эффективная константа скорости реакции;
- порядок реакции.
- если , то говорят, что скорее всего лимитируют процессы диффузии; - если или , то говорят, что скорее всего лимитирует химическое звено
или смешанный режим.
Решение.