Равновесный состав газа в металлургических реакциях
Данные расчета представлены на рисунке №2
Рисунок 2. Равновесный состав газа при разных давлениях.
Из таблицы 2 и рисунка 2 следует, что повышение температуры вызывает увеличение %СО, т.е. смещение равновесия реакции вправо, что характерно для эндотермических процессов.
∆H = + 8920 * 2,3 * 8,31 = 170 488 Дж,
увеличение давления смещает равновесие влево, т.к. в этом направлении уменьшается число моль газов.
На рисунке 2 изобары %СО = ср(Т) делят поле графика на две части: левую и правую от изобары. В каждой из этих частей равновесие реакции отсутствует и возможно необратимое протекание процесса или реакции вправо (в правой части) и в левой части в обратном направлении.
2СО = Ств + СO2
Задача №3
Рассчитать равновесный состав газа в реакциях восстановления оксидов железа водородом и монооксидом углерода
Уравнения и константы равновесия реакций:
восстановления монооксидом углерода
1. 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 lg K1 = 2726/T + 2,14
2. Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 lg K2 = -1850/T + 2,10
3. FeO + CO = Fe + CO2 lg K3 = 688/T – 0,90
4. ¼ Fe3O4 + CO = ¾ Fe + CO2 lg K4 = 54/T – 0,155
восстановления водородом
1a. 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O lg K1a = 813/T + 3,02
2a. Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O lg K2a = -3736/T + 3,85
3a. FeO + H2= Fe + H2O lg K3a = -1225/T + 0,85
4a. ¼ Fe3O4 + H2= ¾ Fe + H2O lg K4a = -1859/T + 1,59
В любой из приведенных реакций газ – восстановитель В превращается в оксид ВО, поэтому в газовой фазе:
1. %Вравн + %ВОравн = 100 2. Кр = %ВОравн / %Вравн
Решая систему уравнений (1) и (2), получим: %Вравн = 100 / (1 + К)
Значения константы равновесия Кр реакции определяются из эмпирических уравнений, приведенных выше. Результаты расчета приведены в таблицах 3 и 4 и на рис. 3-8.
Таблица 3. Равновесный состав газа в реакциях восстановления оксидов железа монооксидом углерода
|
Темпе-ратура |
Константа равновесия Кр |
%COравн в реакции | ||||||
|
t, oC |
K1 |
K2 |
K3 |
K4 |
1 (*103) |
2 |
3 |
4 |
|
300 |
7914000 |
0,07 |
2,0 |
0,87 |
0,05 |
93,1 |
33,4 |
53,5 |
|
400 |
1554000 |
0,22 |
1,33 |
0,84 |
0,1 |
81,7 |
43,0 |
54,3 |
|
500 |
465000 |
0,51 |
0,98 |
0,82 |
0,2 |
66,3 |
50,6 |
55,3 |
|
600 |
183000 |
0,96 |
0,77 |
0,81 |
0,5 |
51,0 |
56,4 |
55,7 |
|
700 |
87630 |
1,58 |
0,64 |
0,80 |
1,1 |
38,8 |
60,9 |
56,0 |
|
800 |
48030 |
2,38 |
0,55 |
0,79 |
2,1 |
29,6 |
64,5 |
56,2 |
|
900 |
29171 |
3,33 |
0,49 |
0,78 |
3,4 |
23,1 |
67,3 |
56,4 |
|
1000 |
19160 |
4,43 |
0,44 |
0,77 |
5,2 |
18,4 |
69,6 |
56,8 |
|
1200 |
9809 |
6,98 |
0,37 |
0,76 |
10,2 |
12,5 |
73,0 |
56,9 |
|
1300 |
7402 |
8,39 |
0,34 |
0,75 |
13,4 |
10,6 |
74,4 |
60,0 |
Таблица 4 Равновесный состав газа в реакциях восстановления оксидов железа водородом
|
Темпе-ратура |
Константа равновесия Кр |
%H2равн в реакции | ||||||
|
t, oC |
K1a |
K2a |
K3a |
K4a |
1a (*103) |
2a |
3a |
4a |
|
300 |
203600 |
0.01 |
0,05 |
0,02 |
0,5 |
98,8 |
95,1 |
97,8 |
|
400 |
125300 |
0.02 |
0,11 |
0,07 |
0,8 |
98,2 |
90,3 |
93,7 |
|
500 |
87450 |
0.10 |
0,18 |
0,15 |
1,1 |
91,1 |
84,4 |
86,7 |
|
600 |
66260 |
0,35 |
0,28 |
0,29 |
1,5 |
74,3 |
78,1 |
77,6 |
|
700 |
53160 |
0,96 |
0,39 |
0,48 |
1,9 |
51,0 |
71,9 |
67,7 |
|
800 |
44430 |
2,20 |
0,51 |
0,72 |
2,3 |
31,2 |
66,2 |
58,1 |
|
900 |
38290 |
4,39 |
0,64 |
1,02 |
2,6 |
18,2 |
61,0 |
49,7 |
|
1000 |
33780 |
7,83 |
0,77 |
1.75 |
3,0 |
11,3 |
56,4 |
42,6 |
|
1200 |
26660 |
19,7 |
1,04 |
2,13 |
3,6 |
4,8 |
48,9 |
32,0 |
|
1300 |
18500 |
25,0 |
1,50 |
2,70 |
4,0 |
3,4 |
45,0 |
28,0 |
