1.14 Перегонка в металлургии

Задание. Определить состав расплава Zn – Cd, при равновесной перегонке которого при температуре t, ⁰С и давлении, равном полусумме давлений насыщенного пара цинка и кадмия (P⁰_Zn + P⁰_Cd)/2 выход паровой фазы составляет , % (массовая доля). Указать составы (массовые и мольные) равновесных паровой и жидкой фаз.

Систему Zn – Cd считать, в первом приближении, идеальной.

Таблица 13 – Рабочие параметры перегонки

№ варианта	9
t, 0С	867
, %	70

Решение:

Определяем давление насыщенного пара чистого компонента:

[594 – 1655 K] (22)

Подставляя температуру Т = 1140К (t = 867С) в зависимость (22), получим:

мм рт.ст

[692 – 1250 K] (23)

Подставляя температуру Т = 1070К (t = 807С) в зависимость (23), получим:

мм рт.ст

Мольные доли жидкой и паровой фаз:

Р_общ = (P⁰_Zn + P⁰_Cd)/2=1266 мм рт.ст

( 24)

(25)

Массовые доли жидкой и паровой фаз:

(26)

Т.о. конода по кадмию:

N_{Cd(ж) 0,51 0,83} N_Cd(пар)

ω_Cd(ж) ω_Cd(пар)

0,54 0,89

0,32 - 100%

х - 70%,

х = N_Cd = 0,51+0,22=0,73

0,35 - 100%

у - 70%

у =

По условию задачи: выход парой фазы, обогащенной кадмием составляет 70% (массовая доля), если состав исходного расплава Zn – Cd будет содержать 0,79 (79%) по Cd (массовые доли) или 0,73 (73%) (мольные доли). Составы жидкой и паровой фаз.

Zn	N	0,83	Cd	N	0,17	Zn	N	0,54	Cd	N	0,46
		0,74			0,26			0,41			0,59

1.15 Рафинирование металлов ликвацией

Задание. По диаграмме Pb – Zn (Приложение В, рисунок В.3). Определить:

1) Состав и массу свинцовой (цинковой) фазы при ликвации G, кг исходного расплава с массовой долей свинца , % при температуре Т, К.

2) Состав исходного сплава, для которого при Т, К объемы жидких фаз будут равны (_Znж = 7,14 г/см³; _Pbж = 11,3 4 г/см³).

3) Состав равновесных жидких фаз, если к 100 кг равновесной свинцовой фазы добавить «9» кг равновесной с ней цинковой фазы при Т, К.

4) Указать число фаз и их состав (массовая доля Cu, %) при 599 К для исходного сплава с массовой долей Pb , % (рисунок В.1).

5) Как изменится состав равновесных фаз при эвтектической температуре, если к G, кг жидкой равновесной фазы изотермически ввести 0,1 G, кг сплава эвтектического состава (рисунок В.1).

Таблица 14 – Рабочие характеристики ликвации

№ варианта	Фаза	Pb, %	Т, К	G, кг
9	Pb	80	773	40

Решение:

1)При Т=500°С проводим коноду mn, параллельную составу фаз. Состав свинцовой фазы (точка m) определяем по правилу коноды: концы коноды указывают составы равновесных фаз; массы равновесных фаз относятся как обратные плечи коноды.

Pb - 96%, Zn - 4%

12,2 см (mn) - 40 кг (G)

10 см (kn - Pb фаза)- х кг

х = кг - масса свинцовой фазы

2) Определим массу Pb в Pb-ой фазе: 0,96*37,79=36,28 кг, тогда масса Zn в Pb-ой фазе: 37,79-36,28=1,51 кг

При условии, если объемы жидких фаз будут равны, получается:

V₁=V₂, V= ,

(27)

Найдем :

г/см³

Аналогично найдем :

m = 40 - = 40-37,79 = 2,21 кг; Zn-98%, Pb-2%

г/см³

Подставим найденные плотности в уравнение (27):

11,08х = 285,2 - 7,13х

18,21х = 285,2

х = 15,66 кг - масса Zn фазы

40-15,66 = 24,34 кг - масса Pb фазы

Тогда состав исходного сплава при заданных условиях будет состоять:

40 кг - 100%

15,66 кг - х %

х = 39,15% Zn

60,85% Pb

3) Состав равновесных жидких фаз не изменится на всем интервале, если к 100кг равновесной Pb фазы прибавить 9кг равновесной с ней Zn фазы при Т=773К, так как состав фаз постоянен для данной температуры.

4) При Т=326К и _Pb= 80%

Т.к для любой бинарной системы любая линия диаграммы, параллельная оси составов определяет равновесие 3 фаз, получаем фазы: жидк, ά, Pb_кр.

5)Добавление 4 кг сплава эвтектического состава не изменит согласно диаграмме Pb – Zn составы равновесных фаз. Оно лишь изменяет составы исходных фаз.