Шойын өндірісі

Жұмыстың мақсаты: Шойын өндіруге қажетті материалдармен танысу.

Жұмыс жоспары:

1. Теориялық бөлім

2. Темір тотығының тотықсыздануы

3. Газды фазаның тепе - теңдік құрамын анықтау

4. Домна пешінің көрігіндегі жану үрдісі

5. Көмірқышқыл қосылыстарының ыдырауы

6. Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

Кілт сөздер: Тотықсыздану, металл тотығы, жанама тотықсыздану, газды фаза.

Бақылау сұрақтары:

1. Тотықсыздану кезінде не жүреді?

2. Байков теориясы бойынша тотықсыздану қалай жүреді?

3. Қандай реакциялар бойынша жанама тотықсыздану жүреді?

4. Диссоциация серпімділігі тотық беріктігіне қалай әсер етеді?

5. Домна пешіндегі жану үрдісін суреттеп беріңіз.

Глоссарий:

1. Тотықсыздану - тотықтан оттегіні алып кету үрдісі және одан элемент алу немесе оттегінің аз мөлшердегі құрамды тотықты алу.

2. Тікелей тотықсыздану - материалды қатты көміртегімен тотықсыздандыру.

3. Жанама тотықсыздану - материалды әр түрлі газдармен тотықсыздандыру.

Теориялық бөлім

Темір тотықтарының тотықсыздануы

Тотықсыздану - тотықтан оттегіні алып кету үрдісі және одан элемент алу немесе оттегінің аз мөлшердегі құрамды тотықты алу. Сонымен қатар оттегі тотығатын затқа өтеді. Ондай зат тотықсыздандырғыш деп аталады.

Тотықсыздандыру үрдісінде бір зат тотықсызданады (оттегіден айырылады), басқасы тотығады (оттегімен қосылады). Екі үрдісте паралель жүреді, теңдеу бойынша:

Me + B = Me + BO,

мұндағы, B - тотықсыздандырғыш; МеО - тотық, Me - тотықсызданған элемент; BO - тотықсыздандырғыш тотығы.

Тотықсыздандырғыш тотықты металға қарағанда оттегіге туыстығы жоғары элемент болып табылады. Домна пешінде тотықсыздандырғыш ретінде кокс көміртегісі, СО және сутек болып табылады.

Байков А.А. теориясы бойынша тотықтардың тотықсыздануы сатылы жүреді: жоғарыдан төменге дейін. t° > 570°C температураларда тотықсыздану келесі кезеңдерден өтеді:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe,

t° < 570°С температурада:

Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → Fe.

Қатты көміртегімен тотықсыздау тікелей деп аталады, ал газдармен тотықсыздану - жанама. Бірақ көміртегінің қатты тотықтармен әрекеттесуі кесектердің бір - бірімен әсерлесуінің жеткіліксіз болуымен шектеледі.

Темір тотығының көміртегі тотығымен жанама тотықсыздануы келесі реакциялар бойынша жүреді:

t > 5 температурада:

1) 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ - 53740Дж (- 12835кал.),

2) Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂ + 36680Дж (8760кал.),

3) FeO + CO = Fe + CO₂ - 16060Дж (- 3835кал.),

t < 5 температурада:

4) 3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂ - 53740Дж (- 12835),

5) Fe₃O₄ + CO = Fe + CO - 11480Дж.

Жеңіл тотықсызданатын темір тотығы болып Fe₂O₃ табылады. Кен кесектері мен агломератты 300 - 350°С - та қыздырғанда Fе₂О₃ Fe₃O₄ - ке дейін тотықсызданады. Қазіргі кездегі домналық үрдістерде құрамында Fe₂О₃ болмайтын агломератты пайдаланатындықтан, домна пешінде бірінші реакция жүрмейді.

Тепе-теңдік газды фазаның құрамын анықтау

Тепе - теңдік газды фазаның құрамы көрсетілген реакцияларда тотықтың табиғатымен анықталады. Тотық диссоциациясының серпімділігі төмен болған сайын, оның беріктігі жоғарлайды, тепе - теңдік газды фазадағы Рсо / Рсо₂ қатынасы жоғарлайды. Тепе - теңдік газды фазаның құрамы реакцияның жылулық эффектісінің көрсеткішімен орындалуы мүмкін және реакцияға кіретін заттардың энтропиясымен.

Мысал №1

Реакция (1) үшін тепе - теңдік газды фазаның құрамын есептеу:

Энтропияның стандартты көрсеткіштері төменде келтірілген.

Химиялық қосылыс Fe₂О₃ Fe₃О₄ СО СО₂

S₂₉₈, Дж / (моль · К) 89,9 151,5 197,4 213,6

Реакция (1) энтропиясының өзгерісі:

∆S₂₉₈ = 2 · 151,5 + 13,6 · 3 · 89,9 - 197,4 = 48,5.

Реакцияның тепе - теңдік константасы:

Lnkр₁ = - ∆Н^○₂₉₈ / 19,15Т + ∆S₂₉₈ / 19,15Т + 53740 / 19,15Т + 48,5 / 19,15 = 2810 / Т + 2,51.

Реакция 2 - 4 үшін тепе - теңдік константасының көрсеткіштері келесі реакциялармен дәл сипатталады:

lgkр₂ = - 1850 / Т + 2,10,

lgkр₃ = 688 / Т - 0,90,

lgkр₄ = 54 / Т - 0,155.

Тепе - теңдік константасының көрсеткішімен тепе - теңдік газды фазаның құрамы шығарылады.

800°С - та реакция (3) үшін аламыз:

lgkр₃ = 688 / 1073 - 0,90 = - 0,26, Кр₃ = 0,55.

Ескере отыра:

Кр₃ = Рсо / Рсо₂ = (%СО₂) / (%СО),

және

(%CO₂) = 100 - (%CO),

аламыз:

100 - (%СО) / %СО = 0,55,

%СО = 100 / 1,55 = 64,5%,

СО₂ = 100 - 64,5 = 35,5.

Домна пешінің көрігіндегі жану үрдістері

Қатты отынның көміртегісінің жануы кокс пен көрік газдарының беттік жанасуында үдей түседі. Қатты отынды оттегімен үрлеп жағу сұлбасы туралы бірнеше гипотезасы бар. Қабылданған гипотезадан басқа еске сақтау керек: домна пешіндегі көрікте көміртегінің артығы болады және онда жоғары температура (1400 - 2000°С) болғасын қос тотықты көміртегі тұрақсыз, демек, көміртегінің соңғы жану кезеңі мына реакция бойынша жүреді:

2С + O₂ = 2СО, ∆Н°₂₉₈ = - 221000Дж (- 52840 кал.). (8.1)

Егер, жануда құрғақ ауа қатысса, 21% O₂ және 79% N₂ (көлем.) құрамды, немесе N₂ : O₂ = 3,76, онда реакцияны жазу керек:

2С + О₂ + 3,76N₂ = 2СО + 3,76N₂. (8.2)