Өзіндік жұмысқа арналған тапсырмалар

(13.3) реакцияның α (Cu₂O) - ні нұсқа бойынша анықтау.

Кесте 13.1 - Тапсырма нұсқалары

№ нұсқа	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t,°C	1237	1217	1200	1257	1260	1200	1207	1240	1250	1207

Тотықтарды сульфидтермен тотықсыздандыру

Кейбір металл тотықтары сол металл сульфидімен жалпы сұлба бойынша тотықсызданады:

MeS + 2MeO = 3Me + SO₂,

MeS + O₂ = Me + SO₂.

Егер, реакцияға қатысушылар берілген температурада қатты күйде болса және өзара ерімесе, ал бу қысымы тұрақты болса, онда:

K = P_SO2.

Мысал №2

Реакцияның 1000°С температурадағы тепе - теңдік константасын есептеу:

Cu₂S + 2Cu₂O = 6Cu + SO₂,

∆Z^○ = ∆Z^○_SO2 - ∆Z^○_Cu2S - 2∆Z^○_Cu2O.

Табамыз:

∆Z^○_1000˚C = - 265 - (- 95) - (- 160) = - 10кДж,

lgK = - (∆Z / RT) = 10000 / 19,1 · 1273 = 0,41,

К = P_SO2 = 263445Па.

Берілген мысал арқылы so2 - нің парциалды қысымын тапсырма нұсқалары бойынша есептеу

Кесте 13.2 - Тапсырма нұсқалары

№	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t, ○C	950	970	1020	1050	920	1100	1070	900	990	1080

Газдар күйінің заңдарын түсті металлургияда қолдану

Газдар күйінің заңдарын (Бойля - Мариотт, Гей - Люссак және т.б.) тек идеал газдар үшін қолданады, ал реал газдар оларға бағынбайды.

Төмендегі заңдар тек идеал газдар үшін қолданылады, реал газдар оларға бағынбайды. Бірақ, егер неғұрлым қысым төмен болса немесе, реал газдың температурасы жоғары болса, онда оның қасиеттері идеал газға жақындайды, демек, оның заңынан қатты алыстамайды. Металлургиялық есептеулерде жоғары емес қысымдардағы газдармен жұмыс істеуге тура келеді, сондықтан идеал газдардың заңдарын реал газдарға қолдану елемейтін қателер беруі мүмкін, ал оны есептеулерде алдын алуға болады.

Практикалық есептердің мысалдары

Мысал №3

Күкіртті газ 100м³ мөлшерде 230°С температурада 820мм. сын. бағ. қысымда болады. Қалыпты жағдайлардағы (0°С и 1 ат) газдың алып жатқан көлемін анықтау, берілген жағдайда газдың салмағы мен тығыздығын есептеу.

Шешімі:

Бойл - Мариотт - Гей - Люссак заңдарының бірігуіне байланысты, газ көлемі берілген:

V_o = 273PV / 760T = 273 · 820 · 100 / 760 · 503 = 58,6м³ 0^○С және 1ат.

Газ тығыздығын 820мм = 820 / 760 ат. қысымда анықтау және 230°С = 273 + 230 = 503°К температурада теңдеуді қолданамыз. Егер күкіртті газдың молекулалық салмағы 64 - ке тең болғандықтан, онда:

d = 12,2МР / Т = 12,2 · 64 · 820 / 760 · 503 = 1,67г / л немесе кг / м³.

100м³ салмағы берілген жағдайда 1,67 · 100 = 167кг тең газ салмағын мына теңдеуді қолданып есептеуге болады:

G = MPV / RT = 64 · 820 · 100 / 760 · 0,082 · 503 = 167кг.

Мысал №4

Мыс балқытатын шағылдырғыш пештен газдар шыққанда 1160°С температураға ие. Қазан қондырғысынан өткен соң олардың температурасы 387°С - ге дейін төмендейді. Қазаннан кейін газ көлемі пештен шыққандағы көлемімен салыстырғанда қанша есе азайғанын есептеу.

Шешімі:

Егер пештен шыққандағы және қазаннан кейінгі газ қысымы бірдей болса, онда есепті шығару үшін Гей - Люссак заңын қолдануға болады мына теңдеу түрінде:

(V₁ / V₂)_P = (T₁ / Т₂)_Р.

Қазаннан кейінгі газ көлемін V₂ бірлік ретінде алып және газдың абсолют температурасын пештен шыққандағы Т₁ және қазаннан кейінгі Т₂ қойып, табамыз:

V₁ / 1 = 1433 / 660 = 2,17,

демек, қазаннан кейінгі газ көлемі 2,17 есе азайды.

Мысал №5

Қалыпты жағдайда (0°С және 1ат) штейнді конвертерлеуге есеп бойынша 1т бастапқы мысқа 9800м³ ауа жұмсалады. Компрессор қанша көлем ауаны үрлеу керек, егер үрлеу серпімділігі 1кв. дюймге 14англ. ф. болғанда және 70°С температурада, және осы жағдайда ауаның тығыздығын есептеу.

Шешімі:

Алдымен, 1кв. дюйм ауаға 14англ. ф. сығылған компрессордің абсолют қысымын анықтау. Қысым 1англ. ф. / кв. дюйм 51,7мм. сын. бағ. сәйкес келеді немесе 0,0681ат, демек, артық қысым 14англ. ф. / кв. дюйм 51,7 · 14 = 724мм. сын. бағ. = 724 = 724 / 760 = 0,953ат (немесе 0,0681 · 14 = 0,953ат) сәйкес келеді, ал абсолют қысым 1,000 + 0,953 = 1,953ат болады. Енді Бойля - Мариотт біріккен заңының негізінде, теңдеуді қолданып, сығылған ауаның көлемін есептейміз:

V = P₀V₀T / 273 · P = 1 · 9800 · 343 / 273 · 1,953 = 6300м³.

Қалыпты жағдайдағы ауаның тығыздығын (d₀ = 1,293) біле отыра, сығылған ауаның тығыздығын есептейміз:

d = 273 · d₀P / Т = 273 · 1,293 · 1,953 / 343 = 2,01г / л.

Мысал №6

Көп түпті пештердегі мырыш концентратын күйдіргенде алынған кететін газ құрамы: 5,7% SO₂, 82,0% N₂ және 12,3% O₂, қысымы 740мм. сын. бағ. температурасы 477°С. Парциалды қысымды, тығыздық пен әрбір компоненттің салмақтық пайызын, және 1м³ газдың салмағын анықтау.

Шешімі:

Газдық қоспадағы әрбір компоненттің парциалды қысымын Дальтон заңы бойынша табамыз, келесі теңдеуді қолданып:

Р_А = а / 100 · Р,

мұндағы, а - қоспадағы газдың көлемдік пайызы; P - газ қоспасының жалпы қысымы.

P_SO2 = 5,7 / 100 · 740 = 42,2мм. сын. бағ.,

P_N2 = 82,0 / 100 · 740 = 606,8мм. сын. бағ.,

P_O2 = 12,3 / 100 · 740 = 91,0мм. сын. бағ.

_______________

740мм. сын. бағ.

Даль­тон - Менделеев - Клапейрон теңдеуі арқылы жеке компоненттердің тығызыдығын анықтаймыз:

d_A = M_A · P_A / RT,

мұндағы, М_А - компоненттің молекулалық салмағы; Р_А - оның парциалды қысымы, ат; R - газ тұрақтысы, 0,082л · атм / град тең; Т - абсолюттік температура, бұл жағдайда мынаған тең 273 + 477 = 750°К. Сәйкес шамаларды қоя отыра, аламыз:

d_SO2 = M_SO2 · P_SO2 / RT = 64 · 42,2 / 760 · 0,082 · 750 = 0,058г / л немесе 0,058кг / м³,

d_N2 = M_N2 · P_N2 / RT = 28 · 606,8 / 760 · 0,082 · 750 = 0,364г / л немесе0,364кг / м³,

d_О2 = M_O2 · P_O2 / RT = 32 · 91,0 / 760 · 0,082 · 750 = 0,062г / л немесе 0,062кг / м³.

1м³ газ массасы өзімен бірге бүкіл компоненттердің қосындысын құрайды, 1м³ газды қоспаға кіретін, немесе:

d_SO2 + d_N2 + d_О2 = 0,058 + 0,364 + 0,062 = 0,484кг.

Салмақтық пайыздағы газдың құрамы келесідей:

SO₂ - 0,058 · 100 / 0,484 = 12,0,

N₂ - 0,364 · 100 / 0,484 = 75,2,

О₂ - 0,062 · 100 / 0,484 = 12,8,

100,00.

1м³ газды қоспа салмағын және оның салмақты құрамын әрбір компоненттің тығыздығын анықтамай - ақ басқа жолмен анықтауға болады. Егер газды қоспадағы компоненттердің көлемдік пайыздары температура мен қысым өзгермей қалса, онда берілген газдың көлемдік құрамын қалыпты жағдайға жатқызуға болады (0°С және 1ат). Онда газды қоспаның 100 көлемде қорытындылайды:

SO₂ - 5,7 / 22,4 м.о. немесе 5,7 / 22,4 · 64 = 16,3сал.сағ.,

N₂ - 82,0 / 22,4 м.о. немесе 82,0 / 22,4 · 28 = 102,5сал.сағ.,

О₂ - 17,6 / 22,4 м.о. немесе 12,3 / 22,4 · 32 = 17,6сал.сағ.

136,4сал.сағ.

Салмақ бойынша қоспа құрайды:

SO₂ - 16,3 / 136,4 · 100 = 11,9%,

N₂ - 102,5 / 136,4 · 100 = 75,2%,

О₂ - 17,6 / 136,4 · 100 = 12,9%,

100,0%.

Екіншіде есептегендегі құрам, біріншіде шыққан әдістегі құрамға сәйкес келеді.

1м³ газ салмағын анықтау үшін екінші нұсқа бойынша алдымен келтірілген газдың молекулалық салмағын есептейміз, компоненттердің олардың өзінің молекулалық салмағының қатынастарының қосындысына тең болғанда:

M = 0,01аМ_SO2 + 0,01bM_N2 + 0,01сМ_О2 = 0,057 · 64 + 0,82 + 0,123 · 32 = 30,5.

Енді 1м³ газ салмағын берілген жағдайда табамыз (ρ = 740 / 760ат және Т = 273 + 477 = 750°К):

d = 12,2МР / Т = 12,2 · 30,5 · 740 / 760 · 750 = 0,483кг / м³,

немесе екінші нұсқа бойынша біріншідегі шыққан цифр шығады.