2. Закон действия масс

По мере протекания химических реакций количество исходных веществ уменьшается, и накапливаются продукты химических реакций, в результате устанавливается равновесие. Модельную химическую реакцию представим в виде:

( 3 )

Скорость прямой химической реакции V1 (моль/л.с) может быть рассчитана по формуле

V1 =K1[ AB] [C] ( 4 )

а скорость обратной химической реакции рассчитывается по формуле

V2 = K2 [AC]  [B] ( 5 )

где [AB] ,[C] -концентрации исходных веществ, моль/л.

[AC] , [B] - концентрация продуктов химической реакции, моль/л ;

K , K1 - константы скорости прямой и обратной химических реакций, л/мольс.

Константы химических реакций зависят от температуры по закону Аррениуса

K = Ko exp ( - Ea /RT ) ( 6 )

где Ea - энергия активации химических реакций, Дж/моль; R - газовая постоянная, R = 8.314 Дж/(моль К); K - константа скорости химической реакции.

По мере протекания прямой химической реакции количество

исходных веществ уменьшается, а обратной химической реакции возрастает, в конечном счете, в состоянии равновесия.

V1 = V2 ( 7 )

Из равенства (7) следует

( 8 )

Равенство, которое связывает концентрации исходных веществ и продуктов химических реакций или парциальных давлений газов в условиях равновесия, называется законом действия масс. При Кр < 1, равновесие смещено влево; Кр> 1, равновесие смещено вправо.

1.1.3. Роль температуры, флюсов, шлаков и огнеупорных материалов в металлургических процессах Роль температуры в металлургических процессах

Температура в реакционной зоне металлургических процессах играет очень важную роль:

• определяет скорость протекания химических реакций по закону Аррениуса: экспоненциально зависит от температуры; с ростом температуры скорость химических реакций сильно возрастает;

• определяет принципиальную возможность проведения металлур-гических процессов по извлечению металлов из окислов металлов (должно выполняться условие Ро₂(вн) < Ро₂ (МеО).

Температура в реакционной зоне металлургической печи определяется температурой горения металлургического топлива.

Температура горения металлургического топлива может быть рассчитана по формуле Менделеева, которая имеет вид: , ( 9 )

где Qфиз - тепло, которое вносится в печь нагретыми исходными

веществами горения топлива; Qхим - теплотворная способность металлургического топлива; С2i, m2i - теплоемкости и массы исходных веществ, участвующих в горении; С2i, m2i - теплоемкости и массы продуктов горения металлургического топлива.

Пути повышения температуры горения металлургического топлива: подогрев исходных веществ; использование металлур-гического топлива с большей теплотворной способностью; обогаще-ние воздуха, участвующего в горении, кислородом (снижение парциального давления азота); измельчение металлургического топлива.

Выбор оптимального избытка кислорода по сравнению с теоретическим количеством необходим для сгорания топлива.

C + O₂ = CO₂ + (  -1 ) O₂ ( 10 )

где  - избыточное количество кислорода по сравнению со стехиометрической величиной (оптимальное значение  = 1.02...1.05). Оптимальная величина зависит от размеров частиц твердого и жидкого топлива.