ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Внешняя массопередача в некоторых конкретных процессах из "Физическая химия" В металлургическом производстве большую роль играют процессы, в которых участвуют жидкие фазы растворение скрапа в жидком чугуне растворение извести или руды в жидком шлаке растворение и выделение газов из жидкой стали переход элементов из жидкого металла в шлак при процессах рафинирования. [c.375] Со — концентрация растворяющегося вещества в данный момент времени в объеме раствора к — константа скорости. [c.376] Как отмечалось, Нернст полагал, что в слое, прилегающем к поверхности твердого тела толщиной Д, жидкость отличается измененными по сравнению со всей ее массой физико-химическими свойствами, и перенос вещества через этот слой осуществляется только путем молекулярной диффузии. Эти представления нашли качественное подтверждение в опытах А, Г. Самарцева. Путем оптических измерений он нашел, что в водных растворах вблизи поверхности твердого тела действительно существует тонкий слой жидкости, в котором имеется значительное изменение концентрации. Тем пе менее теория Нернста лишь формально описывает процесс. Найденные из экспериментальных определений и вычисленные по уравнению (ХУП1,32) величины Д оказались имеющими порядок 10 —10 см. Поскольку размер молекул имеет порядок 10 см, слой указанной толщины соответствует 10 —10 молекулярных слоев. [c.376] Очевидно, слой жидкости такой толщины не может, как это полагал В. Нернст, удерживаться в неподвижном состоянии на поверхности твердого тела силами молекулярного взаимодействия между твердым телом и жидкостью. Как отмечалось выше, Д является лишь величиной эффективного пути диффузии. [c.376] Скорость перехода компонента из одной жидкости в другую, не смешивающуюся с ней (например, из стали в шлак), часто определяется величиной конвективного перемешивания в обеих фазах, возникающего в результате разницы температур, выделения пузырьков газа и пр. В таких случаях распределение скоростей течения и концентраций на границе двух жидкостей представляется более сложным, чем при движении жидкости относительно твердого тела. В связи с этим изложенные выше представления о пограничном слое могут быть использованы лишь для качественного рассмотрения кинетики реакций в системе, состоящей из двух жидкостей. [c.376] Рафинирование стали, т. е. извлечение вредных примесей (5, Р, О) из металла в шлаковый расплав, состоит из трех последовательных стадий а) подвода реагирующих веществ из объема металла к его границе со шлаком б) химической реакции на границе фаз в) отвода продуктов реакции в объем шлака. [c.376] Рассмотрим кинетику отностельно простого процесса перехода серы из металла в шлак. [c.377] Распределение концентрации серы в пограничных слоях металла и шлака схематически представлено на рис. XVIII.4. [c.377] Очевидно, если велика и химическая реакция не лимитирует развития процесса, то концентрация серы на границе фаз будет отвечать равновесию, т. е. [c.378] В этом случае кинетика десульфурации, как это было показано опытным путем, подчиняется уравнению для реакций первого порядка. Из сказанного видно, что кинетика процесса в рассмотренном случае зависит не только от коэффициентов массопередачи, но йот термодинамического фактора, определяемого величиной I. Приведенные кинетические уравнения для процесса десульфурации показывают,что унеличение интенсивности перемешивания должно привести к ускорению процесса (при условии, что йх достаточно велика). Количественные характеристики, дающие связь между скоростью десульфурации и условиями перемешивания, могут быть получены с использованием безразмерных комплексов. [c.379] Следует отметить, что из уравнения (XVIII.40) для суммарного процесса легко найти изменение концентрации серы в металле в зависимости от времени. [c.379] Отсюда видно, что скорость реакции при прочих равных условиях прямо пропорциональна поверхности раздела фаз и обратно пропорциональна массе металла (или глубине металлической ванны). [c.379] Задача, подобная рассмотренной выше, возникает при анализе процессов растворения газов в жидкостях. Опытные данные о растворении газов в жидкостях указывают на то, что непосредственно на границе фаз устанавливается равновесие вследствие более быстрого протекания химического взаимодействия по сравнению с процессами массопередачи. [c.379] С и С — соответственно концентрации этого вещества в жидкости на ее поверхности и в объеме. [c.380] Схематически распределение давления и концентрации в зависимости от расстояния от границы раздела фаз показаны па рис. XVIII.5 и ХУШ.б для хорошо и плохо растворимых газов. [c.380] Для растворов двухатомных газов в металлах, как указывалось в гл. V, между парциальным давлением и концентрацией существует соотношение С = = к / р. [c.381] Подобная зависимость наблюдается, например, при растворении азота в жидком железе. [c.381] Вернуться к основной статье