Creeaza.com - informatii profesionale despre


Simplitatea lucrurilor complicate - Referate profesionale unice



Acasa » referate » chimie
Reducerea cu reducatori gazosi

Reducerea cu reducatori gazosi



Reducerea cu reducatori gazosi

In industria siderurgica reducatorii gazosi au o utilizare larga atat la producerea fontei in furnal cat si la producerea buretelui de fier.

Acest lucru este explicabil nu numai prin faptul ca resursele sunt mari ci si prin avantajele pe care le prezinta:

- asigura un contact bun cu minereurile;

- patrund in porii minereurilor;

- reactioneaza pe o suprafata mare.

In furnale aproximativ 55-60% din fierul minereurilor este redus cu reducatori gazosi. Reducatorii gazosi utilizati in siderurgie sunt: CO, H2, CH4.

1. Termodinamica reducerii cu CO (reducere indirecta)

Oxidul de carbon in furnale este principalul reducator gazos si de asemenea in majoritatea instalatiilor pentru producerea buretelui de fier.


Reactia generala de reducere cu CO este:

MeO + CO = Me + CO2                 ΔHR < 0;     ΔHR >  0

Daca activitatea oxidului si a metalului care sunt substante pure sau solutii saturate este egala cu 1 sistemul este monovariant (l=1), iar expresia constantei de echilibru este:

Conform celor aratate anterior, pentru ca procesul de reducere sa se poata desfasura este necesar ca ΔG > 0, pentru care se poate cere ca ΔG<  ΔGMeO, adica afinitatea oxidului de carbon fata de oxigen sa fie mai mare decat afinitatea metalului. Aceasta conditie nu este indeplinita intotdeauna asa ca nu orice oxid poate fi redus cu CO.

Pentru analiza termodinamica a proceselor de reducere cu CO prezinta o mare importanta influenta compozitiei fazei gazoase asupra tensiunii de disociere a CO2. Ea se obtine prin expresia constantei de echilibru a reactiei de completare a arderii:

2CO + O2 = 2CO2                    

de unde rezulta:

         sau

Variatia  cu compozitia amestecului CO - CO2 la temperatura constanta este redata in figura 3.2.

                              +15

                  lg P                                  T= 700 sC

                  atm        +6

Fig. 3.2. Variatia lg P cu compozitia amestecului CO – CO2 la T = 700 sC.

 


                                +3       CO

                            0

                                 -3                                   CO2

                                 -6

                         -15

Se observa ca la continuturi mici de CO2  (logaritmul tensiunii de disociere a CO2) are valori foarte mici care tind spre minus infinit. Deci CO pur este un reducator foarte puternic. Din aceasta figura rezulta de asemenea ca mici adaosuri de CO2 fac ca curba tensiunii de disociere a CO2 sa urce rapid, ceea ce insemna ca aceste mici adaosuri micsoreaza sensibil puterea de reducere a CO.

La valori foarte mari ale CO2 logaritmul tensiunii sale de disociere capata valori foarte mari, tinzand spre infinit. Deci CO2 este un oxidant puternic, dar puterea lui de oxidare scade la mici adaosuri de CO.

Intersectand curba tensiunii de disociere a CO2 cu orizontalele tensiunii de disociere a diferitilor oxizi se obtine compozitia amestecului gazos de echilibru in conditiile date pentru reactiile de reducere cu CO.

Din figura 3.3 rezulta ca CO poate reduce oxizii cu Cu2O, NiO, FeO, dar nu poate reduce MnO si SiO2.

                                                     %CO

                                  100   80    60      40      20     0

                                 -5             

                              P,                T = 700 sC

                             atm                 Cu2O                    1

Fig 3.3. Determinarea compozitiei fazei gazoase de echilibru la reducerea oxizilor cu CO.

 
                               -15            NiO                 

                                                CO2       2

                                                            3        FeO

                               -25        4

                              -30            MnO

                               -35            SiO2

                                    0     20     40     60      80  100

                                                  %CO2

Efectul termic al reactiilor de reducere cu CO depinde de caldura de formare a oxidului supus reducerii (MeO).

Reactia de obtinere poate fi obtinuta din reactiile:

 a)  2CO + O2 = 2CO2                  ΔH= - 565 110 J/mol O2

 b)  2Me +  O2 = 2MeO /-1             ΔH< 0

  c)  2MeO +2CO = 2Me + 2CO                  

Se observa ca c = (a - b) si conform legii lui Hess:

ΔH= [ ΔH – ΔH] = [ -565 110- ΔH]

Dar pentru ca ΔH2MeO este intotdeauna negativ atunci:

ΔH0= [| ΔH| – 565 110]                       (J)

Prin urmare pot fi intalnite urmatoarele cazuri:

1) | ΔH| > 565 110 J → ΔH > 0   reactia este endoterma;

2) | ΔH|<  565 110 J → ΔH < 0   reactia este exoterma;



3) | ΔH| = 565 110 J → ΔH = 0   caz ipotetic.

Variatia sistemului si compozitia fazei gazoase

 Daca se considera Me si MeO substante pure, numarul de faze este trei, l = Ci+2-f = 3+2-3 = 2. Deci sistemul este bivariant, ceea ce inseamna ca  compozitia fazei gazoase depinde de temperatura si presiune. Dar pentru ca in agregatele metalurgice presiunea se mentine constanta, rezulta ca compozitia fazei gazoase depinde numai de temperatura.

Influenta temperaturii depinde numai de semnul lui ΔH.

Influenta presiunii – reducerea cu CO decurge fara variatie de volum deci nu este influentata de presiune.

Influenta compozitiei initiale a fazei gazoase

Se aplica izoterma lui Van`t Haff:

ΔG = RT (ln Ci – ln Kp)

ΔG = RT

Pentru ca reactia sa aiba loc trebuie ca ΔGT<0, deci:

 <  .

In figura 3.4 este trasata curba de echilibru a reactiei generale de reducere cu CO.

                                100 %CO

                                   %COi(a)                 a      I                   1     

                                                                                       2              1 – MeO + CO → Me + CO2

                                                                                                       2 – Me + CO2 → MeO + CO

                                     % COe                       

                            % COi(b)                 b                          II

                       100 % CO2

                                                         T

Fig. 3.4. Influenta compozitiei initiale a fazei gazoase asupra sensului reactiei de reducere cu CO.

 


Curba imparte campul diagramei in doua domenii I si II.

In domeniul I, (%CO)i > (%CO)e deci reactia de reducere cu cu CO are loc. Rezulta deci ca in domeniul I exista atmosfera reducatoare, in timp ce in domeniul II exista atmosfera oxidanta [(%CO)i > (%CO)e], adica:      >  .

2. Reductibilitatea comparativa a oxizilor

Din punct de vedere termodinamic notiunea de reductibilitate deriva din echilibrul reactiilor de reducere.

Un oxid se considera cu atat mai usor reductibil cu cat la echilibrul reactiei de reducere faza gazoasa are un continut mai mic de reducator (CO, H2).

In siderurgie comparatia dintre oxizi din punct de vedere al reductibilitatii se face in raport cu FeO, a carui reductibilitate se considera medie. Deci oxizii a caror reductibilitate este apropiata este apropiata de cea a FeO se considera mediu reducatori, iar ceilalti sunt fie usor reductibili (NiO), fie greu reductibili (MnO).

Date privind reducerea FeO, NiO si MnO

Oxid

Reactia de reducere

ΔH

Kp

1000K

Compozitia fazei gazoase la echilibru

%CO

%CO2

NiO

NiO+Co=Ni+Co2

-37 883

390

0,26

99,74

FeO

FeO+CO=Fe+CO2

-13 175

0,613

62,00

38,00

MnO

MnO+CO=Mn+CO2

+116 756

4,58

x10-7

~100,0



4,58

x10-5

1) oxizi usor reductibili (Cu2O, NiO, CaO, Fe2O3, MnO, Mn2O3 etc.)

Kp>>1 pentru un interval larg de temperatura, %CO2~100%, ΔH<0, Kp scade cu cresterea temperaturii;

2) oxizi cu reductibilitate medie (Fe3O4, Mn3O4, MoO2, WO2 etc.)

Kp ≈1  (%CO2)e ≈ (%CO)e , ΔH mic (pozitiv sau negativ), iar Kp variaza putin cu temperatura;

3) oxizi greu reductibili (MnO, SiO2, Al2O3)

Kp<<1 chiar la temperaturi inalte, (%CO)e >> (%CO2)e , ΔH > 0, Kp creste cu cresterea temperaturii.

3. Termodinamica reducerii cu hidrogen

Hidrogenul este cel de al doilea reducator gazos ca importanta.

In furnal el are un rol minor, continutul lui in faza gazoasa fiind mic de (1,5 - 3%), dar la producerea buretelui de fier prin reducere directa in instalatii de tip HyL, Midrex, Purofer etc. hidrogenul obtinut prin conversia gazului metan are un rol de baza.

Reactia generala de reducere cu hidrogenul este:

MeO + H2 = Me + H2O           ΔH → 0

Relatia este valabila pentru MeO si Me substante pure sau solutii saturate.

Efectul termic al reactiilor de reducere cu hidrogen

Se procedeaza la fel ca la reducerea cu CO

  a)  2H2 + O2 = 2 H2O                  ΔH= - 504 124 J/mol O2  

  b)  2Me +  O2 = 2MeO /-1          ΔH < 0

c)  2MeO + 2H2 = 2Me + 2 H2O                 

ΔH0= [ ΔH – ΔH] = [ -504 124- ΔH]

ΔH0= [| ΔH| – 504 124]                (J)

Avand in vedere ca ΔH0298 pentru reactia de ardere a hidrogenului este mai mic in valoare absoluta decat cel pentru variatia de completare a arderii se poate spune ca, in ansamblu, reactiile de reducere cu hidrogenul a acelorasi oxizi sunt mai endoterme decat cele de reducere cu CO.

Din constanta de echilibru a reactiei de ardere a hidrogenului rezulta tensiunea de disociere a H2O:

                

 lg - lg KP + 2lg   = - lg KP + 2lg

In figura 3.5 este redata variatia lg cu compozitia amestecului H2 - H2O, la 700 oC, alaturi de orizontalele logaritmului de disociere ale unor oxizi usor reductibili (Cu2O, Ni2O), cu reductibilitate medie (FeO) si greu reductibili (MnO, SiO2).

                                     100   80    60      40      20     0

                                    -5                                            % H2

                                        -10           t = 700 sC

                        lg P,              Cu2O                   

                                  -15            NiO                 

                                  -20            H2O      

                                                                         FeO

                                  -25   

                                  -30            MnO

                                  -35            SiO2

                                       0     20     40     60      80  100  ,%H2O

Fig. 3.5. Variatia lg P cu compozitia amestecului H2 – H2O la t = 700 sC

 


Ca si in cazul reducerii cu CO se poate stabili compozitia fazei gazoase de echilibru la 700 oC pentru diferite reactii de reducere cu H2. In cazul oxizilor usor reductibili (Cu2O, Ni2O) amestecul gazos consta aproape numai in H2O ceea ce insemna ca acesti oxizi pot fi usor redusi cu H2.

Pentru oxizii: MnO, SiO2 faza gazoasa de echilibru ar trebui sa contina numai H2 (hidrogen pur) ceea ce este practic imposibil de realizat in agregatele siderurgice. De aceea acesti oxizi nu se reduc cu hidrogen.

Cand reducerea cu hidrogen a unui oxid are loc concomitent cu reducerea cu CO, in faza gazoasa se desfasoara inevitabil reactia gazului de apa:

CO2 + H2 = CO + H2O

In cazul in care in sistem exista si carbon mai sunt posibile urmatoarele reactii:

C + H2O = CO + H2

C + 2H2O = CO2 + 2H2

C + CO2 = 2CO.

In toate situatiile examinate, faza gazoasa consta din CO, CO2, H2 si H2O si are compozitia corespunzatoare echilibrului comun al gazului de apa si al reactiei Bell-Boudouard.

Asa cum a fost stabilit anterior la temperatura de 810 oC (1083 K) CO si H2 au aceeasi putere de reducere, insa la temperaturi mai mici de 810 oC CO este un reducator mai puternic decat H2, respectiv la temperaturi mai mari de 810 oC hidrogenul reprezinta un reducator mai puternic decat CO.

4. Reducerea oxizilor cu metan

Metanul ca atare se foloseste la scara redusa pentru reducerea oxizilor (de exemplu pentru oxizii de Cu, Co, Ni, Mo), fiind preferate gazele obtinute prin conversia lui.

Reactiile de reducere sunt urmatoarele:

A) 2MeO +  CH4 = 2Me + CO +  H2O;           ΔH < > 0

B) 2MeO +  CH4 = 2Me + CO + H2O;                ΔH < > 0

Efectele termice ale acestor reactii depind de efectul termic al reactiei de formare a MeO.








Politica de confidentialitate

.com Copyright © 2019 - Toate drepturile rezervate.
Toate documentele au caracter informativ cu scop educational.


Proiecte

vezi toate proiectele
 PROIECT DE LECTIE Clasa: I Matematica - Adunarea si scaderea numerelor naturale de la 0 la 30, fara trecere peste ordin
 Proiect didactic Grupa: mijlocie - Consolidarea mersului in echilibru pe o linie trasata pe sol (30 cm)
 Redresor electronic automat pentru incarcarea bateriilor auto - proiect atestat
 Proiectarea instalatiilor de alimentare ale motoarelor cu aprindere prin scanteie cu carburator

Lucrari de diploma

vezi toate lucrarile de diploma
 Lucrare de diploma - eritrodermia psoriazica
 ACTIUNEA DIPLOMATICA A ROMANIEI LA CONFERINTA DE PACE DE LA PARIS (1946-1947)
 Proiect diploma Finante Banci - REALIZAREA INSPECTIEI FISCALE LA O SOCIETATE COMERCIALA
 Lucrare de diploma managementul firmei “diagnosticul si evaluarea firmei”

Lucrari licenta

vezi toate lucrarile de licenta
 CONTABILITATEA FINANCIARA TESTE GRILA LICENTA
 LUCRARE DE LICENTA - FACULTATEA DE EDUCATIE FIZICA SI SPORT
 Lucrare de licenta stiintele naturii siecologie - 'surse de poluare a clisurii dunarii”
 LUCRARE DE LICENTA - Gestiunea stocurilor de materii prime si materiale

Lucrari doctorat

vezi toate lucrarile de doctorat
 Doctorat - Modele dinamice de simulare ale accidentelor rutiere produse intre autovehicul si pieton
 Diagnosticul ecografic in unele afectiuni gastroduodenale si hepatobiliare la animalele de companie - TEZA DE DOCTORAT
 LUCRARE DE DOCTORAT ZOOTEHNIE - AMELIORARE - Estimarea valorii economice a caracterelor din obiectivul ameliorarii intr-o linie materna de porcine

Proiecte de atestat

vezi toate proiectele de atestat
 Proiect atestat informatica- Tehnician operator tehnica de calcul - Unitati de Stocare
 LUCRARE DE ATESTAT ELECTRONIST - TEHNICA DE CALCUL - Placa de baza
 ATESTAT PROFESIONAL LA INFORMATICA - programare FoxPro for Windows
 Proiect atestat tehnician in turism - carnaval la venezia




Conditia termodinamica fundamentala a realizarii proceselor de reducere
Electroliza pe catod de mercur
BROMURA DE ARGINT
VITAMINE
DEZOXIDAREA OTELULUI
Echilibrul si modificari ale entropiei
CATALIZA ETEROGENǍ
Reducerea cu reducatori gazosi


Termeni si conditii
Contact
Creeaza si tu