ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Основные факторы, влияющие на скорости физико-химических процессов из "Металлургия стали " Скорость химической реакции — это изменение концентрации какого-либо вещества, участвующего в реакции, в единицу времени. [c.54] В общем случае скорость реакции зависит от природы и концентрации реагирующих веществ, температуры и других внешних факторов. [c.54] Истинная константа скорости не зависит от концентраций и является той кинетической характеристикой реакции, которая комплексно учитывает влияние как химической и физической природы вещества, так и температуры и других внешних факторов. [c.55] Энергия активации реакции — это та минимально необходимая дополнительная энергия, которой должны обладать частицы (ионы, атомы, молекулы) сверх среднего уровня энергии, чтобы при встрече их с частицами другого компонента соударение привело к реакции (соударение было эффективным), т. е. она характеризует высоту энергетического барьера на пути перехода системы из начального состояния в конечное. Физическая сущность сказанного иллюстрируется схемой рис. 9. [c.55] Ввиду высокой температуры сталеплавильных процессов энергия активации гомогенных реакций небольшая (взаимодействующие части имеют высокий средний уровень энергии). Поэтому скорости таких реакций незначительно зависят от температуры и достигают огромных величин (скорости взрыва). [c.56] Часто наблюдаемое на практике влияние температуры на скорости сталеплавильных реакций объясняется изменением скорости не собственно химической реакции, а других звеньев реакции, например диффузионных процессов. [c.56] Принято считать, что если 420 кДж/моль ( 100 ккал/моль), то процесс находится в кинетической области (лимитируется скоростью химической реакции) при 170 кДж/моль ( 40 ккал/моль) процесс находится в диффузионной области (лимитируется скоростью диффузионного процесса). [c.56] Важнейшей характеристикой реакции, влияющей на ее скорость, является порядок реакции, под которым понимают сумму показателей степеней у концентраций реагентов в уравнении (16), которым описывается закон изменения скорости реакции. Бывают реакции первого, второго и других порядков, включая дробные порядки. [c.56] В связи с этим уменьшается и порядок реакции. Так, для реакции окисления углерода [С] + [0] = = С0 в общем случае Ус = [С] [О]. Следовательно, она имеет второй порядок. Однако в области высоких концентраций углерода (0,3—0,5%) концентрация кислорода в металле изменяется незначительно и можно принять [С], т. е. реакцию можно считать реакцией первого порядка. [c.57] Приведенная зависимость хотя и является упрощенной, но она, по крайней мере, качественно правильно отражает известную закономерность при данных условиях k = onst) по ходу процесса (реакции) остаточное содержание примеси в металле тем больше, чем выше ее исходная концентрация и чем меньше времени прошло от начала процесса, и наоборот. [c.57] Интегрирование уравнений типа уравнения (16), имеющих две и более переменные концентрации, обычными методами не всегда возможно. Поэтому их приводят к уравнениям с одной переменной, принимая остальные из них за постоянные. Однако следует иметь в виду, что такое упрощение часто бывает неоправданным. [c.58] Если скорость одной из стадий и существенно (на два порядка и больше) ниже, чем скорости остальных стадий, то тогда другими членами, кроме 1/Уг, можно пренебречь и получить иц =Vi, т. е. скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленной стадии. Однако если имеется несколько медленных стадий с соизмеримыми значениями скорости, то скорость всего процесса значительно меньше, чем у наиболее медленной стадии, так как сохраняется влияние других звеньев. [c.58] Как уже отмечалось, скорость реакций в сталеплавильных ваннах часто определяется скоростью диффузии. [c.58] Коэффициент диффузии в спокойной среде обычно называют коэффициентом молекулярной диффузии, коэффициент диффузии в движущейся среде (жидкости, газе) называют коэффициентом турбулентной диффузии. [c.59] В жидких шлаках коэффициент диффузии частиц на один-два порядка меньше, чем в жидком металле, так как вязкости этих фаз различаются примерно на такую величину. [c.60] Вследствие малых значений коэффициентов молекулярной диффузии в спокойных жидких фазах массопе-редача (массоперенос) протекает очень медленно, поэтому невозможно реализовать сталеплавильные процессы в обычных агрегатах без перемешивания фаз. [c.60] В результате перемешивания ванны значения коэффициентов турбулентной диффузии настолько возрастают, что диффузия в объемах фаз протекает с очень большой скоростью, и в объеме каждой фазы концентрации компонентов становятся примерно постоянными. Поэтому существенное значение имеет диффузия на границах раздела фаз, где имеются тонкие пограничные (поверхностные) неподвижные или непереме-шивающиеся слои. В этих слоях, называемых слоями Прандтля, массоперенос преимущественно осуществляется в результате молекулярной диффузии. [c.60] Таким образом, передача вещества из одной фазы в другую является сложным процессом, имеющим лимитирующее звено. Процесс осложняется еще тем, что концентрация примеси на поверхностном слое может изменяться не только вследствие сопротивления диффузии, но и из-за поверхностной активности некоторых примесей, т. е. склонности их к адсорбции — повышению концентрации в поверхностном слое. [c.61] Часто принимают D/o = p, эту величину называют коэффициентом массопереноса (массопередачи). [c.61] Вернуться к основной статье