1．未反应核模型.PPT

可以看出，液—液相反应的限制性环节可分为扩散和化 学反应两类。高温冶金过程的限制性环节多为扩散控制。 双膜理论认为：在两种流体界面两侧，由于摩擦力的作用，各存在一层静止不动的液体“薄膜”，不管相内流动的湍动程度如何，由于膜的抑制，湍流无法到达两相界面。各相中的传质独立进行，互不干扰。 虽然这种假设不符合实际情况，但由于双膜理论数学描述简单，直观，仍然广泛地应用于液—液相反应动力学描述。 下图为渣钢两相反应的双膜理论示意图。 图3-5 双膜理论浓度分布示意图 经界面反应转变为产物，其浓度为Ci（A） 当其扩散到界面时，浓度下降为Ci[A] 组元A在金属相的浓度为C[A] 然后产物离开界面向渣内部扩散，其浓度下降为C（A） 整个过程由串联的三个步骤构成，每一步的速率表达式为： 一般情况下，高温冶金过程的介面化学反应速度很快， 可以认为处于平衡态，界面浓度趋于平衡浓度，即有 因而，界面化学反应速率可表示为 设过程处于稳态进行之中，即 消去无法直接测定的界面浓度Ci（A）和Ci[A]，并经整理得 该式既为钢渣界面反应总速率方程。 即 Richardson在研究界面两侧流体运动的速度分布时，发现存在下述 关系： 式中： k1、k2质系数 ν1、ν2两相的动粘度系数； D1、D2两相的扩散系数。 正常情况下，液态金属中的元素扩散系数远大于渣中组元的扩散系 数，金属侧的扩散不会成为限制性环节。 液—液相反应只有在两相接触时才能实现传质，因而一相运动必 然要影响到另一相。所以两相的传质系数kM和kS是相互关联的。 习题和思考题 冶金过程的动力学一般有哪些基本环节，不同环节的影响因素又有哪些？ 试述化学反应等温式，并说明为何在冶金中广泛使用表观化学反应级数、表观反应速度常数和表观化学反应活化能的概念。 试述确定反应限制性环节对动力学研究的意义。 “冶金反应动力学问题主要是传质问题”，这个说法对吗？你怎样理解？ 铁精矿球团在 1123 K 用 CO 还原。通过减重法测得还原深度R与还原时间 t 的关系如下表： 试判断还原反应的速率限制步骤。 t(min) 10 20 30 40 50 60 70 R(%) 12 23 32 40 46 52 59 6. 在某一温度下，实验一水溶液中沉淀过程的沉淀率r与沉淀时间t的 关系如下： 试求此沉淀过程的动力学方程，并初步判断其成核机理。 7. 使用7.11mol/L的硫酸浸出钛铁矿。铁的浸出率 R 与浸出时间 t 的关系如下表所示。试判断浸出反应的速率限制步骤，并计算浸出反应的活化能。 t(min) 10 20 30 40 50 60 70 r(%) 0.4 6.5 27.0 63.2 92.3 99.0 100 T，°C t，min 20 30 40 50 60 70 80 95 9.40 13.31 17.80 21.91 25.55 30.01 33.78 100 10.79 16.77 23.43 28.13 31.00 36.29 40.54 105 12.50 19.85 26.25 31.87 38.14 41.68 45.74 110 15.41 23.14 29.77 35.86 42.06 47.71 52.60 118 19.84 31.08 40.24 47.17 55.55 60.57 65.11 试绘出完整的气 / 固反应模型示意图（固相有一个产物层和一个未反应核），说明反应包括哪几个环节，写出各环节分别为速率限制步骤时的速率方程并分析之。 液相A、B之间发生反应，在 A 相强烈搅拌的条件下， A 的传质速度足够快而不成为速率限制步骤。试利用双膜理论模型推导反应的动力学方程。（提示：反应受界面化学反应及 B 相的扩散步骤控制，可设各相中的物质浓度，用符号表示） 某片状矿物呈现强烈的各向异性，在浸出时浸出反应只在如图的环面上进行，而上下两平面呈惰性。假定浸出反应受化学反应步骤控制，试导出浸出反应的动力学方程