气液相反应动力学.ppt

1 7 1气泡行为与气 液传质 7 2气泡与钢液的作用及钢液净化动力学 7 3真空冶金动力学 第七章气 液相反应动力学 2 气 液相反应 炼钢中脱碳 钢液真空脱气 冰铜吹炼 氧化精炼等 7 1气泡行为与气 液传质7 1 1气泡生成气泡形成途径 在溶液中溶解气体过饱和形成气相核心 气流通过喷咀形成气泡 铜锍转炉吹炼 均相成核 气泡在均一相内部产生 需要很大的过饱和度 按照Richardson研究 需要50 100大气压 一般极难实现 如在钢液中产生半径10 7m大小的气泡 则表面张力所产生的附加压力达30MPa 非均相成核 盛装液体的容器表面上有大量微孔隙 液相未浸入 孔隙为气液反应形成气泡核心 3 7 2气泡与钢液的作用及钢液净化动力学 利用气泡和钢液的相互作用去除钢中杂质元素称为 气泡冶金 如CO去除H N Ar N2 去除H C 7 2 1鼓氮脱氧动力学1机理 鼓入氮气泡脱氧机理是利用氮气的稀释作用 降低气泡中CO分压 促使碳氧反应进行 以CO形式去除钢液中的溶解氧 1 溶解在钢中的氧和碳通过钢液边界层扩散到气泡表面 2 在氮气泡表面发生化学反应 3 生成的CO气泡从气泡表面扩散 气泡内部 上浮排出 4 7 2 2传质速率方程 气泡与液体的传质通量为 8 1 A 气泡表面面积 在液体中的传质系数 的浓度 在气液界面处的浓度 传递系数 为接触时间 相间传质渗透理论 5 7 2 3速率控制步骤 在冶金中大多数的气液反应的速率控制步骤是气泡与液体间传质 由 8 1 式知 反应速率与液相中扩散组分A的浓度成正比 气泡直径越小 转化率增加 如氩气泡从熔融铝中脱氢的过程为传质过程所控制 氩气铝液脱氢的动力学曲线 如要判断过程是否是扩散控制 可将液体中扩散组分浓度的对数值与反应时间的关系画在图上 如果所得的关系是直线则过程就为扩散所控制 6 7 3真空冶金动力学 在真空条件下 去除金属液中溶解的氢 氧等有害杂质 机理 1 溶解于金属液中的气体原子通过对流和扩散迁移到金属液面或气泡表面 2 在金属液面或气泡表面发生化学反应 生成气体分子 3 气体分子通过气体边界层扩散进入气相 或被气体带入气相 被真空泵抽出 钢液中脱氢 脱氧均由钢液边界层中的传质控制 传质速率 7