Download miễn phí Đề tài Dòng và truyền chất trong trường hợp dòng có ma sát, dòng chảy tầng bị cưỡng bức
Một sự giải chính xác phương trình vi phân của sự cân bằng lực trong một dòng chỉ có thể được với các điều kiện đơn giản, có hình dạng hình học xác định, nếu là dòng chảy tầng. Sự cân bằng lực trong trường hợp chung bao gồm lực quán tính, lực ma sát là những nội lực, trọng lực và áp lực là những ngoại lực.
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2013-11-30-de_tai_dong_va_truyen_chat_trong_truong_hop_dong_c.qiERipLkar.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-48437/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
RONG LUYỆN KIM
1. Khái quát
Trong các quá trình luyện kim các phản ứng thường bao gồm ba giai đoạn:
- Sự vận chuyển chất phản ứng tới biên giới pha
- Phản ứng hoá học trên biên giới pha
- Vận chuyển chất phản ứng khỏi biên giới pha
Tốc độ của quá trình có thể chia thành 2 trường hợp:
(1) Nếu tốc độ của quá trình chuyển chất lớn hơn quá trình phản ứng hoá học ở biên giới pha thì tốc độ của quá trình này chỉ phụ thuộc vào động học của quá trình phản ứng hoá học ở biên giơí pha.
(2) Nếu tốc độ của quá trình chuyển chất nhỏ hơn tốc độ của phản ứng hoá học ở biên giới pha thì tốc độ của quá trình phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ chuyển chất.
Với trường hợp (1): tốc độ là kết quả của quá trình động học của phản ứng được thể hiện qua hệ số đặc trưng K và sự chênh lệch nồng độ là động lực học của phản ứng.
Vpư= k(ciI - ci*I)
Người ta có thể dùng qui luật của mật độ dòng điện để mô tả tốc độ của phản ứng và sự phụ thuộc của nó vào hệ số K và độ chênh nồng độ mà sản phẩm là điện trở và hiệu điện thế. Tốc độ phản ứng được biểu thị qua mật độ dòng khối lượng i (g/cm2s), trọng lượng vật chất j (mol/cm2s) hay tốc độ V(cm3/cm2s), mật độ dòng khối lượng j được sử dụng để nêu khái niệm cho tốc độ của mật độ dòng vật chất.
Với trường hợp (2): tốc độ của quá trình chuyển chất cũng được thể hiện như trong các phản ứng ở biên giới pha thông qua mật độ dòng khối lượng. Ta có thể thấy rằng mật độ dòng khối lượng tỷ lệ thuận với độ chênh nồng độ ở bên trong và biên giới pha. Tốc độ dịch chuyển của vật chất (mol/s) được diễn tả qua mật độ dòng khối lượng n. Nó được tính bằng tích mật độ dòng với mặt phẳng trao đổi:
n = j.F
Mật độ dòng khối lượng vận chuyển đến pha I có giá trị:
J I = bI(CI -CiI)
Mật độ dòng khối lượng chuyển khỏi pha II:
J II = bII(CII -CiII)
b: là hệ số chuyển chất (cm/s)
C: là nồng độ (mol/cm3).
Với :
(1/ bTổng ) = (1/ bI + 1/ k + 1/ bII * K )
bTổng: là hệ số truyền chất tổng.
Ta có:
J = bTổng (CI -CiII /K)
Có thể nói K đặc trưng cho tốc độ phản ứng còn b đặc trưng cho quá trình vận chuyển chất.
2. Các dạng phản ứng
Trong thực tế người ta có thể chia làm 3 dạng phản ứng:
- Phản ứng nối tiếp
- Phản ứng chuyển biến hai lần
- Phản ứng phân nhánh
+ Các phản ứng nối tiếp:
Một phản ứng nối tiếp là phản ứng xẩy ra qua nhiều biên giới pha nối tiếp nhau.
Ví dụ: Quá trình vận chuyển ôxy để khử C và các tạp chất phi kim từ khí qua lớp xỉ chứa oxit sắt tới sắt lỏng, sau đó được phân tách ra nhờ quá trình oxi hoá của các nguyên tố đã hoà tan trong thép lỏng.
+ Phản ứng kế tiếp hai lần:
Ví dụ: phản ứng khử S giữa pha xỉ-kim loại:
A +B2- = A2- +B
Chóng ta giả thiết rằng cấu tử A và B hoà tan trong pha I (kim loại) ; A2- và B2- trong pha II (xỉ). Ta có thể sử dụng mô hình điện để biểu diễn như sau:
CBI
CAII
CBII
CAI
Ta nhận thấy các cấu tử AI và BII được vận chuyển tới biên giới pha và các cấu tử AII và BI vận chuyển khỏi biên gioeí pha. Cho 4 dòng vật chất này có thể dùng các công thức sau:
J =b AI (CAI - CA*I); J =bIIA (CBII -CB*II) ; J =b BI (CBI* - CBI); J =b AII (CAII* -CAII)
Qua việc mô tả theo mô hình trên cho thấy sự truyền chất A từ kim loại vào xỉ, qua việc lựa chọn một cách thích hợp nồng độ các cấu tử trong xỉ và kim loại mà có thể điều chỉnh theo mong muốn hay ta chỉ việc điều chỉnh thành phần của xỉ để chuyển các nguyên tố A cần loại bỏ ra khái kim loại.
Ví dụ: Cần loại bỏ S hay P khái kim loại lỏng, tỷ số phân bố (S*)/[S*] và (P*)/[P*]>1.
Sự khử S cho gang và thép được tiến hành nhờ xỉ bão hoà CaO-Al2O3. Kim loại xẽ được khử ôxy bằng nhôm:
[S] + 2/3 [Al] + (CaO) = (CaS) + 1/3(Al2O3)
Nếu [S] và [Al] tuân theo định luật Henry và a(CaS) = (S)fCao thì hằng số cân bằng KS được tính:
KS=[(S)f(CaO) a1/3(Al2O3)] / a(CaO)[S] [Al]2/3
Trong đó f(CaS) là hằng số, cho tất cả dòng vật chất, có thể coi gần đúng là hệ số truyền chất của tất cả các cấu tử trong kim loại và trong xỉ là bằng nhau. do đó phương trình dòng vật chất có thể viết :
J[S] = bM{[S] -[S*]}
J[Al] =bM{[Al]-[Al*]}
J(S) =b(S){(S)_(S*)}
J(CaO) =b(S){(CaO) -CaO*)}
J(Al2O3)= b(S){(Al2O3)-(Al2O3*)}
bM: hệ số truyền chất trong kim loại
b(S): hệ số truyền chất trong xỉ
Giá trị của tỷ số b(S) / bM » 0, 1® 0, 4.
+ Phản ứng phân nhánh:
Phản ứng phân nhánh xuất hiện nếu một nguyên tố phản ứng đồng thời với nhiều nguyên tố khác. Trường hợp thực tế nguyên tố ôxy sẽ ôxy hoá nhiều nguyên tố khác nhau.
Sơ đồ ôxy hoá: C; Si; Mn:
1/2O2 FeOn FeOn O O
B/giíi pha khÝ- xØ
B/giíi pha xØ/KL
B/giíi klo¹i/bät khÝ
KhÝ xØ k/lo¹i bät khÝ
Mn
Si
SiO2
MnO
C
CO
Ôxy đi từ môi trường khí qua lớp biên giới khí -xỉ đi vào trong xỉ và tạo thành FeOn, ôxyt này phản ứng ở biên giới pha xỉ và kim loại, một phần ôxy hoà tan vào trong sắt, một phần tác dụng ôxy hoá Si và Mn tạo thành SiO2 và MnO, các ôxyt này đi vào trong xỉ. Ôxy đã hoà tan ở biên giới pha kim loại - bọt khí tạo thành CO. Tổng của các dòng vật chất đến phải bằng tổng các dòng vật chất đi khỏi, ở một phản ứng riêng lẻ, dòng vật chất ở hai phía biên giới pha phải bằng nhau. Ở đây các bước xác định tốc độ cần quan tâm nh sau:
- Vận chuyển (FeOn) từ bên trong xỉ tới biên giới pha xỉ - kim loại
- Vận chuyển ôxy từ biên giới pha xỉ- kim loạivào kimloại và từ kimloại tới biên giới pha kim loại - khí
-Vận chuyển Si từ kim loại tới biên giới pha kim loại- xỉ.
II. chuyển khối
1. Các khái niệm
Nếu gọi C là nồng độ của một nguyên tố hoà tan trong mét pha lỏng và X là hướng thẳng góc với biên giới pha, thì mật độ dòng khối lượng thẳng góc với biên giới pha, ta có tổng của mật độ đó là:
Trong đó:
D: hệ số khuếch tán
u: tốc độ dòng thẳng góc với biên giới pha
c: nồng độ
-D(dc/dx): khuếch tán theo định luật Fick I
uc: chuyển dòng
Trong điều kiện kỹ thuật, trong một chất lỏng, như mẻ nấu kim loại, trong xỉ hay trong khí, luôn luôn xuất hiện các dòng chuyển động theo dạng nào đấy, có đủ độ lớn và theo hướng để vận chuyển chất lớn hơn sự truyền chất nhờ khuếch tán. tất cả các dòng gần biên giới pha phải theo hướng dao động song song với biên giới pha. các cấu tử có tốc độ thẳng góc với biên giới pha ở gần biên giới pha bằng 0, do đó sự chuyển chất đối lưu cũng trở lên bằng 0. Bấy giờ chỉ còn chuyển chất cho quá trình khuếch tán là có khả năng, ở trường hợp này sự vận chuyển chất ở bên trong và biên giới pha phải bằng nhau. Nh vậy ở biên: -D(dc/dx) >> uc.
Ở bên trong (dc/dx) là nhỏ có thể bỏ qua do nồng độ gần đồng đều. Ở bề mặt thì ngược lại, sự chênh lệch nồng độ này rất lớn, do đó sự vận chuyển bằng khuếch tán chất ở đây chứng thực. Điều đó có nghĩa là: ở những dòng mạnh, thì sự cản trở vận chuyển ở bên trong của mẻ nấu gần bằng 0 và chỉ lớp ngoài mới tồn tại một cản trở vận chuyển. Người ta biểu thị vùng ngoài này là lớp khuếch tán giới hạn hay lớp nồng độ giới hạn và chiều dày lớp giới hạn này được biểu thị bằng dN
N/®é C
Kho¶n...
