ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТАНТЫ СКОРОСТИ И ЭНЕРГИИ АКТИВАЦИИ РЕАКЦИИ ОКИСЛЕНИЯ МАРГАНЦА

Кривобоков А.В.
Донецкий национальный технический университет

Источник: Металлургия и обработка металлов (выпуск 9) / Материалы научно-технической конференции. - Донецк: ДонНТУ, 2009. - 39-41.

   До настоящего времени в научной и технической литературе отсутствуют данные о константах скорости протекания основных сталеплавильных реакций: окисление Si, Mn, P и других.

   Отсутствие этих параметров не позволяет рассчитывать скорость окисления примесей в металлической ванне, определять лимитирующие стадии физико-химических процессов, сопровождающих рафинировочные реакции и другие явления.

   Рассмотрим прямую реакцию окисления марганца:

[Mn]+[O]→(MnO) (1)

   Эту реакцию можно рассматривать как реакцию второго порядка по реагентам марганца и кислорода.

   Для реакции второго порядка скорость ее протекания можно определить из уравнения:

(2)

   где W - cкорость прямой реакции, кг/м3*с; k - константа скорости прямой реакции (1), (м3*кг)/с; aMn и aO - стехиометрические коэффициенты, aMn = aO = 1; CMnн и COн - начальные концентрации марганца и кислорода в металле, кг/м3; х – параметр, характеризующий полноту протекания реакции.

   Параметр х равен нулю в начальный момент времени и увеличивается по мере накопления продуктов реакции (MnO).

   После разделения переменных х и τ и интегрирования при начальных условиях при τ = 0 х = 0, получим:

(3)

   Введем новые переменные:

(4)

(5)

   Тогда получим:

(6)

   Из выражения следует, что параметр n линейно зависит от времени τ. В координатах n, τ тангенс угла наклона прямой m•τ оси абсцисс (τ) будет равнятся m в уравнении (12).

   Из выражения    определяем константу скорости прямой реакции окисления марганца (1).

   Кажущуюся энергию активации реакции (1) можно определить из уравнения Аррениуса:

(7)

   где k - константа скорости прямой реакции, (м3*кг)/с; ko - параметр, независящий от температуры, (м3*кг)/с; Е – энергия активации реакции, Дж/кг; R - универсальная газовая постоянная, Дж/кг*К; Т - абсолютная температура, К.

   Для определения энергии активации (Е) необходимо определить значения константы скорости химической реакции при двух температурах Т1 и Т2:

(3)

   Зная величину (Е) можно определить параметр ko:

(9)

   Этот параметр должен быть одинаковой величиной при любой температуре. Следовательно, по среднеквадратическому отклонению этой величины можно оценивать погрешность эксперимента.

Литература

  1. Аналитическая химия. Проблемы и подходы: В 2 т: Пер. с англ. / Под ред. Р. Кельнера, Ж.-М. Мерме, М. Отто, Г.М. Видмер. - «Мир»: ООО «Издательство АСТ», 2004, с.421-424.
  2. Дымнич А.Х., Троянский А.А. Вопросы тепломассообмена в сталеплавильных процессах - Киев: Донецк: Вища шк. Головное изд-во, 2009, с.15-18.