V ~ (1 – R). * (106)
Выражения (104)-(10б) графически Изображены на рис. 10. 78
Влияние различных факторов на скорость восстановления
Влияние температуры
Химический акт восстановления оксидов железа газом является гетерогенной реакцией. По аналогии с реакциями в гомогенной среде эту зависимость можно описывать законом Аррениуса:
К = к0ехр(-?/ RT), (107)
Где к — константа скорости химической реакции; Г – абсолютная температура, К; к0 — предэкспоненциальный коэффициент; Е— кажущаяся энергия активации процесса.
Связь скорости диффузии с температурой зависит от механизма диффузии: для свободной диффузии газа в газовой Cj^eoH крупных порах скорость возрастает пропорционально T ‘ ‘ ‘ , а в мелких порах даже замедляется пропорционально T0,5. Скорость же активированной диффузии газа или компонентов в твердой фазе подчиняется экспоненциальной зависимости, в результате чего резко ускоряются процессы на реакционной поверхности, а следовательно, и восстановление в крупных порах. Одновременно снижается величина поверхности пор, доступных воздействию газа- восстановителя, так как возрастает поверхность пор, в которых газ успел достигнуть равновесного состава. В результате суммарная диффузия возрастает не в той мере, как растет скорость диффузии в твердой фазе. Итак, влияние температуры на скорость диффузии должно быть более резким для материалов с большой долей крупных пор.
Влияние давления >
Влияние давления на процесс восстановления оксидов сложно и зависит от того, в каких условиях идет восстановление и какой восстановитель используется. Если восстановление проходит с применением оксида углерода или водорода, то влияние давления на скорость процесса восстановления в большой степени зависит от того, какой этап является лимитирующим. Процессы внешней диффузии (диффу-.
79
Зия газа в пограничном слое и крупных порах) подчиняются законам свободной диффузии, поэтому ее скорость не зависит от давления. Связь между скоростью собственно химической реакции v и парциальным давлением газа – восстановителя р выражается уравнением
V = кр/( 1 + Кр)
Или менее точно
V ~ кр», (109)
Где к и п— константы, a it < 1.
Таким образом, в кинетической области скорость восстановления газом должна увеличиваться с повышением давления, стремясь к некоторому пределу. Изменение давления существенно влияет на внутреннюю диффузию. В связи с этим повышение давления ускоряет диффузию газа в порах, размеры которых соизмеримы с длиной свободного пробега молекул, то восстановление ускоряется лишь в том случае, если в восстанавливаемом материале имеются мелкие поры. Такое обеспечение ускоряющего действия давления впервые предложено С. Т.Ростовцевым и позднее экспериментально доказано К. К.Шкодиным.
Для железорудных материалов, большинство пор которых доступно газу-восстановителю, ускорение диффузии увеличивает концентрацию восстановителя и уменьшается концентрацию продукта восстановления на поверхности восстанавливаемого материала. В результате при повышении давления восстановления должно ускоряться в той мере, в какой увеличение градиента концентрации в слое восстановленных продуктов влияет на скорость восстановления.
Для железорудных материалов, в которых велика доля пор малого размера, с повышением давления при снижении длины свободного пробега молекул все большая поверхность становится доступной воздействию восстановителя, в результате чего влияние давления должно быть более заметным.
(108)
Как для кинетического, так и для диффузионного режимов с ростом давления его воздействие должно уменьшаться. Например, в диффузионной области при определенном давлении средняя длина свободного пробега станет меньше сред – 80 него размера самых мелких пор и дальнейшее его повышение должно перестать влиять на скорость восстановления.
(НО)
Более сложно давление воздействует на восстановление твердым восстановителем. При повышении давления прежде всего сдвигается влево равновесие реакции CO2 + C = 2СО. Следовательно, давление увеличивает скорость протекания реакции, при этом значение текущей концентрации удаляется от равновесных значений. Скорость окисления углерода углекислым газом обычно связывают со значением реакционной способности восстановителя, т. е.