Формула Шкодина—Какаванди выведена для схемы с расположением пор во всех направлениях, а результаты расчетов, как видно из рис. 9, не очень отличаются. Если {о«1 (fiR < 0,2), мы имеем дело с кинетическим режимом восстановления, т. е. режимом, где общая скорость процесса лимитируется скоростью собственно химической реакции. При этом режиме скорость процесса прямо пропорциональна внутренней поверхности и не зависит от размера пор, коэффициентов диффузии и размеров кусков материала.
При fiR > 15 осуществляется внутреннедиффузионный режим. В этом случае общая скорость процесса зависит от крупности гранул железорудного материала, радиуса пор и коэффициентов диффузии газов.
При 0,2 < ft/? < 15 наблюдается переходный режим. Основным недостатком этого показателя является то, что поры в куске железорудного материала имеют самые различные размеры, а в формулу (98) входит значение среднего размера пор – В связи с этим степень использования пор в одном куске может быть различной, а в полипористом материале одновременно могут иметь место разные режимы восстановления. По С. Т.Ростовцеву, критерием является показатель * = 5 (102)
Где к – константа скорости химической реакции; D — коэффициент диффузии газа через поры; а – удельная поверхность пор; f$- удельный объем пор.
!Г-IO3, С-‘
0 2 4 6 8 10 !2 JuB 0 0,2 OA 0,6 0,8 W
R, доли ед.
Fee. 9. Результаты расчета степени использования внутренней поверхности по Формулам Тиле (2) и Шкодина-Какаванди (2)
Рис. 10. Зависимость скорости восстановления v от степени восстановления R
При малых значениях S (< 0,1) процесс проходит в кинетическом режиме, т. е. скорость восстановления лимитируется скоростью химической реакции. При больших значениях S (>40) считают, что процесс идет в диффузионном режиме. Промежуточным значениям S соответствует переходная область. Считают, что при низких температурах восстановления проявляется кинетический режим, а при высоких диффузионный.
Однако значение критерия S является весьма приближен – .ным. К. К.Шкодин справедливо отметил, что общий объем пор не может характеризовать диффузионного сопротивления, так как в порах разного диаметра механизм диффузии неодинаков. Кроме того, в формуле (102) аир связаны зависимостью:
А = 2p/r, у ‘ ‘ f 5 (103)
Где г – средний радиус поры, поэтому в параметре S, видимо, необходимо учитывать не объем и поверхность пор отдельно, а средний радиус пор.
Естественно, что показатель S имеет те же недостатки, которые были отмечены выше при оценке критерия fiR. Кроме того, оба они не могут характеризовать режим, где лимитирующей стадией являются процессы в твердой фазе. Таким образом, можно сделать вывод, что эти показатели могут характеризовать лишь начальный этап процесса восстановления.
TOC \o «1-3» \h \z По упрощенным связям в кинетической области процесса восстановления скорость восстановления (v) связана со степенью восстановления (R), т. е. /
V ~ (1 – R)2/3. , – . (104)
В области, лимитируемой диффузией в порах, s
‘ \ Ч
V – (1 ~ *)1/3 . . №)
1 – (1-Я)1/з * < < ‘
– – • ‘ .•¦ ‘ Учитывая, что в реальном процессе с ростом степени восстановления один режим переходит в другой, общее изменение скорости соответствует комбинации этих формул, которая может быть упрощенно представлена зависимостью первого порядка: