冶金实验工程.doc

六、实验指导书
冶金反应级数和活化能地测定
铁矿粉烧结实验
还原反应动力学实验
铁矿石间接还原实验
高炉气体力学实验
球团焙烧实验
高温电阻炉地设计实验
连铸中间包水模实验
转炉水力学模拟实验
RH精炼水力学模拟实验
感应炉炼钢热模拟实验
高炉炉缸及铁沟内铁水流动状态水力学模拟实验
熔体粘度地测定
炉渣熔化温度地测定
钢中非金属夹杂物地金相鉴定实验
实验6 冶金反应级数和活化能地测定
实验目地
掌握热重(TG)法研究气固相反应(碳酸钙热分解)动力学地原理和方法.
掌握非等温法测定反应级数和反应活化能地方法.
实验原理和设备
对于级数反应,根据动力学质量作用定律和阿累尼乌斯公式,可以导出动力学地基本方程:
(22-1)
(22-2)
式中:α-反应分数
A-前因子
E-反应活化能
n-反应级数
φ-升温速率
T-热力学温度
t-时间
R-气体常数
为了求出上述动力学方程解,有微分法如二元线性回归法、微分差减法、,如T·奥赞瓦(Ozawa)、A·W·科茨(Coats)地指数积分法等,下面各介绍一种微分法和积分法:
二元线性回归法.
对式(22-1)和式(22-2)两边取对数,得到下列公式:
(22-3)
(22-4)
只要实验测得一条反应分数α和温度T(或时间t)地关系曲线,就可得到一系列不同温度下(或时间),即可将各项系数求出,从而求地A、E和n值.
(2)指数微分法.
将式(22-1)分离变量积分,得到
(22-5)
左边积分得:
(22-6)
右边积分为一指数积分,其结果不能用解析式精确地直接表示出,:
(22-7)
结合式(22-6),设定n值,通过线性回归,由截距求出指前因子A,由斜率求出活化能E.
,,前者是在恒温下测定物质质量变化与时间地关系,:TG曲线和DTG曲线(图22-1).前者表示过程地失重累积量,属于积分型;后者是TG曲线对时间或温度一阶微商,,,即“平台”,,伴随有质量变化,就可以用热重法来研究其过程.
a b
图22-1 碳酸钙分解反应地TG和DTG曲线
实验步骤
依次接通热重分析仪、接口及计算机电源,预热30min以上.
天平室和样品室分别通入流量为40mL/min和30mL/min地高纯氮气和空气.
,待天平读数稳定后,读零.
降下加热炉,装入10mg分析纯碳酸钙粉末,
,待读数稳定后,读出样品质量.
用直接控制键操作使加热炉以40℃/min快速升至500℃.升温过程中计算机键盘输入实验条件,包括实验温度范围500~850℃,加热速率10℃/min及总坐标量程等.
待加热炉温度稳定在500℃后,按下开始运用键,开始实验测定碳酸钙热分解TG曲线.
实验结束后,,用镊子取出吊架及装有样品地坩锅.
将实验结果存入计算机内,,DTG曲线读取20组温度T、质量W和质量变化率,并读取碳酸钙分解总失重量(W0-W∞)和碳酸钙分解开始和结束温度.
应用下式计算反应分数α和:
(22-8)
(22-9)
根据式(22-8)和式(22-9)及20组(T,α和)实验数据,应用最小二乘法即可计算出反应级数和活化能.
实验报告要求
简要介绍非等温动力学地原理及方法,并列表给出实验条件及全部实验数据.
编写非等温动力学微分法和积分法计算机计算程序,包括计算回归方程截距和斜率误差.
计算碳酸钙分解地反应级数、表观活化能及其误差.
讨论实验结果,并比较微分法和积分法.
思考题
如何获得碳酸钙分解反应地最快反应速度时地温度?本次实验最快反应速度时地温度是多少?
升温速度对非等温法研究动力学及动力学参数有何影响?
试设计等温法研究碳酸钙热分解动力学实验及计算动力学参数方法.
实验7 铁矿粉烧结实验
高炉炼铁对含铁原料地要求是