Расчет продуктов реакции

[FOXOCON]

Металлургическая тема: Передел чугуна в сталь. Имеется 100 кг чугуна, в котором 4 кг - углерода и 96 кг железа. После продувки сгорело 2.5 кг углерода, каким образом можно оценить сколько при этом выгорит железа??? Реакции по которым идет процесс:

окисление:
Fe + 1/2O2 → FeO↓
2Fe + 3O2 → Fe2O3↓
С + O2 → СО2
2С + O2 → 2СО

восcтановление(T>1475oC):
2FeO + C → 2Fe + CO2
2Fe2O3 + 3C → 4Fe + 3CO2

Скорости реакций и изменение энергии Гиббса просчитаны. Но как это все связать с угаром железа - не знаю(( Да и каким другим способом это все можно определить - тоже ничего в голову не приходит.
Все параметры, которые могут понадобиться при оценке считать известными. Температура чугуна(в начале процесса 1300 оС), объем постоянный и тоже известный, расход воздуха и т. д.

[EvgeniX]

Имеется 100 кг чугуна, в котором 4 кг - углерода и 96 кг железа. После продувки сгорело 2.5 кг углерода, каким образом можно оценить сколько при этом выгорит железа???
...
Скорости реакций

Из скоростей и количества превратившегося углерода нужно получить время реакции. Зная время реакции и константы для окисления железа можно рассчитать, сколько превратится его.

[FOXOCON]

А как это приблизительно сделать??? Как связать скорости реакций со временем протекания всего процесса??? Трудность в том что тут одновременно протекают несколько реакций.

[EvgeniX]

А как это приблизительно сделать??? Как связать скорости реакций со временем протекания всего процесса???

Нужно проинтегрировать выражение для скорости реакции (зависимость скорости от концентраций, сост. по закону действующих масс).

[FOXOCON]

Пусть весь углерод угорает по реакции 2FeO + C → 2Fe + CO2. скорость реакции V = dc/dt, dc - изменение концентрации углерода(моль/л). Пусть обьем известен и равен W. НО данная реакция протекает при разных температурах, значит меняется и скорость реакции V - это же тоже нужно как то учесть.
V я определял из формулы dG = -R*T*lnV.

dt= V*dc, V=V(T), dc=dn/W, dn - изменения концентрации углерода в молях
Интегрировать от начального количества молей, т. е. от 4кг/12*10^(-3)кг/моль до 1.5кг/12*10^(-3)кг/моль (сгорело 2.5 кг углерода)

Я правильно Вас понимаю ?

[EvgeniX]

Честно говоря, тут и реакция вроде топохимическая (возникают твёрдые осадки?)
Проще составить математическую модель, забить её в программу и прокрутить время до нужного момента, посмотреть остальные параметры.

[FOXOCON]

Осадки будут.
Блинн.. а что за математическая модель? Что за программа... ? Как это сделать?

Помоги разобраться пожалуйста...

[Maksym]

Вам необходимо составить систему дифференциальных уравнений Ваших реакций. Необходимы значения констант скорости и энергий активации реакций. Далее отдельное уравнение для учета теплового эффекта. Загоняете эту систему в какой-нибудь мат пакет. Когда я учился в университете, использовал Maple.
Численно решаете эту систему, оцениваете результат анализом обычных параметров типа степени превращения, селективности итд.
В общем, Вам необходимо почитать книги\методички по ОХТ(общая хим. технология).

[FOXOCON]

Если я это все составлю, то численно наверное уже решу. Не совсем понимаю что собой представляет дифференциальное уравнение химической реакции... Почитал пособия по ОХТ по инету - пока толку мало (( Может вы порекомендуете конкретных авторов?

[EvgeniX]

Если я это все составлю, то численно наверное уже решу. Не совсем понимаю что собой представляет дифференциальное уравнение химической реакции... Почитал пособия по ОХТ по инету - пока толку мало (( Может вы порекомендуете конкретных авторов?

A + B => C (k1)
C => A + B (k_1)
A => D (k2)

Получается что-то вроде этого (по з-ну действующих масс для гомогенной жидкой или газофазной системы):
dA/dt = -k1[A] + k_1[C] - k2[A]
dB/dt = -k1[A] + k_1[C]
dC/dt = k1[A] - k_1[C]
dD/dt = k2[A]

где [X] - концентрация в-ва

[Maksym]

Систему уравнений составить не так-то уж и трудно. Вопрос в том, зачем это Вам необходимо. Если Вы собираетесь делать диплом или что-то вроде того, то это нормально, а вот если это для диссертации, то тут необходим более серьезный подход, тк большинство Ваших реакций ПЯТОГО порядка, а я верю в то, что существуют реакции третьего порядка. В любом случае, не включал уравнения материального и теплового балланса, тк это зависит от того, какую можель Вы выберете (реактор идеального смешения или идеального вытеснения, изотермический или адиабатический). Почитайте книжки (я пользовался местной методичкой фармацевтического университета), подумайте.

[FOXOCON]

Это должен быть диплом, причем не обязательно все до мельчайших подробностей рассчитать и учитывать всевозможные параметры. Задача стоит в том, что бы ОЦЕНИТЬ.
Спасибо за уравнения... попробуем поразбираться...