Неизотермическое протекание процессов цементации

Неизотермическое протекание процессов цементации наблюдается на практике при осаждении металлов из концентрированных растворов. При этом нередко происходит саморазогрев растворов. По способу реализации неизотермические процессы можно разделить на программно-регулируемые и адиабатические. Программно-регулируемыми являются процессы, в которых температура изменяется по заданному закону (линейному, нелинейному, ступенчатому) путем подвода энергии в реактор извне либо регулированием в последнем теплопередачи. Адиабатическим считается режим, осуществляемый в реакторе при отсутствии теплообмена с внешней средой, рассмотрим реакцию первого порядка, протекающую в реакторе, когда температура раствора изменяется по линейному закону. Кинетика реакция первого порядка описывается следующими уравнениями (в интегральной и дифференциальной форме).

Экспериментальная проверка уравнения (52) была осуществлена на примере цементации меди цинком в сульфатных цинковых растворах следующего состава, кг/м3: 60 Zn, 1,08 Cu; рН = 4,5. Цементацию вели на вращающемся цинковом диске с рабочей поверхностью 5,0 • 10~4 м: и скоростью вращения 4,0 об/с. Температуру растворов меняли от 293 до 335 К по линейному закону с тангенсом угла наклона прямой Ъ = 2,3071. Энергия активации процесса была найдена с помощью серии опытов, проведенных в изотермических условиях, и составила 18,16 кДж/моль. Ниже приведены экспериментальные (а) и рассчитанные по уравнению (53) (а ) значения степени превращения.

Адекватность модели (53) экспериментальным данным была подтверждена с надежностью 95 % с помощью F-критерия.

В связи с тем что интегрирование правой части дифференциального уравнения сопряжено со значительными математическими трудностями, было решено сформировать кинетическую модель реакции, протекающей в адиабатических условиях методом машинной имитации (ЭЦВМ).

Уравнение (55) оказалось адекватным результатам машинной имитации с надежностью 99 %. Экспериментальная проверка адекватности уравнения (55) была проведена на примере цементации меди цинковым порошком из раствора, содержащего 15,0 кг/м3 меди, в механическом агитаторе-термосе. О степени цементации меди судили до изменению температуры раствора. Правомерность использования этого метода исследования кинетики процессов цементации была подтверждена серией предварительных опытов. Температурный профиль реакции определяли с помощью графопостроителя Ц3_06. Энергию активации процесса, составившую 23 кДж/моль, определила с помощью двух политерм, полученных при начальных температурах 14,4 и 24,2 °С. На рис. 23 приведены экспериментальная и расчетная кинетические кривые. Модель (55) является адекватной экспериментальным данным с надежностью >95%.