مباحثی در ترمودینامیک تولید آهن

پاورپوینت مباحثی در ترمودینامیک تولید آهن

ترمودینامیک نقش کلیدی در فرآیند تولید آهن ایفا می‌کند، زیرا واکنش‌های شیمیایی مورد نیاز برای استخراج آهن از سنگ معدن به شدت وابسته به دما، فشار و انرژی آزاد گیبس هستند. در این مبحث، اصول ترمودینامیکی مرتبط با احیای اکسیدهای آهن، فرآیندهای کوره بلند و تعادل‌های شیمیایی بررسی می‌شود.

ترمودینامیک احیای اکسیدهای آهن

آهن به‌صورت ترکیبات اکسیدی مانند هماتیت (Fe₂O₃) و مگنتیت (Fe₃O₄) در طبیعت یافت می‌شود و برای استخراج آن باید این اکسیدها احیا شوند. فرآیند احیا معمولاً در کوره بلند و به کمک گازهای احیاکننده مانند مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H₂) انجام می‌شود.

۱. واکنش‌های اصلی احیا

• احیای هماتیت به مگنتیت:

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO23Fe_2O_3 + CO \rightarrow 2Fe_3O_4 + CO_23Fe2​O3​+CO→2Fe3​O4​+CO2​

• احیای مگنتیت به وُستیت (FeO):

Fe3O4+CO→3FeO+CO2Fe_3O_4 + CO \rightarrow 3FeO + CO_2Fe3​O4​+CO→3FeO+CO2​

• احیای وُستیت به آهن فلزی:

FeO+CO→Fe+CO2FeO + CO \rightarrow Fe + CO_2FeO+CO→Fe+CO2​

قانون گیبس و پایداری ترمودینامیکی

برای ارزیابی امکان‌پذیری ترمودینامیکی احیای اکسیدهای آهن، از انرژی آزاد گیبس (ΔG\Delta GΔG) استفاده می‌شود. طبق قانون گیبس، یک واکنش زمانی خودبه‌خودی است که مقدار ΔG\Delta GΔG آن منفی باشد:ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H – T\Delta SΔG=ΔH−TΔS

که در آن:

• ΔH\Delta HΔH تغییر آنتالپی (انرژی گرمایی)
• TTT دمای مطلق
• ΔS\Delta SΔS تغییر آنتروپی (بی‌نظمی سیستم)

نقش کوره بلند در تولید آهن

کوره بلند یکی از روش‌های رایج تولید آهن است که در آن، سنگ‌آهن به همراه کک (C) و سنگ آهک (CaCO₃) درون کوره قرار می‌گیرد. این فرآیند به دماهای بالا (حدود ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد) نیاز دارد.

واکنش‌های اصلی در کوره بلند

• تولید مونوکسید کربن:

C+O2→CO2C + O_2 \rightarrow CO_2C+O2​→CO2​ CO2+C→2COCO_2 + C \rightarrow 2COCO2​+C→2CO

• احیای سنگ‌آهن:

Fe2O3+3CO→2Fe+3CO2Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2Fe2​O3​+3CO→2Fe+3CO2​

• تشکیل سرباره:

CaCO3→CaO+CO2CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2CaCO3​→CaO+CO2​ CaO+SiO2→CaSiO3CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3CaO+SiO2​→CaSiO3​

چرا این پاورپوینت را دانلود کنیم؟

بررسی جامع مفاهیم ترمودینامیکی در تولید آهن
توضیح فرآیندهای احیا، تعادل‌های شیمیایی و واکنش‌های کوره بلند
مناسب برای دانشجویان مهندسی مواد، متالورژی و شیمی
ارائه فرمول‌های کلیدی و نمودارهای مرتبط

دانلود پاورپوینت

تصویر پیش نمایش فایل پاورپوینت

۳۰-۳-۳-۳۲