Температура початку відновлення оксиду

Система, в якій протікають реакції (7.1) і (7.2) складається з п'яти речовин, пов'язаних між собою двома рівняннями реакцій. Отже, кількість незалежних компонентів системи k = 3. При відсутності розчинів кількість що знаходяться в рівновазі фаз f = 4, а число ступенів свободи системи

C = k + n - f = 3 + 2 - 4 = 1.

Це означає, що однозначно охарактеризувати систему можна, вказавши температуру або тиск.

При постійному тиску кількість ступенів свободи системи стає рівним нулю. Це означає, що система з чистих металу, оксиду, вуглецю, СО і СО2 може перебувати в стані рівноваги тільки при одній температурі, яка визначається складом газової фази.

Сказане вище показано на малюнку 7.1. З малюнка видно, що при постійному тиску реакції (7.1) і (7.2) можуть одночасно перебувати в стані рівноваги тільки при одній температурі Тр.

Розглянемо процеси, які протікають в системі при температурах відмінних від Тр.

З малюнка 7.1 видно, що при Т> Тр в системі немає газової фази, яка задовольняла б умовам рівноваги реакцій (7.1) і (7.2) одночасно.

Малюнок 7.1 - Залежність складу рівноважної газової фази від температури для екзотермічної реакції непрямого відновлення і реакції С + СО2 = 2СО при постійному тиску

У цих умовах реакція (7.2) протікає в напрямку освіти додаткової кількості оксиду вуглецю і (% СО) в загальній для двох реакцій газовій фазі збільшується. При цьому газова фаза перестане відповідати умовам рівноваги реакції непрямого відновлення, яка буде протікати в напрямку відновлення оксиду і освіти додаткової кількості СО2. Результатом одночасного протікання реакцій (7.1) і (7.2) буде процес, який описується рівнянням реакції прямого відновлення (7.3).

Сказане вище можна представити наступною схемою

При наявності в початковому стані надлишку вуглецю оксид металу буде повністю відновлений і частина вуглецю залишиться не використаною. При цьому рівновагу в системі буде досягнуто, коли склад газової фази буде відповідати точці в на малюнку 7.1.

При помірних температурах в складі рівноважного газу може знаходитися значна кількість СО2. Це означає, що відновлення оксиду протікає як по реакції (7.3), так і по реакції (7.4).

При нестачі вуглецю він буде повністю витрачений і частина оксиду залишиться не відновленої. При цьому рівновагу в системі буде досягнуто, коли склад газової буде відповідати точці б.