Теория гомогенных и гетерогенных процессов

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
УТВЕРЖДАЮ
Руководитель Департамента
образовательных программ и стандартов
профессионального образования
_______________________ В.И..Кружалин
"_05_" __июня__ 2002 г.
ПРИМЕРНАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ТЕОРИЯ ГОМОГЕННЫХ И ГЕТЕРОГЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Рекомендовано Минобразованием России для направления подготовки
дипломированных специалистов 651800 Физическое материаловедение
Специальность 070800 Физико-химия процессов и материалов
Москва 2002 г.
1. Цель дисциплины
Научить анализу термодинамических и кинетических закономерностей межфазных
взаимодействий в простых и сложных системах; анализу структуры и свойств гомогенных и
гетерогенных систем; оценке эффективности анализируемых процессов; анализу неравновесных
процессов и диссипативных структур.
2. Практические умения и навыки
Уметь рассчитывать термодинамические и кинетические характеристики гомогенных и
гетерогенных процессов; оценивать условия их протекания и факторы регулирования
скоростей; разрабатывать, используя ЭВМ, модели равновесия и кинетики процессов в
гомогенных и гетерогенных процессах.
3. Объем дисциплины и виды учебной работы (час)
Табл.1
Вид учебной работы
Общая трудоемкость
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Семинары (С)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа
Курсовой проект (работа)
Расчетно-графическая работа
Реферат
Другие самостоятельные работы
Вид итогового контроля
Всего
часов
180
102
51
51
78
Семестры
6
7
90
90
51
51
34
17
17
34
39
39
зачет
экзамен
4. Содержание учебной дисциплины
4.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
Табл.2
№
Раздел дисциплины
1. Введение. Состав и свойства
высокотемпературных газовых атмосфер.
2. Термодинамический анализ гомогенных и
гетерогенных процессов.
3. Процессы образования и роста новой фазы.
4. Механизм и кинетика процессов в системах
расплав I - расплав II.
5. Механизм и кинетика процессов в системах
твердая фаза-жидкая фаза.
6. Механизм и кинетика процессов в системах
газ-твердая фаза.
Лекции
*
ПЗ
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
С
ЛР
7.
8.
9.
Механизм и кинетика процессов в системах
твердая фаза I - твердая фаза II.
Основы ликвационных и кристаллизационных
методов рафинирования.
Теоретические основы процессов испарения,
возгонки и конденсации
*
*
*
*
*
*
4.2. Содержание лекционного курса
Раздел 1. Введение. Состав и свойства высокотемпературных газовых атмосфер
1.1. Введение. Значение теории гомогенных и гетерогенных процессов для физико-химического
анализа и расчета термодинамических и кинетических закономерностей металлургических
систем и процессов.
1.2. Общая характеристика высокотемпературных газовых атмосфер. Термодинамический
анализ взаимодействия в гомогенных газовых фазах. Термодинамика взаимодействия углерода
с газообразными окислителями.
1.3. Механизм и кинетика взаимодействия реагентов в гомогенных газовых фазах. Механизм и
кинетика взаимодействия углерода с газообразными окислителями.
Раздел 2. Термодинамический анализ гомогенных и гетерогенных процессов
2.1. Гетерогенное равновесие в однокомпонентной и многокомпонентной системах.
Термодинамический анализ образования и диссоциации соединений. Фазовые диаграммы Ме-Х
(O, S, C, N, B) и последовательность превращений.
2.2. Термодинамическое равновесие в системах с растворами. Исследование свойств
многокомпонентных твердых и жидких растворов на основе термодинамических параметров
взаимодействия.
Раздел 3. Процессы образования и роста новой фазы
3.1. Термодинамические закономерности образования новой фазы. Образование зародышей в
гомогенной и гетерогенной фазах. Образование и перемещение поверхностей раздела фаз.
Кинетические уравнения образования зародышей.
3.2. Модели роста зародышей, слияние зародышей, степенной закон Авраами-Ерофеева. Модель
сжимающегося объема. Схема переноса ионов.
Раздел 4. Механизм и кинетика процессов в системах расплав I - расплав II
4.1. Явления разделения жидких фаз при окислительном рафинировании и раскислении
металлов.
4.2. Укрупнение и отделение новой фазы путем коалесценции и диффузионного роста капель.
4.3. Скорость разделения фаз. Влияние внешних энергетических воздействий и физикохимических свойств расплавов на скорость разделения. Роль поверхностно-активных примесей.
Раздел 5. Механизм и кинетика процессов в системах твердая фаза - жидкая фаза
5.1. Скорости перехода твердой фазы в раствор или расплав. Выделение твердой фазы из
расплавов.
5.2. Укрупнение частиц коагуляцией. Влияние смачивания. Паракинетическая и
ортокинетическая коагуляция. Скорость разделения фаз. Влияние конвективных потоков и
ультразвуковой обработки.
Раздел 6. Механизм и кинетика процессов в системах газ (пар) - твердая фаза
6.1. Адсорбция газов на металлических и оксидных фазах. Влияние физико-химических
параметров на адсорбцию. Окисление твердых металлов и сплавов.
6.2. Термодинамика, механизм и кинетика диссоциации соединений.
6.3. Механизм и кинетика восстановительных процессов в системах Ме-Н-О; Ме-С-О. Влияние
различных факторов на кинетику процессов восстановления.
Раздел 7. Механизм и кинетика процессов в системах твердая фаза I - твердая фаза II
7.1. Физико-химические факторы механизма твердофазных реакций. Механизмы диффузии.
Уравнения переноса ионов.
7.2. Кинетика твердофазных реакций. Модели изотермической и неизотермической кинетики.
Раздел 8. Основы ликвационных и кристаллизационных методов рафинирования
8.1. Общая характеристика ликвационных явлений. Физико-химия процессов.
8.2. Физико-химия кристаллизационных методов очистки металлов и полупроводников.
8.3. Равновесный и эффективный коэффициенты распределения. Распределение примесей по
длине слитка при нормальной направленной кристаллизации и вытягивании из расплава.
8.4. Физико-химические основы зонной плавки. Распределение примесей по длине слитка при
зонной плавки.
Влияние невесомости на ликвационные процессы и кристаллизацию.
Раздел 9. Теоретические основы процессов испарения, возгонки и конденсации
9.1. Термодинамика процессов испарения и возгонки чистых металлов, термодинамика
процесса испарения в двухкомпонентных системах.
9.2. Термодинамика конденсации паров. Механизм и кинетика процессов испарения и
конденсации.
9.3. Основы процессов дистилляции, сублимации и ректификации металлов и их соединений.
9.4. Физико-химические основы химических транспортных реакций. Переноска металлов при
помощи обменной эндотермической реакции.
9.5. Перегонка металлов через субсоединения и при помощи синтеза и термического
разложения летучих соединений.
5. Примерный перечень лабораторных работ
Программой учебной дисциплины лабораторные работы не предусмотрены
6. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
6.1. Рекомендуемая литература (основная и дополнительная)
а) основная литература
1.а. Теория металлургических процессов. Д.И.Рыжокнов, П.П.Арсентьев, В.В.Яковлев и др. М.:
Металлургия, 1989. - 392 с.
2.а. Расчеты металлургических процессов на ЭВМ. Д.И.Рыжонков, С.Н.Падерин, Г.В.Серов и
др. М.: Металлургия, 1987. - 230 с.
3.а. Казачков Е.А. Расчеты по теории металлургических процессов. М.: Металлургия, 1988. 288 с.
4.а. Минаев Ю.А., Яковлев В.В. Физико-химия в металлургии. М.: МИСиС-Издательство, 2001.
- 320 с.
5.а. Падерин С.Н., В.В.Филиппов. Теория и расчеты металлургических систем и процессов. М.:
МИСиС, 2001. - 334 с.
б) дополнительная литература
1.б. Теория металлургических процессов. Попель С.И., Сотников А.И., Бороненков В.Н. М.:
Металлургия, 1986. - 463 с.
2.б. Люпис К. Химическая термодинамика материалов. Пер. с англ. М.: Металлургия, 1989. 502 с.
3.б. Явление переноса. Р.Берд, В.Стьюарт, В.Лайтфут. М.: Химия, 1974. - 68 с.
6.2. Средства обеспечения освоения дисциплины
Компьютерные расчетные программы, плакаты, раздаточный материал.
7. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Компьютерный класс.
Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом ВПО
по направлению подготовки дипломированных специалистов 651800 - Физическое
материаловедение.
Программа составлена на основе рабочей программы МИСиС (ТУ) по данной дисциплине
Программа одобрена на заседании Совета УМО по образованию в области металлургии от 29
января 2002 г., протокол №40
Зам. председателя Совета УМО
В.П.Соловьев