化學(xué)反應(yīng)工程_第七章_流固相非催化反應(yīng)

1、 第七章第七章流流- -固相非催化反應(yīng)固相非催化反應(yīng)u 第一節(jié)第一節(jié) 流固相非催化反應(yīng)的分類及特點(diǎn)流固相非催化反應(yīng)的分類及特點(diǎn)u 第二節(jié)第二節(jié) 流固相非催化反應(yīng)模型流固相非催化反應(yīng)模型u 第三節(jié)第三節(jié) 粒徑不變時(shí)縮芯模型的總體速率及控制粒徑不變時(shí)縮芯模型的總體速率及控制u 第四節(jié)第四節(jié) 顆?？s小時(shí)縮芯模型的總體速率顆?？s小時(shí)縮芯模型的總體速率u 第五節(jié)第五節(jié) 流流固相非催化反應(yīng)器及其計(jì)算固相非催化反應(yīng)器及其計(jì)算目目 錄錄n 流流固相非催化反應(yīng)簡稱流固相非催化反應(yīng)簡稱流固相反應(yīng)，是一固相反應(yīng)，是一類重要的化學(xué)反應(yīng)。這類反應(yīng)中有流體類重要的化學(xué)反應(yīng)。這類反應(yīng)中有流體(氣體氣體或液體或液體)，有固體

2、，可表示為：，有固體，可表示為： A(流體流體)+B(固體固體)C(流體流體)+D(固體固體) 這是一個普遍式，實(shí)際反應(yīng)按這是一個普遍式，實(shí)際反應(yīng)按A、B、C、D物相組合方式具有多種類型，但其中的固體物相組合方式具有多種類型，但其中的固體不是催化劑，而是反應(yīng)物或者產(chǎn)物。不是催化劑，而是反應(yīng)物或者產(chǎn)物。概述概述n 流固相非催化反應(yīng)固相顆粒內(nèi)部條件隨時(shí)間變化流固相非催化反應(yīng)固相顆粒內(nèi)部條件隨時(shí)間變化復(fù)雜復(fù)雜 ，呈非定態(tài)：，呈非定態(tài)：（1）顆粒體積的變化情況）顆粒體積的變化情況（2）反應(yīng)區(qū)域的變化情況）反應(yīng)區(qū)域的變化情況（3）粒子大小的均勻情況）粒子大小的均勻情況（4）流固相之間的流動情況）流固相之

3、間的流動情況概述概述第一節(jié)流固相非催化反應(yīng)的分類及特點(diǎn)第一節(jié)流固相非催化反應(yīng)的分類及特點(diǎn)一、流固相非催化反應(yīng)的分類一、流固相非催化反應(yīng)的分類分兩類：氣固相和液固相非催化反應(yīng)。分兩類：氣固相和液固相非催化反應(yīng)。1. 氣固相非催化反應(yīng)氣固相非催化反應(yīng)n 固固固氣固氣n 固氣固氣固固3232322CaCOCaO+CO2NaHCONa COH O+CO2234Fe+3O2Fe On 固氣固氣氣氣n 固氣固氣固氣固氣n 氣氣氣氣固氣固氣2222C+OCOC+H OCO +H22232224FeS +11O2Fe O +8SOZnO+H SZnS+H O4222TiCl +OTiO +2Cl1. 氣固相非

4、催化反應(yīng)氣固相非催化反應(yīng)n 固液固液固氣固氣n 固液固液固液固液+ + 氣氣 54324242342Ca F(PO ) +5H SO +10H O5CaSO2H O+3H PO +HF543242242242Ca F(PO ) +7H SO +3H O3Ca(H PO )H O+7CaSO +2HF2. 液固相非催化反應(yīng)液固相非催化反應(yīng)n 固液固液液液n 固液固液固固n 固液固液固液固液324242UO +H SOUO SO +H O324442FeTiO +2H SOTiOSO +FeSO 2H O 3222322ZnS+2FeClZnCl +2FeCl +S2MgO B O +4NaOH4

5、NaBO +2Mg(OH) 2. 液固相非催化反應(yīng)液固相非催化反應(yīng)流流固相反應(yīng)具有以下特點(diǎn)。固相反應(yīng)具有以下特點(diǎn)。1反應(yīng)類型多反應(yīng)類型多 流流固相反應(yīng)按照反應(yīng)物和產(chǎn)物的物相分類，反應(yīng)類型固相反應(yīng)按照反應(yīng)物和產(chǎn)物的物相分類，反應(yīng)類型多。對于不同類型的反應(yīng)，工藝流程、操作條件以及反應(yīng)多。對于不同類型的反應(yīng)，工藝流程、操作條件以及反應(yīng)器型式各不相同。器型式各不相同。2固相物料復(fù)雜固相物料復(fù)雜 固相物料種類繁多，性質(zhì)各不相同。例如固相物料有固相物料種類繁多，性質(zhì)各不相同。例如固相物料有天然礦物，顆粒大小不一，幾何形狀各不相同。不同性質(zhì)天然礦物，顆粒大小不一，幾何形狀各不相同。不同性質(zhì)的顆粒在反應(yīng)器中的

6、流動狀況不同，其動力學(xué)行為也不同，的顆粒在反應(yīng)器中的流動狀況不同，其動力學(xué)行為也不同，直接影響到反應(yīng)器型式的選擇和設(shè)計(jì)。直接影響到反應(yīng)器型式的選擇和設(shè)計(jì)。二、流二、流固相非催化反應(yīng)的特點(diǎn)固相非催化反應(yīng)的特點(diǎn)3反應(yīng)器型式多反應(yīng)器型式多 流流固相反應(yīng)的反應(yīng)裝備有間歇反應(yīng)器和連續(xù)反應(yīng)器。固相反應(yīng)的反應(yīng)裝備有間歇反應(yīng)器和連續(xù)反應(yīng)器。在連續(xù)反應(yīng)器中，有固定床、移動床、流化床和氣流床反在連續(xù)反應(yīng)器中，有固定床、移動床、流化床和氣流床反應(yīng)器。應(yīng)器。4固體顆粒的轉(zhuǎn)化率高固體顆粒的轉(zhuǎn)化率高用氣體或者用液體對固相進(jìn)行化學(xué)加工，都要求固相物用氣體或者用液體對固相進(jìn)行化學(xué)加工，都要求固相物料的轉(zhuǎn)化率較高。料的轉(zhuǎn)化率較

7、高。5氣氣固相反應(yīng)的反應(yīng)溫度高固相反應(yīng)的反應(yīng)溫度高大多數(shù)氣大多數(shù)氣固相反應(yīng)屬于高溫焙燒和高溫鍛燒反應(yīng)，反應(yīng)固相反應(yīng)屬于高溫焙燒和高溫鍛燒反應(yīng)，反應(yīng)溫度較高，一般在溫度較高，一般在500以上。以上。二、流二、流固相非催化反應(yīng)的特點(diǎn)固相非催化反應(yīng)的特點(diǎn) 流流固相非催化反應(yīng)工程是化學(xué)反應(yīng)工程的一個組成部固相非催化反應(yīng)工程是化學(xué)反應(yīng)工程的一個組成部分，分，研究方法采用數(shù)學(xué)模擬方法和工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合研究方法采用數(shù)學(xué)模擬方法和工業(yè)試驗(yàn)相結(jié)合。 研究流研究流固相反應(yīng)的反應(yīng)過程模型及其總體速率。固相反應(yīng)的反應(yīng)過程模型及其總體速率。 “冷模冷?！睂?shí)驗(yàn)研究方法：在大型實(shí)驗(yàn)裝置中模擬物料在實(shí)驗(yàn)研究方法：在大型實(shí)驗(yàn)裝置

8、中模擬物料在工業(yè)反應(yīng)器中的流動狀況，研究流工業(yè)反應(yīng)器中的流動狀況，研究流固兩相的流動性質(zhì)，采固兩相的流動性質(zhì)，采用數(shù)學(xué)方法歸納成數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用嚴(yán)格限制在用數(shù)學(xué)方法歸納成數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用嚴(yán)格限制在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)。 進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，即進(jìn)行工業(yè)試驗(yàn)，即“熱態(tài)熱態(tài)”試驗(yàn)，對反應(yīng)動力學(xué)和試驗(yàn)，對反應(yīng)動力學(xué)和“冷冷模?！痹囼?yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)和修正。 三、流三、流固相非催化反應(yīng)的研究方法固相非催化反應(yīng)的研究方法概述概述 在流在流固相反應(yīng)中，包含有傳遞過程和化學(xué)固相反應(yīng)中，包含有傳遞過程和化學(xué)反應(yīng)過程，為了研究反應(yīng)過程的總體速率，需要反應(yīng)過程，為了研究反應(yīng)過程的總體

9、速率，需要選擇合適的反應(yīng)模型。根據(jù)固相顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，選擇合適的反應(yīng)模型。根據(jù)固相顆粒的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，建立了不同的反應(yīng)模型。建立了不同的反應(yīng)模型。第二節(jié)第二節(jié) 流流固相非催化反應(yīng)模型固相非催化反應(yīng)模型n shrinking core model兩種情況：兩種情況： 1. 反應(yīng)過程中顆粒大小不變；反應(yīng)過程中顆粒大小不變； 2. 反應(yīng)過程中顆粒不斷縮小。反應(yīng)過程中顆粒不斷縮小。A(f)+ B(s)F(f)+ S(s)bfs一、一、 收縮未反應(yīng)芯模型收縮未反應(yīng)芯模型 反應(yīng)過程中顆粒大小不變。顆粒周圍有滯流邊界層，反應(yīng)過程中顆粒大小不變。顆粒周圍有滯流邊界層，反應(yīng)開始時(shí)在顆粒表面進(jìn)行反應(yīng)，生成固體產(chǎn)物或者

10、固相反應(yīng)開始時(shí)在顆粒表面進(jìn)行反應(yīng)，生成固體產(chǎn)物或者固相中有隋性物殘留，形成中有隋性物殘留，形成“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼和未反應(yīng)芯。濃度外殼和未反應(yīng)芯。濃度分布見圖分布見圖7-2。1. 顆粒大小不變顆粒大小不變CASCAgCAC氣相主體氣相主體氣膜氣膜固體產(chǎn)物層固體產(chǎn)物層反應(yīng)界面反應(yīng)界面收縮未反應(yīng)芯收縮未反應(yīng)芯n 反應(yīng)步驟如下：反應(yīng)步驟如下：1）A從流體主體通過邊界層擴(kuò)散到達(dá)顆粒外表面從流體主體通過邊界層擴(kuò)散到達(dá)顆粒外表面外擴(kuò)散外擴(kuò)散；CAfCAS；2）從由顆粒外表面通過）從由顆粒外表面通過“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼擴(kuò)散到達(dá)未反應(yīng)芯表外殼擴(kuò)散到達(dá)未反應(yīng)芯表面面內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散，CASCAC；3）A和和B在未反

11、應(yīng)芯表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，未反應(yīng)芯收縮；在未反應(yīng)芯表面上進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，未反應(yīng)芯收縮；4）流體產(chǎn)物）流體產(chǎn)物F通過內(nèi)擴(kuò)散到達(dá)顆粒外表面通過內(nèi)擴(kuò)散到達(dá)顆粒外表面內(nèi)擴(kuò)散內(nèi)擴(kuò)散；CFCCFS； 5）F通過外擴(kuò)散到達(dá)流體主體通過外擴(kuò)散到達(dá)流體主體外擴(kuò)散外擴(kuò)散，CFSCFg。 以上以上5步是串聯(lián)進(jìn)行的。步是串聯(lián)進(jìn)行的。 1. 顆粒大小不變顆粒大小不變注：若無流體產(chǎn)物，僅有固相應(yīng)物時(shí)：僅有注：若無流體產(chǎn)物，僅有固相應(yīng)物時(shí)：僅有1、2、3）n 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 1）固體顆?？紫堵蕿椋┕腆w顆?？紫堵蕿?，反應(yīng)只能在表面進(jìn)行；，反應(yīng)只能在表面進(jìn)行； 2）當(dāng)固體顆?？紫堵什惶髸r(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率）當(dāng)固體顆?？紫堵什惶?/p>

12、時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率擴(kuò)散擴(kuò)散速率，反應(yīng)在表面進(jìn)行速率，反應(yīng)在表面進(jìn)行。1. 顆粒大小不變顆粒大小不變 反應(yīng)過程中顆粒不斷收縮，最后消失。反應(yīng)開始時(shí)反應(yīng)過程中顆粒不斷收縮，最后消失。反應(yīng)開始時(shí)在顆粒表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中沒有新的固體產(chǎn)物，在顆粒表面進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過程中沒有新的固體產(chǎn)物，或者新的固體產(chǎn)物和隋性物料剝落，沒有形成或者新的固體產(chǎn)物和隋性物料剝落，沒有形成“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼，未反應(yīng)芯一直暴露在流體中，周圍有邊界層。濃外殼，未反應(yīng)芯一直暴露在流體中，周圍有邊界層。濃度分布及反應(yīng)步驟如下。度分布及反應(yīng)步驟如下。n 反應(yīng)步驟反應(yīng)步驟 1）A從流體主體通過邊界層擴(kuò)散到達(dá)未反應(yīng)芯表面從流體主體通過

13、邊界層擴(kuò)散到達(dá)未反應(yīng)芯表面外擴(kuò)散，外擴(kuò)散，CAfCAC； 2）A和和B在未反應(yīng)芯表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；在未反應(yīng)芯表面進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)； 3）流體產(chǎn)物）流體產(chǎn)物F通過外擴(kuò)散進(jìn)入流體主體，通過外擴(kuò)散進(jìn)入流體主體，CFCCFf。2. 顆粒不斷收縮顆粒不斷收縮n 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 反應(yīng)過程中沒有形成反應(yīng)過程中沒有形成“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼，其余同顆粒大外殼，其余同顆粒大小不變時(shí)的應(yīng)用范圍相同。小不變時(shí)的應(yīng)用范圍相同。 當(dāng)顆粒的當(dāng)顆粒的孔隙率較大孔隙率較大時(shí)，流體可以擴(kuò)散到顆粒中心，在時(shí)，流體可以擴(kuò)散到顆粒中心，在整個顆粒上起反應(yīng)。這種模型稱為整體反應(yīng)模型。整個顆粒上起反應(yīng)。這種模型稱為整體反應(yīng)模型。 整體反應(yīng)模

14、型的濃度分布見圖整體反應(yīng)模型的濃度分布見圖7-3。CAF 流體主體濃度；流體主體濃度； CAS 顆粒表面濃度；顆粒表面濃度； CAC 顆粒中心濃度；顆粒中心濃度；CBO B的初始濃度；的初始濃度；CBC 顆粒中心濃度；顆粒中心濃度；CB 反應(yīng)區(qū)濃度；反應(yīng)區(qū)濃度； CBS 顆粒外表面濃度。顆粒外表面濃度。 整體反應(yīng)模型的反應(yīng)步驟分二個階段。整體反應(yīng)模型的反應(yīng)步驟分二個階段。二、整體反應(yīng)模型二、整體反應(yīng)模型1）A從流體主體擴(kuò)散通過邊界層到達(dá)顆粒外表面從流體主體擴(kuò)散通過邊界層到達(dá)顆粒外表面外擴(kuò)外擴(kuò)散，散，CAfCAS；2）A在整個顆粒上邊擴(kuò)散邊反應(yīng)在整個顆粒上邊擴(kuò)散邊反應(yīng)擴(kuò)散反應(yīng)過程，擴(kuò)散反應(yīng)過程，

15、CASCAC；3）在顆粒表面開始形成）在顆粒表面開始形成“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”(或或”殘留物殘留物”)外殼。外殼。 1第一階段第一階段2第二階段第二階段1）A作外擴(kuò)散，作外擴(kuò)散，CAfCAS；2）A從顆粒外表面擴(kuò)散通過從顆粒外表面擴(kuò)散通過“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼到達(dá)反應(yīng)區(qū)邊外殼到達(dá)反應(yīng)區(qū)邊界界Rm；3）A進(jìn)入反應(yīng)區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散進(jìn)入反應(yīng)區(qū)進(jìn)行擴(kuò)散反應(yīng)，反應(yīng)，“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”不斷增厚，反應(yīng)區(qū)逐漸不斷增厚，反應(yīng)區(qū)逐漸收縮，直至反應(yīng)結(jié)束。收縮，直至反應(yīng)結(jié)束。n 第一階段：未形成固體產(chǎn)物層，反應(yīng)區(qū)為整個顆粒；第一階段：未形成固體產(chǎn)物層，反應(yīng)區(qū)為整個顆粒；n 第二階段：形成固體產(chǎn)物層，且不斷擴(kuò)展；與此同時(shí)，反第二階段：

16、形成固體產(chǎn)物層，且不斷擴(kuò)展；與此同時(shí)，反應(yīng)區(qū)則不斷縮小。應(yīng)區(qū)則不斷縮小。 顆粒的孔隙率較大，流體可以擴(kuò)散到顆粒中心，在顆粒的孔隙率較大，流體可以擴(kuò)散到顆粒中心，在整個顆粒上起反應(yīng)。整個顆粒上起反應(yīng)。 縮芯模型的反應(yīng)區(qū)是顆粒表面，而整體反應(yīng)模型的縮芯模型的反應(yīng)區(qū)是顆粒表面，而整體反應(yīng)模型的反應(yīng)區(qū)是整個顆粒，縮芯模型和整體反應(yīng)模型表示了兩反應(yīng)區(qū)是整個顆粒，縮芯模型和整體反應(yīng)模型表示了兩種極端的反應(yīng)行為，其他模型的行為都介于二者之間。種極端的反應(yīng)行為，其他模型的行為都介于二者之間。3. 應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍 有限厚度區(qū)模型的濃度分布見圖有限厚度區(qū)模型的濃度分布見圖7-4。圖中。圖中RS、RD、RC分別是

17、顆粒半徑、分別是顆粒半徑、“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”半徑和未反應(yīng)半徑。固相反半徑和未反應(yīng)半徑。固相反應(yīng)物應(yīng)物B在未反應(yīng)區(qū)的濃度為在未反應(yīng)區(qū)的濃度為CBO，在，在“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”半徑半徑RD處為處為0。RD和和RC之間為反應(yīng)區(qū)，厚度為之間為反應(yīng)區(qū)，厚度為Z。反應(yīng)步驟：反應(yīng)步驟：1）A作外擴(kuò)散，作外擴(kuò)散，CAf CAS；2）A在在“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”作內(nèi)擴(kuò)散，作內(nèi)擴(kuò)散，CASCAm；3）A在反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散在反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散反應(yīng)；反應(yīng)；4）“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外殼不斷增厚，反應(yīng)區(qū)不斷收縮，直至外殼不斷增厚，反應(yīng)區(qū)不斷收縮，直至反應(yīng)完畢。反應(yīng)完畢。三、有限厚度反應(yīng)區(qū)模型三、有限厚度反應(yīng)區(qū)模型有限厚度模型有限厚度模型一

18、、反應(yīng)總體速率一、反應(yīng)總體速率 總體反應(yīng)速率的定義為：單位時(shí)間內(nèi)每個顆粒上流體反總體反應(yīng)速率的定義為：單位時(shí)間內(nèi)每個顆粒上流體反應(yīng)物應(yīng)物A物質(zhì)的量的減少量（單位時(shí)間內(nèi)每個顆粒上固體反應(yīng)物質(zhì)的量的減少量（單位時(shí)間內(nèi)每個顆粒上固體反應(yīng)物物B物質(zhì)的量的減少量）。物質(zhì)的量的減少量）。第三節(jié)粒徑不變時(shí)的縮芯模型的總體速率第三節(jié)粒徑不變時(shí)的縮芯模型的總體速率A()B( )F()S( )fbsffss AAgdnrdt= 1球形顆粒；球形顆粒； 2顆粒內(nèi)溫度均勻，等溫反應(yīng)；顆粒內(nèi)溫度均勻，等溫反應(yīng)； 3本征動力學(xué)為一級不可逆反應(yīng)；本征動力學(xué)為一級不可逆反應(yīng)； 4反應(yīng)過程為擬穩(wěn)定過程。反應(yīng)過程為擬穩(wěn)定過程?；?/p>

19、本條件基本條件實(shí)際情況：實(shí)際情況：當(dāng)顆粒粒徑不變時(shí)，當(dāng)顆粒粒徑不變時(shí)，A要通過要通過“產(chǎn)物層產(chǎn)物層”外外殼才能到達(dá)未反應(yīng)芯表面，殼才能到達(dá)未反應(yīng)芯表面，A在作內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)，由于在作內(nèi)擴(kuò)散的同時(shí)，由于化學(xué)反應(yīng)未反應(yīng)芯表面在收縮，因此擴(kuò)散邊界是移動的，化學(xué)反應(yīng)未反應(yīng)芯表面在收縮，因此擴(kuò)散邊界是移動的，是不穩(wěn)定過程。是不穩(wěn)定過程。 未反應(yīng)芯表面的收縮速率未反應(yīng)芯表面的收縮速率A的內(nèi)擴(kuò)散速率，可的內(nèi)擴(kuò)散速率，可以認(rèn)為以認(rèn)為A在作內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，未反應(yīng)芯表面是近似不動的，在作內(nèi)擴(kuò)散時(shí)，未反應(yīng)芯表面是近似不動的，作為穩(wěn)定過程處理。這樣，反應(yīng)過程為擬穩(wěn)定過程。作為穩(wěn)定過程處理。這樣，反應(yīng)過程為擬穩(wěn)定過程。1. 外

20、擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率與表面反應(yīng)速率外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率與表面反應(yīng)速率CASCAgCAC AAgdnrdt = =外擴(kuò)散速率外擴(kuò)散速率= =內(nèi)擴(kuò)散速率內(nèi)擴(kuò)散速率= =化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率22144CSCABAAeffCeffRR RR RdndndCdCR DR Ddtb dtdRdR 214()ABSGAgASdndnR kCCdtb dt 214ABCACdndnR kCdtb dt CASCAgCAC1. 外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率與表面反應(yīng)速率外擴(kuò)散速率、內(nèi)擴(kuò)散速率與表面反應(yīng)速率首先建立產(chǎn)物層內(nèi)反應(yīng)物首先建立產(chǎn)物層內(nèi)反應(yīng)物A的濃度分布的濃度分布222440AAeffeffRR dRAe

21、ffdCdCR DR DdRdRdCdR DdRdR ASSAACCCRRCCRR 1/1/CAACASACCSRRCCCCRR(77)(1/)CASACAR RCCSCCdCdRRRR2. 總體速率的一般計(jì)算式總體速率的一般計(jì)算式代入內(nèi)擴(kuò)散速率方程代入內(nèi)擴(kuò)散速率方程2214()1414ABSGAgASASACABSCeffSCABCACdndnR k CCdtb dtCCdndnR R Ddtb dtRRdndnR kCdtb dt2144CSASACABAeffSCeffRR RSCCCdndndCR DR R Ddtb dtdRRR 2. 總體速率的一般計(jì)算式總體速率的一般計(jì)算式然后三式

22、聯(lián)立消元然后三式聯(lián)立消元2214()1414ABSGAgASASACABSCeffSCABCACdndnR kCCdtb dtCCdndnR R Ddtb dtRRdndnR kCdtb dt221 / 4() / 41 / 4AgASASGASACASCSCeffACACCCdndtR kCCdndtRRR R DCdndtR k 22221/ 4()/ 41/ 411444AgASASACACASGSCSCeffCAgSCSGSCeffCCCCCCdndtR kRRR R DR kCRRR kR R DR k 2. 總體速率的一般計(jì)算式總體速率的一般計(jì)算式3. 未反應(yīng)芯半徑與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系

23、未反應(yīng)芯半徑與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系234114()3BCCABBCBBR dRdndndRdtb dtb dt MbMdt 2211444AgASCSGSCeffCCdnRRdtR kR R DR k222/()11BAgBCCSCCSSGSeffbM CdRRRRRRdtRkRDk4. 固相反應(yīng)的固相反應(yīng)的B的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率xB與與RC的關(guān)系的關(guān)系33344333431SBCBCBSBSRRRxRR 5. xB與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系222/()11BAgBCCSCCSSGSeffbM CdRRRRRRdtR kRDk2220()11CStRCSCCSBCRBAgSGSeffRRRRRdt

24、dRbM CRkRDk 分離變量，并積分上式分離變量，并積分上式2220()11CStRCSCCSBCRBAgSGSeffRRRRRdtdRbM CRkRDk 5. xB與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系3231 11111 32136BSCSCCCBAgGSeffSSSRRRRRRtbM CkRDRRkR2/31/31 1111 3 12 11136BSsBBBBBAgGeffRRtxxxxbM CkDk1 11136BSsBAgGeffRRtbM CkDk當(dāng)顆粒完全反應(yīng)時(shí)：當(dāng)顆粒完全反應(yīng)時(shí)：RC=0，xB=1 2/31/31 1111 3 12 11136BSsBBBBBAgGeffRRtx

25、xxxbM CkDk 2/31/312313 12 111fBfBBfBttxtxxtx 212336BSBSBSfffBGAgBeffAgBAgRRRtttbM k CbM D CbM kC 5. xB與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系二、流體滯流膜控制二、流體滯流膜控制11,SGeffRkDk13BSfBBBGAgRtt xxbM k C*0AgASACACCCC轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間成正比轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)時(shí)間成正比達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與RS 成正比成正比“勻速反應(yīng)勻速反應(yīng)” 2/31/312313 12 111fBfBBfBttxtxxtx三、三、固體產(chǎn)物層內(nèi)擴(kuò)散控制固體產(chǎn)物層

26、內(nèi)擴(kuò)散控制 2/31/312313 12 111fBfBBfBttxtxxtx11,SGeffRkDk*0AgASACACCCC達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與RS2成正比成正比 22/313 12 16BSBBBeffAgRtxxbM D C 四、化學(xué)反應(yīng)控制四、化學(xué)反應(yīng)控制 11,SeffGRkDk 1/3111BSBSCBBAgBAgSRRRtxbM kCbM kCR *0AgASACACCCC 反應(yīng)時(shí)間與（反應(yīng)時(shí)間與（R RS S- -R RC C)( )(即產(chǎn)物層厚度）成正比即產(chǎn)物層厚度）成正比達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與達(dá)到某轉(zhuǎn)化率所需時(shí)間與R RS S成正比成正比“勻速推進(jìn)

27、勻速推進(jìn)” 2/31/312313 12 111fBfBBfBttxtxxtx三、宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別三、宏觀反應(yīng)過程與控制階段的判別（1）用溫度對總體速率的影響進(jìn)行判別。）用溫度對總體速率的影響進(jìn)行判別。提高溫度則總體速率改變顯著提高溫度則總體速率改變顯著反應(yīng)控制反應(yīng)控制（2）用氣速對總體速率的影響進(jìn)行判別。）用氣速對總體速率的影響進(jìn)行判別。提高氣速則總體速率改變顯著提高氣速則總體速率改變顯著外擴(kuò)散控制外擴(kuò)散控制（3）用反應(yīng)時(shí)間分率）用反應(yīng)時(shí)間分率t/tf與轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率xB的關(guān)系及與未反應(yīng)芯半徑的關(guān)系及與未反應(yīng)芯半徑Rc的關(guān)系判別的關(guān)系判別如果上述關(guān)系呈直線如果上述關(guān)系呈直線外擴(kuò)散

28、、反應(yīng)控制外擴(kuò)散、反應(yīng)控制（4）用顆粒大小與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系來判別。）用顆粒大小與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系來判別。第四節(jié)第四節(jié) 顆?？s小時(shí)縮芯模型的總體速率顆粒縮小時(shí)縮芯模型的總體速率 提高溫度則總體速率改變顯著提高溫度則總體速率改變顯著反應(yīng)控制反應(yīng)控制2211444AgASCSGSCeffCCdnRRdtR kR R DR k24ACAgdnR kCdt（1）用溫度對總體速率的影響進(jìn)行判別）用溫度對總體速率的影響進(jìn)行判別提高氣速則總體速率改變顯著提高氣速則總體速率改變顯著外擴(kuò)散控制外擴(kuò)散控制2211444AgASCSGSCeffCCdnRRdtR kR R DR k24ASGAgdnR k Cdt（2）

29、用氣速對總體速率的影響進(jìn)行判別）用氣速對總體速率的影響進(jìn)行判別如果上述關(guān)系呈直線如果上述關(guān)系呈直線外擴(kuò)散、反應(yīng)控制外擴(kuò)散、反應(yīng)控制（3）用反應(yīng)時(shí)間分率）用反應(yīng)時(shí)間分率 t/tf 與轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率xB的關(guān)系及與的關(guān)系及與未反應(yīng)芯半徑未反應(yīng)芯半徑RC的關(guān)系判別的關(guān)系判別（4）用顆粒大小與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系來判別）用顆粒大小與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系來判別 設(shè)達(dá)到某轉(zhuǎn)化率設(shè)達(dá)到某轉(zhuǎn)化率xB所需的反應(yīng)時(shí)間為所需的反應(yīng)時(shí)間為t，則，則t與顆與顆粒的大小有關(guān)。粒的大小有關(guān)。3BSBBGAgRtxbM k C1/311BSBBAgRtxbM kC22/313 12 16BSBBBeffAgRtxxbM D C1.5 2.0SSGRtRkStR2StR1.5 2.01212SSRttR21212SSRttR1212SSRttR流流固相反應(yīng)大致可以分為四類。固相反應(yīng)大致可以分為四類。1. 液液固相浸取或分解反應(yīng)固相浸取或分解反應(yīng)從非金屬礦中浸取有效成份，硫酸和磷礦石反應(yīng)制