第八章流固相非催化反應及反應器

高等反應工程第八章流固相非催化反應及反應器流體和固體發(fā)生多相反應且固體不是催化劑，稱這類反應為流固相非催化反應。礦石的焙燒(冶金工業(yè))、礦石的浸取(用酸或堿)、煤的氣化、煤的燃燒、離子交換過程、催化裂化中結(jié)焦催化劑的再生、固體催化劑的還原再生等均屬于流固相非催化反應。特點：固體顆粒不可凝并，這類反應器的計算須以單一顆粒的轉(zhuǎn)化率與時間關(guān)系為基礎(chǔ)。與催化反應過程的重要區(qū)別：固體狀態(tài)隨反應進行而發(fā)生變化。8.1概述8.1.1流固相非催化反應分類8.1.2流固相非催化反應模型介紹8.1.3流固相非催化反應基本特征8.2流固相非催化反應的顆粒宏觀動力學8.2.1縮核模型顆粒動力學8.2.2整體反應模型8.2.3非等溫下顆粒內(nèi)的反應8.3流固相非催化反應器及計算8.3.1流固相非催化反應器8.3.2流固相非催化反應器計算04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系2§8.1.1流固相非催化反應分類氣-固相非催化反應A.固體熱分解反應B.固體與氣體反應生成新的固體和氣體04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系3§8.1概述重鈾酸銨熱分解金屬鹽或堿、金屬酸鹽的分解，一般有固體金屬氧化物生成。UO3還原與氫氟化反應C.固體氣化反應D.氣化反應固氣產(chǎn)物D.氣固反應生成固體產(chǎn)物04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系4煤的燃燒煤的氣化鈦白粉制備中氯化顏料級鈦白粉制備2.液-固相非催化反應廣泛用于濕法冶金工業(yè)礦石提純04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系5硫酸處理氟磷灰石，氣液固三相反應硫酸分解鈦鐵礦，液固相反應氟磷灰石磷酸分解過程，液固相反應生成新固體和氣體液固相反應生成液體產(chǎn)品§8.1.2流固相非催化反應模型流-固相非催化反應根據(jù)固體顆粒的結(jié)構(gòu)、傳質(zhì)與反應速率的相對快慢有同的物理模型。常見的有：縮核反應模型、整體反應模型和其他反應模型。1.縮核反應模型假設(shè)：固體很致密，流體通過固體內(nèi)的擴散非常慢，流體與固體組分的反應很快。流體與固體的反應發(fā)生在固體的表面，即流體擴散到固體顆粒的外表面就立即反應完。隨著反應進行，固體反應組分不斷消耗，反應面不斷沿顆粒徑向減小的方向收縮，未反應顆粒半徑慢慢縮小。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系604-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系7兩種情況：1)反應有新的固體產(chǎn)生，可近似地認為反應前后固體顆粒大小不變。2)反應無固體產(chǎn)物生成，只生成流體，若無惰性固體物質(zhì)存在下，固體顆粒逐漸縮小。2.整體反應模型當流體組分通過產(chǎn)物層和固體反應物的擴散速率相差不大且反應速率又不是很快時，反應區(qū)域不是在固體相的表面，而是擴展到整個顆粒內(nèi)部，稱為整體反應模型。流體沿顆粒徑向產(chǎn)生濃度分布，反應一段時間后，外層固體組分先反應完形成產(chǎn)物層或生成新流體使顆粒變小。隨反應時間的延長，固體顆粒內(nèi)反應物組分密度不斷下降，同時外層產(chǎn)物層不斷增加，固體反應組分的半徑不斷減少，最后全部形成產(chǎn)物固體或固體完全消失。整體反應區(qū)模型根據(jù)反應進程按動力學特征可分成兩個情況：04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系8A.第一種情況：整體反應區(qū)模型，動力學過程可分為兩個階段。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系91）無固體完全反應層階段：此階段整個顆粒均為反應區(qū)。流體通過顆粒外層滯流膜后，在整個顆粒內(nèi)擴散與反應同時進行。2）形成固體完全反應層階段：由于流體濃度由顆粒外到內(nèi)逐步下降，反應速率受此影響，最終顆粒外層先形成產(chǎn)物層區(qū)，中間為反應區(qū)域，和無流體存在的固體反應物核心區(qū)。B.第二種情況：當固體顆粒內(nèi)和產(chǎn)物層內(nèi)流體的擴散阻力可忽略不計時，即化學反應相對于擴散的速率慢得多的情況，顆粒內(nèi)外流體組分濃度相同，固體物各處以相同的速率消耗。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系10顆粒動力學在忽略外擴散阻力情況下為本征動力學控制。也稱為“真均相模型”。此時，反應使固體顆粒各處反應物的密度以相同的速率減小，產(chǎn)物密度以相同的速率增加，反應結(jié)束時固體反應物同時在各處消失而生成產(chǎn)物。3.其他反應模型根據(jù)顆粒反應真實狀況對上述兩個模型進行修正，考慮固體顆粒內(nèi)的細微結(jié)構(gòu)而建立。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系11A.微粒模型認為顆粒是由很多致密且大小均一的球形微粒壓制而成，每個微粒的動力學行為可用縮核模型描述。顆粒內(nèi)微粒間的縫隙內(nèi)的擴散較快，反應區(qū)在擴散區(qū)內(nèi)，且隨反應時間的延長，反應區(qū)域由顆粒外層向內(nèi)部推進。反應區(qū)內(nèi)微粒的反應程度，由外向內(nèi)逐漸降低。B.破裂芯模型固體反應物為致密無孔，在流體反應物的作用下破裂成細粒，而細粒仍為致密結(jié)構(gòu)，其動力學可按縮核模型。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系12C.有限厚度反應區(qū)模型具有縮核模型和整體反應區(qū)模型的共同特征。固體顆粒結(jié)構(gòu)介于致密與疏松之間，固體與流體的反應已不局限于一個面，而是在有限厚度的狹窄區(qū)域內(nèi)進行。反應一定時間后，存在產(chǎn)物區(qū)、反應區(qū)和未反應區(qū)三層。反應區(qū)厚度為零時，為縮核模型，而反應區(qū)的厚度與未反應區(qū)半徑相同時，為整體反應模型?！?.1.3流固相非催化反應基本特征a.慢反應氣體通過氣膜和粒內(nèi)擴散速率遠大于反應速率，氣體可滲透到整個粒內(nèi)，過程具有均相反應的特征b.快反應反應速率很快，反應區(qū)將限制在粒內(nèi)的薄層中，顆粒被反應區(qū)分隔成產(chǎn)物層和末反應的內(nèi)核，極端情況反應區(qū)將縮小成一個面，面上氣相反應物濃度為零。當擴散阻力集中在氣膜中時，粒表面氣相反應物濃度接近為零當擴散阻力集中在灰層時，粒表面氣相濃度等于主體濃度04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系13若未反應核為無孔，氣相反應物不能滲入末反應區(qū)，則灰層與核的分界即為反應面，此時，反應面上氣相反應物濃度不一定為零。如果反應為過程的速率控制步驟，反應面上氣相濃度為主體濃度c.中速反應介于上述兩種之間的情況，擴散速率和反應速率相差不大，此時，灰層、反應區(qū)、末反應核之間沒有明顯的界面。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系1404-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系158.2流固相非催化反應的顆粒宏觀動力學工業(yè)上大多數(shù)流固非催化反應都比較接近縮核模型，本節(jié)討論先縮核顆粒宏觀動力學，再對顆粒內(nèi)有濃度分布的一般整體反應模型速率方程。§8.2.1縮核模型顆粒動力學§8.2.1.1顆粒大小不變的顆粒宏觀動力學§8.2.1.2顆?？s小時顆粒的宏觀動力學§8.2.1.3無控制步驟時的顆粒宏觀動力學§8.2.2整體反應模型§8.2.3非等溫顆粒內(nèi)的反應04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系16§8.2.1縮核模型顆粒動力學假設(shè)：流體為氣體，反應過程為擬穩(wěn)定過程。反應界面隨反應進行變化，但遠小于反應氣體通過固體產(chǎn)物層的擴散速率，即假定反應界面近似認為不動。反應過程為等溫過程固體顆粒為球形氣固相本征反應為一級不可逆反應04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系17§8.2.1.1顆粒大小不變的顆粒宏觀動力學一、球形顆粒一級反應下的宏觀動力學當顆粒大小不變時氣固相反應過程的步驟：氣體反應物A從氣相擴散到顆粒的外表面，濃度↘氣體反應物A從顆粒外表面通過產(chǎn)物層擴散到收縮未反應核與產(chǎn)物層間的界面，濃度↘組分A與固體B在界面上反應，生成固體產(chǎn)物C和氣體D產(chǎn)物D從反應面通過產(chǎn)物層擴散到顆粒的外表面產(chǎn)物D從外表面擴散到氣相主體假設(shè)反應不可逆，④⑤兩步對反應動力學無影響。擬穩(wěn)態(tài)假定，①②③步的速率相等。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系18組分A的外擴散速率（A擴散通過顆粒外表面滯流層的擴散速率）組分A的內(nèi)擴散速率（A擴散通過固體產(chǎn)物層）組分A與固體B的反應速率式中，分別為未反應核的半徑和顆粒的外徑，而處的濃度和濃度梯度隨變化，待求。穩(wěn)態(tài)下，產(chǎn)物灰層中A擴散列出微分方程和邊界條件有解出上式求導數(shù)有04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系19將(8.2.7)代入(8.2.2)得氣體A在灰層中的擴散速率聯(lián)立(8.2.1)

(8.2.3)

(8.2.8)，求出最終，求出顆粒的宏觀反應速率(8.2.10)中，RC是時間的函數(shù)，列出顆粒核心半徑與固體物B的關(guān)系，MB固體物B的分子量04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系20對t求導按反應的計量關(guān)系將(8.2.3)(8.2.11)代入(8.2.12)將(8.2.9)代入上式上式中主體中A的濃度根據(jù)反應器流型不同，濃度隨時間變化不同。當氣相為全混流時，CAG恒定；平推流時，CAG隨軸向位置變化。全混流時，CAG恒定，對(8.2.13)積分（初始條件t=0,r=R）無因次化04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系21對(8.2.14)積分固體反應物B的轉(zhuǎn)化率即，式(8.2.15)為固體顆粒大小不變時縮核模型球形顆粒宏觀動力學的一般表達式，對不同的控制步驟，可以進一步簡化。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系22二、不同控制步驟下的宏觀動力學A.氣膜控制(外擴散控制)此時，灰層內(nèi)外直到反應核心界面上，氣相組分濃度相同固體反應物B完全反應()需要的時間反應的時間分率04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系23從(8.2.19)分析，氣膜控制下要提高反應速率，應當減小顆粒粒徑，提高氣膜傳質(zhì)系數(shù)，從而縮短反應時間。B.灰層內(nèi)擴散控制此時，氣膜阻力和化學反應阻力都可忽略反應時間完全反應時間反應的時間分率04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系24從(8.2.22)分析，灰層控制下要提高反應速率，應當減小顆粒粒徑，提高有效擴散系數(shù)(增加粒內(nèi)空隙率和孔徑)，從而縮短反應時間。C.化學反應控制此時，顆外氣速很大，顆粒較小，灰層的空隙率大，化學反應阻力遠大于氣膜和產(chǎn)物灰層的擴散阻力反應時間完全反應時間反應的時間分率04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系25從(8.2.24)分析，化學反應控制下要提高過程速率，應當提高反應溫度，使化學反應速率增加，從而縮短反應時間。分析比較三種控制下的反應時間式，(8.2.15)

、(8.2.17)、(8.2.20)、(8.2.24)，可見反應時間(8.2.15)中包含有三項阻力?；瘜W動力學阻力：1氣膜阻力（外擴散阻力）：灰層阻力（內(nèi)擴散阻力）：04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系2604-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系27例8.1用氫還原硫鐵礦(FeS2)，反應為反應過程氣相中氫的壓力不變，為0.1MPa，高速下通過FeS2床層。測試結(jié)果表明反應對氫為一級不可逆反應，在450℃、477℃、495℃測得FeS2轉(zhuǎn)化率與時間關(guān)系如圖。確定實驗結(jié)果能否用縮核模型模擬。假設(shè)礦石顆粒為球形，由于氣速較高，外擴散阻力可忽略。解：在低轉(zhuǎn)化率下，灰層很薄，界面上的化學反應可能成為控制步驟。且溫度低時，化學反應速率也低，假設(shè)符合實際情況。在低溫(450℃)下實驗數(shù)據(jù)擬合縮核反應的化學反應控制動力學方程，有利用450℃實驗數(shù)據(jù)回歸得，代入活化能計算得速率常數(shù)化學反應控制時曲線如圖中虛線，可見在高溫和長反應時間計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)不吻合，即高轉(zhuǎn)化率下灰層擴散阻力不能忽略。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系28忽略外擴散時同時考慮反應及灰層擴散影響的反應時間為(D)/(A)得利用(E)式，采用477℃的實驗數(shù)據(jù)進行回歸，得出計算灰層的有效擴散系數(shù)假設(shè)有效擴散系數(shù)不隨溫度變化，可得溫度495℃下代入(E)式，畫出灰層擴散修正后的曲線(實線)，可見曲線與實驗點吻合較好。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系29結(jié)果分析：隨反應溫度的升高，產(chǎn)物層內(nèi)的擴散阻力影響增大，內(nèi)擴散對宏觀動力學的影響不能忽略。在低轉(zhuǎn)化率下(本例中<30%)，內(nèi)擴散的影響較小，可忽略。隨轉(zhuǎn)化率的升高，產(chǎn)物層的厚度增大，必須考慮內(nèi)擴散的影響?！?.2.1.2顆粒縮小時顆粒的宏觀動力學縮核反應若無固體產(chǎn)物生成，固體顆粒內(nèi)無固相惰性組分，則反應進行反應面不斷內(nèi)移，顆粒不斷縮小。沒有反應物A和產(chǎn)物D在灰層的擴散。上面反應只有反應物A和產(chǎn)物D通過顆粒外滯流層的擴散和氣體A與固體B的反應三個步驟。特別是不可逆反應，產(chǎn)物的外擴散過程對反應也沒有影響。A.反應組分通過顆粒外滯流膜的控制當反應很快，粒內(nèi)氣體組分A的濃度分布為：此時，顆粒的宏觀反應速率即為氣體組分A通過氣膜的傳質(zhì)速率：04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系30由反應的計量關(guān)系，結(jié)合(5.2.11)和(5.2.12)，粒徑變化為固體粒子不斷縮小，外表面積和氣膜傳質(zhì)系數(shù)也隨之變化，下式為常用經(jīng)驗式在滯流區(qū)內(nèi)，雷諾數(shù)為零，有將(8.2.30)代入(8.2.28)中積分04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系31反應時間與粒徑關(guān)系當時，顆粒完全反應，反應時間分率為B.化學反應控制對縮核模型，若為反應控制，無灰層阻力，當沒有外擴散阻力時，其動力學模型與顆粒大小變化時的化學反應控制相同。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系32§8.2.1.3無控制步驟時的顆粒宏觀動力學縮核模型中三項阻力大小常隨反應的進行而變化。固體顆粒大小不變時，反應初無固體產(chǎn)物層，內(nèi)擴散阻力不存在。隨反應進行產(chǎn)物層逐漸變厚，阻力也相應增加。因此，反應過程從開始到結(jié)束僅僅考慮一種阻力是不恰當?shù)?。三項阻力是串?lián)的，穩(wěn)態(tài)下(8.2.1~3)三式相等，聯(lián)立消去中間濃度變量，得顆粒大小不變時：顆粒減小的縮核模型04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系33例8.2等溫下致密球形顆粒的氣固相非催化反應。當顆粒半徑為2mm時，固體達到50%轉(zhuǎn)化率需要反應時間為5分鐘，求當過程分別為外擴散控制、固體產(chǎn)物層內(nèi)擴散控制、化學反應控制時，對半徑為4mm的顆粒，固體達到96%的轉(zhuǎn)化率所需的反應時間。解：1.外擴散控制反應的時間分率為2mm顆粒完全反應時間外擴散控制時完全反應時間與粒徑關(guān)系為4mm顆粒達到轉(zhuǎn)化率0.96需要時間為04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系34?2.產(chǎn)物層內(nèi)擴散控制反應的時間分率為2mm顆粒完全反應時間內(nèi)擴散控制時完全反應時間與粒徑關(guān)系為4mm顆粒達到轉(zhuǎn)化率0.96需要時間為3.化學反應控制化學反應控制時完全反應時間與粒徑關(guān)系為4mm顆粒達到轉(zhuǎn)化率0.96需要時間為04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系35例8.3

在移動床反應器內(nèi)煅燒某種粒徑為5mm的球形顆粒，過程為灰層控制，當顆粒的停留時間為30min時，轉(zhuǎn)化率為98%?，F(xiàn)處理量增加，停留時間縮短為25min，計算顆粒的轉(zhuǎn)化率？若要求顆粒的轉(zhuǎn)化率保持在98%，顆粒直徑應減少為多少？假設(shè)粒徑縮小后速率控制步驟未發(fā)生改變，并討論計算結(jié)果能否確保達到預期目的。解：5mm顆粒完全轉(zhuǎn)化所需的時間當停留時間變化為25min后，解方程得轉(zhuǎn)化率為04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系36處理量增加后，要保持轉(zhuǎn)化率，顆粒完全轉(zhuǎn)化的時間應改變?yōu)榛覍涌刂葡峦耆磻獣r間若隨顆粒直徑縮小，速率控制步驟可能從灰層控制轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻娣磻刂疲敱砻婵刂瓢l(fā)生時，隨粒徑的縮小，完全轉(zhuǎn)化所需時間的減少將小于灰層擴散控制時，此時，上面的計算粒徑可能偏大。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系378.4.3.2速率控制步驟的判別縮核模型應用時判斷速率控制步驟入手方法：(1)灰層的擴散阻力常比氣膜阻力大很多，因此，只要有灰層存在，氣膜阻力一般可忽略；(2)用相同粒徑下轉(zhuǎn)化率與時間數(shù)據(jù)曲線判斷控制步驟04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系38(3)依據(jù)相同反應條件下不同粒徑達到相同轉(zhuǎn)化率的時間進行判斷；由計算式傳質(zhì)系數(shù)近似正比與，即a.氣膜擴散控制時b.灰層擴散控制時c.表面反應控制時04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系39經(jīng)常使用分析：隨粒徑的增大，處于灰層擴散控制時反應速率下降比處于表面反應控制時更快，即灰層阻力增加比表面反應阻力增加迅速。這樣，若在一定粒徑下過程為表面反應控制，隨著粒徑的增大，最終將轉(zhuǎn)化為灰層擴散控制。將表面反應控制機理外推到較大粒徑是不可靠的，而外推到較小粒徑是可靠的。反之，將灰層擴散控制機理外推到較大粒徑是可靠的，而外推到較小粒徑是不可靠的。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系40§5.2.2整體反應模型(等溫)假設(shè)粒內(nèi)等溫，對氣相反應物A進行物料衡算對大多數(shù)氣固相反應，反應區(qū)的移動速率遠小于組分A的傳遞速率時，可忽略方程的左側(cè)的累積項固體反應組分物料衡算兩個方程的初始條件和邊界條件為04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系41反應生成新的固體，顆粒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。有效擴散系數(shù)隨顆粒位置的變化。若假設(shè)孔隙率與固體轉(zhuǎn)化率成線性變化，即有效擴散系數(shù)Wen使用下列動力學方程對上述模型進行數(shù)值計算下兩圖分別表示Thiele模數(shù)為1和70時，6個時間上的粒內(nèi)濃度分布計算結(jié)果，計算時采用的反應級數(shù)為04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系4204-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系43曲線1B23456θ00.1890.4290.7491.3892.669xB00.1650.3410.5210.7480.930θ為實際反應時間與特征反應時間之比外擴散阻力消除04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系44曲線123456θ01.844.8810.1616.4020.56xS00.1510.4170.7080.8920.957θ為實際反應時間與特征反應時間之比

對固體反應組分濃度能在有限時間降低到零的過程，即固體濃度為零級或擬零級的情況，一定時間內(nèi)將在顆粒外表面形成灰層，此時，氣相反應物要先擴散通過灰層，再發(fā)生反應，方程邊界條件變化。隨反應進行，固體性狀發(fā)生變化，擴散系數(shù)變化，Wen提出簡化處理辦法，擴散系數(shù)取值只有兩種可能：一種是通過末反應或部分反應的固體的擴散系數(shù)，另一種數(shù)值是通過已完全反應的固體的擴散系數(shù)。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系45假定，在固體組分B和在完全產(chǎn)物層A的有效擴散系數(shù)為，在反應的第一階段，取球形固體反應物的一個微元殼體，Ishide和Wen的擬一級動力學方程初始和邊界條件第一階段粒內(nèi)濃度分布式中，04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系46固體濃度方程代入A的濃度分布積分，固體濃度分布固體B的轉(zhuǎn)化率為第二階段在時開始，利用第一階段的計算結(jié)果，可積分得第二階段開始的時間04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系47第二階段反應增加一個不發(fā)生反應的產(chǎn)物層，對它進行計算邊界條件，反應內(nèi)層，方程與第一階段，但邊界條件求解方程組得固體反應物耗盡的移動層位置，通過隱式方程求得。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系48當時，嚴格意義的整體模型，反應在整個粒內(nèi)進行，固體顆粒始終不分層。當時，化學反應控制，粒內(nèi)固體密度均勻，各處反應速度相同，為整體反應的真均相模型。當時，A在產(chǎn)物層的擴散遠大于在固體反應物中的擴散，反應局限于很窄的一個薄層內(nèi)。為有限厚度反應區(qū)模型。當時，即，反應在顆粒內(nèi)的未反應核界面上進行，實際模型為縮核反應模型。04-2月-23版權(quán)所有,By曹志凱,廈門大學化學工程與生物工程系49由于反應條件變化，同一個反應體系，可能呈現(xiàn)出不同的反應模型。Weisz和Goodwin考察了硅鋁裂化催化劑在輕柴油和石腦油過程中，顆粒結(jié)焦燃燒動力學研究。初碳3.4%粒徑2mm顆粒燃燒過程，燃燒溫度在小于450℃、

450℃到700℃之間、大于700℃三種情況下，燃燒結(jié)焦一段時間后的結(jié)焦分布如圖示。04-2月-23版權(quán)所有,