温度对CaCO3分解反应动力学参数的影响
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第42卷第6期2013年6月热力发电T H E R M A LP O W ER G E N E R A T I O NV01．42N o．6J an．2013温度对C aC03分解[摘反应动力学参数的影响陈鸿伟，陈江涛，危日光，索新良华北电力大学能源动力与机械工程学院，河北保定071003要]采用自建的大剂量热重分析仪对分析纯C a C O。
进行煅烧分解的热重试验，得到了温度对C aC O。
分解过程动力学参数的影响规律。
分析结果表明：CaC O。
分解反应性指数随温度升高呈阶段性增长，而动力学参数随温度升高呈阶段性减小，但均可分为3个阶段，且不同阶段的温度转折点相同；相边界反应(圆柱形对称)机理较适合N。
环境气氛下C aCO。
热分解反应，反应活化能和指前因子的对数随温度的升高变化规律相似，二者线性关系良好，存在动力学补偿效应；根据补偿系数推导出C aC0。
煅烧的等动力学温度约842℃，反应速率常数为0．1049m i n～。
[关键词]C aC O。
；等温热重法；动力学；补偿效应；等动力学温度[中图分类号]T K l6[文献标识码]A[文章编号]1002—3364(2013)06—0021—05[ooi编号]10．3969／j．i s sn．1002—3364．2013．06．021E f f ect of t e m per at ur e on ki net i c pa r am e t er s of dec om posi t i onr eact i on of cal c i um car bonat eC H E N H ongw ei，C H E N J i angt ao，W EI R i guang，SU O X i nl i angSchool of E nergy P ow e r and M ec ha ni c al E ngi ne er i ng，N or t h C h i na E l ect r i c P ow er U ni ver s i t y，B a odi ng071003，H ebe i P r ovi nce，Chi naA bst r act：I n or der t o i nves t i gat e t he i nf l uence of t em per at ur e on beha vi or of c al c i umcar bonat e de—com posi t i on，es pec i a l l y on ki net i c param et er s of t he decom pos i t i on r ea ct i on，t he anal yt i cal l y pu r ec al c i umcar bonat e w as ca l ci ned on a s el f-bui l t l ar ge dose t her m ogravi m et r i c a na l yze r．The r es ul t si ndi ca t ed t ha t，w i t h a n i nc r ea se i n t he r e act i on t e m per a t ur e，t he r eact i vi t y i ndex of c al c i umcar b on—at e decom pos i t i on i nc r e as ed at st age s t a t e w hi l e t he ki net i c param et er s dec r ea se d at st age st a t e．M oreover，bot h t he r ea ct i on i ndi ces and t he ki net i c param et er s c an be di vi ded i nt o t hr ee st age s and t he t em per at ur e t ur ni ng poi nt s i n di f f er ent st age s w er e t he s am e．The phas e boundar y r ea ct i on (cyl i n dr i cal sym m et r y)t heor y w as m or e sui t a bl e f or c al c i um car bonat e cal ci na t i on under N2at-m os pher e．T he change t r e nd of t he l ogar i t hm of r e act i o n act i vat i on w i t h t em per at ur e w as si m i l ar as t ha t of t he pr e-e xpone nt i a l f a ct or．The r e exi st ed good l i ner r e l at i onshi p and ki net i c com pens a—t i on ef fect be t w een t hem．T he i soki net i c t em per at ur e of t he C a C03cal ci na t i on w a s842℃and t he r ea ct i on r at e c ons t ant w as0．1049m i n der i ved by t he com pensat i on coef fi ci ent s．K e y w or ds：C a C03；i s ot he r m al t her m ogr avi m et r y；chem i cal ki ne t i cs；com pe ns at i on ef f ect；is oki net i c t em per at ur e=====================================一收稿日期：2012—06—12基金项目：国家自然科学基金(50876030)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(1l M G46)作者简介：陈鸿伟(1965一)，男，重庆人，博士，教授，主要从事高效、清洁燃烧及环境污染控制技术的教学与研究。
E-m ai l：chenj t—l@163．cor n ．热力发电C a C O。
及其煅烧产物广泛应用于能源工业污染控制领域，其在电力工业中属较成熟的脱硫剂‘卜4|。
精确的C aC O。
分解反应动力学参数是其应用于工业实际的基础数据。
前人在进行C a C O。
热分解动力学参数研究时，通常采用等温法和非等温法[引，其共同的特点是通过确定反应机理函数联立经典的A r r he ni us公式求取活化能和指前因子。
A r r heni us定理唯象地认为活化能和指前因子为与反应温度无关的常数，这是目前众多学者求解C aC O。
分解反应动力学参数的假定前提[6伽；但从理论上指前因子与温度有关，当温度变化范围较宽时，指前因子变化较大，必然会导致活化能随其变化，最终导致动力学参数随温度变化[1川。
对此，本文采用传统方法计算小温度范围内的C aC O。
分解反应动力学参数，以考察较大温度范围内的动力学参数变化情况，近似了解温度对活化能和指前因子的影响规律。
1试验内容试验装置如图1所示。
整个试验在自建的大剂量热重分析仪上进行，其灵敏度为0．1m g，称重范围±200g，测温范围o～1000℃，重复性试验误差±1％，满足试验精度要求。
采用纯度>99．9％的N。
进行吹扫，通过转子流量计控制其流量，计算机采集处理数据得到转化率一时间(x-t)曲线。
转子流量减压图1试验装置Fi g．1T h e exp er i m ent al appar at us试验在常压下进行，采用分析纯C aCO。
作为样品，其粒度为48～62弘m。
每次取用0．3±0．02g 样品，煅烧气氛总流量1000m L／m i n。
为减小样品颗粒间的扩散阻力，将样品平铺在坩埚底面，形成厚度均匀的薄层。
为更接近真实的反应过程，试验采用等温法。
C aCO。
煅烧转化率z为：z一—m o--—mt(1)m o一优a其中，m。
、m。
为反应前、后样品的质量，m。
为反应进行t r ai n后样品的质量。
采用反应性指数R定量衡量不同温度下C aC O。
煅烧分解反应的程度，其表达式为：R一2／r。
．5(2)其中，V o．。
为C aC O。
煅烧转化率达到50％的时间，R越大表明CaC O。
分解反应性越好。
2试验结果与讨论2．1温度对CacO，分解特性的影响图2为温度对C aC O。
煅烧转化率的影响。
1．0O．8h0．6褂S样0．4O．21-O0．8薄o6S样O．4O2O20406080100120140时间t／r ai n(b)825～9751C图2温度对C aC03煅烧转化率的影响Fi g．2E f f ect of t em perat ur e on t he c o nver s i o n ofcal ci um car b onat e c al ci na t i on由图2可见，随着温度的提高，煅烧反应速率逐渐提高，完全煅烧的时间逐渐缩短：700℃完全煅烧时间为132r ai n，775℃缩短为26r ai n，975℃减至2．8r ai n。
这是因为CaC O。
煅烧反应为吸热反应，Ⅲm㈣誓～∽∥2骗㈣m∞h加第6期陈鸿伟等温度对C a C O。
分解反应动力学参数的影响反应温度越高，反应速率越快。
综合考虑反应速率、完全煅烧时间及高温烧结等因素，C aC O。
合理的煅i g2．墨1糕1靶0着o．赵图3反应性指数随煅烧温度变化情况Fi g．3R e a ct i vi t y i nd e x R at di f f er e nt t em per at ures由图3可见，反应性指数R随温度的升高总体呈抛物线增加规律，即随着温度的升高，C aC O。
的反应性快速升高。
对R分段线性拟合的结果表明，R增长速率可分为3个阶段：700775℃范围内的低速增长阶段，：>775～900℃范围内的中速增长阶段和>900～975℃范围内的高速增长阶段。
C aC O。
分解反应性随温度呈现阶段性的增长规律，可能是由于C a C0。
分解的受控机理在不同的温度范围内会发生一定的变化，这与目前认为的C a C O。
