气固反应动力学模型

第１４卷第１期　

２０１５年３月　材料与　冶金学报　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ａｎｄ　Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ　Ｖｏｌ＿１４　Ｎｏ．１　

Ｍａｒｃｈ　２０１５　

ｔ　电　女　七　２０１３年全国博士生学术论坛（冶金学科）征文　ｄｏｉ：１０．１４１８６／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７１—６６２０．２０１５．Ｏ１．００６　

铁矿石等温气固还原动力学研究　

邵久刚　，张建良　，刘征建　，国宏伟　，杨广庆　，王广伟　

（１．北京科技大学冶金与生态工程学院，北京１０００８３；２．河北联合大学冶金与能源学院，河北唐山０６３００９）　

摘要：将未反应核模型拓展应用于烧结矿气相还原，采用四阶龙格库塔法通过编制程序求解混合控制方　程．通过数值计算与实验数据的对比，证明烧结矿的气固还原过程和球团矿一样可以用未反应核模型来描　述．烧结矿形状不规则，不具有明确的半径，通过与前人研究的比较，本文摒弃了传统处理中的平均半径选　取，利用数据分析得到了适用于烧结矿的等效半径，解决了烧结矿应用未反应核模型时的半径选取问题，为　铁矿气固还原动力学的研究提供了新的参考．　关键词：铁矿石；气固还原动力学；未反应核模型；等效半径　中图分类号：ＴＦ　５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１－６６２０（２０１５）０１－００２４　５　

Ｋｉｎｅｔｉｃｓ　ｏｆ　ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ　ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｒｏｎ　ｏｒｅ　ｂｙ　ｇａｓ　

Ｓｈａｏ　Ｊｉｕｇａｎｇ　，Ｚｈａｎｇ　Ｊｉａｎｌｉａｎｇ　，Ｌｉｕ　Ｚｈｅｎｇｊｉａｎ　，Ｇｕｏ　Ｈｏｎｇｗｅｉ　，Ｙａｎｇ　Ｇｕａｎｇｑｉｎｇ２，Ｗａｎｇ　Ｇｕａｎｇｗｅｉ　

（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｂｅｇｉｎｇ，Ｂｅ　ｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｔｅｄ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ　０６３００９，Ｃｈｉｎａ）　

气固两相湍流模型的分类

对两相流的研究有两种不同的观点：一是把流体作为连续介质，在欧拉坐标系内加以描述，而把颗粒群作为离散体系，在拉氏坐标系内加以描述；而另一是除了把流体作为连续介质外，还把颗粒群当作拟连续介质或拟流体，两相在空间共存和互相渗透，两相都在欧拉坐标系内加以描述。不同观点描述两相流所得数学模型也不同，目前常用的模拟模型有：单流体模型（无滑移模型）、小滑移模型、双流体模型（多流体模型或滑移－扩散的多连续介质模型）、颗粒轨道模型。

单流体模型

把单相流体力学概念直接推广到两相流中，把含有颗粒群流体看成一个单一的流体，提出了一种模拟气粒两相流动简化模型，即单流体模型或无滑移模型。与单相流体流动方程相比，单流体模型仅增加了几个颗粒相连续方程（类似于气相组分扩散方程），并在气相方程中增加了颗粒源项，因此该模型相当简单。该模型的主要优点是处理方法简单，计算方便。其缺点是未考虑颗粒相及气相之间的阻力作用（即假设气体与颗粒之间无速度和温度滑移），以及认为颗粒扩散系数和气体扩散系数相等，与实际的气固两相流动情况差异很大，故目前应用的较少。

小滑移模型

小滑移模型则是在单流体模型的基础上发展的，在此模型中，或者颗粒相对流体流动的影响被认为是小扰动，或者该影响被完全忽略。模型中假设颗粒的运动单纯由流体流动引起，流体与颗粒的速度滑移相对于平均流动来说是小量，这一滑移是颗粒扩散的结果。它考虑了颗粒的滑移并涉及了颗粒和气相间因滑移而引起的阻力，从而增加了颗粒群的动量方程，但求解典型程序仍与无滑移模型相同。其优点是考虑了颗粒的湍流扩散、湍流粘性以及滑移引起的阻力，相对接近于实际情况。

双流体模型

该模型的出发点是把颗粒群和气体都作为连续介质，两者相互渗透组成双流体或多流体系统，在欧拉坐标系下考察气粒两相流动，即欧拉—欧拉模拟湍流两相流动。近年来双流体模型已用于模拟一维非定常水汽两相流、炮膛内非定常二维湍流气粒两相流、气粒两相射流、有蒸发的液雾气体射流、闭式同轴射流中气体液雾流动与燃烧、带有或不带高速射流的突扩燃烧室中二维及三维湍流回流气粒两相流动和燃烧、四角喷燃炉中三维湍流旋流回流气粒两相流动和流化床中二维气化过程等。

龙源期刊网

MTG反应动力学模型

作者：杨锐

来源：《教育界·上旬》2013年第06期

【摘 要】本文建立MTG反应动力学模型，由温度和压力对模型的影响得出结论：运用集总组分的概念，得出温度和压力对转化率及烃类碳数分布的影响；令碳正离子的生产量等于消耗量，得出关键组分的产量。

【关键词】反应动力学 模型 温度 压力 转化率 产量

1.模型建立

MTG反应属于复杂反应体系，其体系中具有50个反应，山西煤化所经过研究认为，甲醇制备汽油在ZSM-5分子筛催化剂作用下，是一个包含多个反应步骤、涉及多种组分、得到多种烃类产物的复杂反应过程，其机理反应如下[15]：

（1）甲醇反应

（2） 由：CH2与轻质烯烃反应，使其增加一个C原子而变成高级烯烃

（3） 由：CH2与含氧化合物反应生成轻质烯烃

（4）水蒸气变换反应生成CO

（5）由：CH2与H2反应生成CH4。

（6）烯烃生成碳正离子

（7）碳正离子与轻质烯烃反应，使轻质烯烃碳原子数增加，生成高级烯烃

（8）碳正离子与高级烯烃反应，生成烷烃和二烯烃

（9）碳正离子与二烯烃反应生成烷烃和环二烯烃

（10）碳正离子与环二烯烃反应生成烷烃和芳烃

（11）芳烃缩聚反应

（12）芳烃和甲醇进行烷基化反应

（13）烷烃发生脱甲基反应生成烯烃和甲烷 龙源期刊网

采用等温积分反应器，来得到这50个反应的数值表达式。对于等温流动积分反应器有：

Q：反应器中单位时间内组分的总体积流量（L/s）；

Ci： 组分i的摩尔浓度（mol/L）；

Wcat：ZSM-5分子筛催化剂的重量（g）；

气固界面反应动力学研究

气固界面反应动力学是一门十分重要的学科，它涉及到气体分子与固体物质的相互作用，研究其反应过程和机理，对于工业化生产流程优化、环境保护等方面都有着重要的意义。

气滴反应

气滴反应是一种典型的气固界面反应，其研究逐渐受到了越来越多的关注。在气滴反应过程中，气体中的粒子通过碰撞与固体表面上的原子或分子相互作用，从而引发了反应。气滴反应的研究可以为解释肺部疾病、氧化燃料电池、超疏水表面制备等领域提供理论基础。

气固界面反应动力学

气固界面反应动力学主要涉及到反应速率、反应物吸附、反应机理等方面的研究。其中，反应速率是一个重要的指标，它决定了反应的进行程度和速度。反应速率的研究涉及到气体分子与固体表面的相互作用、气体分子的扩散等方面。同时，反应速率还与反应条件、环境温度等因素密切相关。

反应物吸附也是气固界面反应动力学研究的重要方面。反应物在气固界面上的吸附过程被认为是反应的第一步。一些实验结果表明，反应物与固体表面之间的物理吸附和化学吸附会直接影响到反应的进行。对反应物的有效吸附与化学键形成的研究有助于进一步了解气固界面反应机理。

最近，越来越多的研究集中在气固界面反应的机理和反应路径方面。这些研究探讨了分子对于不同表面结构的反应性差异，以及反应过程中可能会出现的中间体。为了更好地理解这些机理和反应路径的研究，可采用计算机模拟的方法与实验相结合，从而获得更为准确和可靠的数据。

总结 气固界面反应动力学研究对于理解气体分子与固体表面的相互作用以及气滴反应机理具有重要作用。反应速率、反应物吸附和反应机理是该研究领域的关键方面，并且计算机模拟与实验相结合可以获得更为准确和可靠的数据。随着研究的深入，我们相信气固界面反应动力学将为工业化生产以及环境保护等方面提供更为有效的解决方案。