第八章流固相非催化反应资料教程

n B V B
(4R3)
B M C M3 C
B
B
▪ 和 dAn1dBn4 BR2dC R
▪
dt bdt bMC dt B
▪
＊导得：dRC dt
R2
C
bMBCA(g8-1B2)
(RS
R)R
C
C
1
kR2 R D k
GS
S
eff
▪ 联立（8-9）、（8-11）并积分：
t B { R S[ 1 (R C ) 3 ] R S 2[ 1 3 (R C ) 2 (R C ) 3 ] R S [ 1 R C ] } b M B C A g3 k G R S 6 D e ff R S R S k R S
R S
t
R BS
(固相B 反 完应 全物 )反 8 (2)应 1 时
f 3bM kC
B G Ag
t x (反应时间 ) (8分 2率 2 )
t
B
▪ 注：f 由（8-21）知：若 k ,C ,R ,则 r.
▪ 强化总体速率措施：k 。G
Ag
S
f
G
8-10 固体产物层（或惰性残留物层）内扩散控制
▪ ＊Ａ的浓度分布：CCC ;
dn
A
dt
4R2k (C
SG
Ag
C )(81) As
C ,CA:未知
AS
C
ddntA
4R 2D
dC ( A)
C
d eff
RRC
R
(82)未反应芯半径随时 化间
dn
A
dt
4R 2kC
C
AC
(83)
8-8 宏观反应速率
▪ 二、总体速率的一般计算式：
▪ 式(8-2)中 dC 可由Ａ的扩散过程的物料衡算导得：
8-8 宏观反应速率
四、固相反应物B的转化率XB与Rc的关系：
据XB定义：
x
1
(
R C
)3
B (8-1R3)
五、xB与的t关系：将(8-13)带S 入(8-16):
t b M B B C A g { 3 R k S G x B 6 R D S e 2 f f[ 1 3 ( 1 x B ) 2 3 2 ( 1 x B ) ] R k S [ 1 ( 1 ( 1 x B ) 1 3 ] } ( 8 1 7 )
Ag
AS
AC
▪ 对不可逆反应，C 0
▪
▪ t
AC
R 2
BS
[1 3 (R C)2 2 (R C)3]8 ( 2)4
6 D bM C R R
eff
B Ag
S
S
t
R2
BS
f 6DbM C
eff
B Ag
(82)5
t13 (1x)232 (1x)
(82)6
t
B
B
f
▪ Note：由（8-25）知：若D eff ,C Ag ,R S ,则 tf .
Ag
S
f
▪ 强化总体速率
▪ A(f)+bB(s) →fF(f) ▪ 两个步骤：气膜扩散；外表面化学反应 ▪ 由8-9得，球形颗粒：
dA n4R2[
第二节 流固相非催化反应模型
▪ 8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）
▪ 1、要点：反应只在固体颗粒内部产物与未反应固体的界 面上进行；反应表面由表及里不断向固体颗粒中心收缩，未 反应芯逐渐缩小。
8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）
▪ 对情况①：与气固相催化反应过程类似， ▪ 整个反应过程由5个步骤组成： ▪ a反应物外扩散过程 ▪ b反应物内扩散过程 ▪ c表面化学反应过程 ▪ d产物内扩散过程 ▪ e产物外扩散过程。（无流体产 ▪ 物，仅有固相应物时：仅有a、b、c） ▪ 对情况②：仅有a、b、c三步。
8-3 流固相非催化反应的研究方法
▪ 器内过程：化学反应过程（反应动力学问题）； ▪ 传递过程（物理效应或宏观传递效应） ▪ 研究步骤： ▪ ①反应模型（主要模型：收缩未反应芯模型；整体反应 模型；有限厚度反应区模型；微粒模型；单孔模型；破裂芯 模型）。 ▪ ②用模拟方法——冷模试验研究两相流动行为，测验有 关数据，建立经验或半径验数学方程（模型过于简化，常与 实际不一致）。用逐级效大法。 ▪ ③热模试验研究反应参数对反应性能的影响，获取设计 参数，检验反应动力学和冷模试验结果。
▪
( A)
d
R RC
R
▪ ▪
dC ( A)
CC
（A8S -7）AC
d RRC R(1R R)
R
C
C
S
▪ 据加和法则：式（8-9）
▪
ddA nt4RS2[1RS(RS CAgRC)RS2 ]
k D R k2k
G
eff
C
C
8-8 宏观反应速率
▪ 三、未反应芯半径Rc与反应时间t的关系：
▪
据(8-11)
第八章 流－固相非催化反应
第一节 流固相非催化反应的分类及特点
▪ 8-1 分类：
▪ 气固相非催化反应（按物相分五类）； ▪ 液固相非催反应（按物相分五类）.
▪ 8-2 特点：
▪ ①反应类型的多样性：类型不同，工艺流程不同，工程操作 参数不同，反应器不同。 ▪ ②固相物料的多样性：固相物料物性不同，对输送、供料、在反 应器中流动状况不同，并影响反应体系的宏观动力学行为。 ▪ ③反应器型式的多样性： ▪ ④固体颗粒的转化率高：不应使用固相返混严重的反应器，须采 用逆流接触设备→须兼备传热效率高、固体转化率良好的反应器。 对可逆放热气固相非催化反应，存在最佳温度问题。 ▪ ⑤气－固相非催化反应温度高；
可见，当颗粒完全反应时，RC0,x故B 1,
t B (R S R 2 S R S)
f bC M 3 k 6 Dk
B Ag G
ef f
(8 1)8
8-9 流体滞流膜扩散控制
▪ Ａ的浓度分布： CC C;
Ag
AS
AC
▪ 对不可逆反应， C 0
▪
AC
▪
t
R
BS
[1(R C)3] (82)0
▪
3 bM kC B G Ag
第三节 粒径不变时缩芯模型的总体速率
▪ 8-8 宏观反应速率
▪ 对流固相非催化反应：A(f)+bB(s) →fF(f)+sS(s) ▪ 假设：等温球形颗粒；拟定态过程（反应界面不动的定 态过程；界面移动速度＜＜流体反应物扩散速率）；对A 为 一级不可逆反应。 ▪ 一、外扩散速率、内扩散速率、表面化学反应速率：
▪ 强化总体速率措施：D 。 eff
8-11 化学反应控制
▪ Ａ的浓度分布：CCC;
Ag
AS
AC
▪ 对不可逆反应， C 0
AC
▪ ＊ tBR S [1(R C)]
▪＊
bkC M R
B Ag
S
▪
＊ t
R
BS
f bkC M
B Ag
(82)8 (82)9
t1(1x)13
(83)0
t
B
▪ Nofte：由（8-29）知：若k ,C ,R ,则 t .