化学反应工程 第7章 流－固相非催化反应

第七章流－固相非催化反应第一节流-固相非催化反应的分类及特点第二节流-固相非催化反应模型

第三节粒径不变时缩芯模型的总体速率及控制第四节颗粒缩小时缩芯模型的总体速率第五节流-固相非催化反应器及其计算 第七章流－固相非催化反应固相颗粒内部条件随时间变化－－非定态复杂性：（1）颗粒体积的变化情况（2）反应区域的变化情况（3）粒子大小的均匀情况（4）流－固相之间的流动情况第一节流－固相非催化反应的分类及特点一、流－固相非催化反应的分类（一）、气－固相非催化反应（二）、液－固相非催化反应二、流－固相非催化反应的特点三、流－固相非催化反应的研究方法第一节流－固相非催化反应的分类及特点一、流－固相非催化反应的分类（一）、气－固相非催化反应

固→固＋气

固＋气→固一、流－固相非催化反应的分类（一）、气－固相非催化反应固＋气→气固＋气→固＋气气＋气→固＋气第一节流－固相非催化反应的分类及特点一、流－固相非催化反应的分类（一）、气－固相非催化反应固→固＋气固＋气→固固＋气→气固＋气→固＋气气＋气→固＋气第一节流－固相非催化反应的分类及特点一、流－固相非催化反应的分类（二）、液－固相非催化反应固＋液→固＋气固＋液→固＋液+气一、流－固相非催化反应的分类（二）、液－固相非催化反应固＋液→液固＋液→固固＋液→固＋液第二节流固相非催化反应模型一、收缩未反应芯模型shrinkingcoremodel两种情况（1）有新固产物（2）无固体产物一、收缩未反应芯模型（1）外扩散（2）内扩散（3）表面化学反应（4）内扩散（流体产物）（5）外扩散（流体产物）无固体产物：无（2）（4）步无流体产物：无（4）（5）步气相主体气膜固体产物层反应界面收缩未反应芯CASCAgCAC二、整体反应模型两个阶段：第一阶段：未形成固体产物层，反应区为整个颗粒第二阶段：形成固体产物层，且不断扩展；与此同时，反应区则不断缩小三、有限厚度模型其他模型微粒模型单孔模型破裂芯模型单孔模型单孔模型单孔模型单孔模型单孔模型“闭口”现象和“开口”现象“闭口”现象和“开口”现象一、总体速率（宏观反应速率）单位时间内每个颗粒上流体反应物A物质量的减少（单位时间内每个颗粒上固体反应物B物质量的减少）第三节粒径不变时的缩芯模型的总体速率拟定态过程：A通过流体膜的外扩散速率，等于通过产物层的内扩散速率，等于反应界面上的表面反应速率，并等于总体反应速率一、总体速率（宏观反应速率）一、外扩散速率、内扩散速率与表面反应速率CASCAgCAC1.外扩散速率、内扩散速率与表面反应速率CASCAgCAC2.总体速率的一般计算式首先建立产物层内反应物A的浓度分布2.总体速率的一般计算式代入内扩散速率方程2.总体速率的一般计算式然后三式联立消元总体反应速率（宏观动力学）非均相反应

（1）气固相催化反应（2）气液反应（3）气固相、液固相非催化反应（4）气液固三相反应三个层次：反应器、颗料、分子总体反应速率（宏观动力学）反应的流程（步骤）（1）气固相催化反应：外扩散→内扩散、反应（2）气液反应：外扩散→液相扩散、反应（3）流固相非催化反应（缩芯模型）：外扩散→内扩散→表面反应总体反应速率（宏观动力学）（1）气固相催化反应反应的流程（步骤）：

外扩散→内扩散、反应总体反应速率（宏观动力学）（2）气液反应的流程（步骤）

外扩散→内扩散、反应总体反应速率（宏观动力学）（3）流固相非催化反应（缩芯模型）步骤：外扩散→内扩散→表面反应3.未反应芯半径与反应时间的关系4.固相反应的B的转化率xB与RC的关系五、xB与反应时间的关系分离变量，并积分下式5.

xB与反应时间的关系分离变量，并积分上式5.xB与反应时间的关系二、流体滞流膜控制转化率与反应时间成正比达到某转化率所需时间与RS成正比“匀速反应”三、固体产物层内扩散控制达到某转化率所需时间与RS2成正比四、表面化学反应控制反应时间与（RS-RC)(即产物层厚度）成正比达到某转化率所需时间与RS成正比“匀速推进”

宏观反应过程与控制阶段的判别（1）用温度对总体速率的影响进行判别。

提高温度则总体速率改变显著→反应控制（2）用气速对总体速率的影响进行判别。提高气速则总体速率改变显著→外扩散控制（3）用反应时间分率t/tf与转化率xB的关系及与未反应芯半径Rc的关系判别如果上述关系呈直线→外扩散、反应控制（4）用颗粒大小与反应时间的关系来判别。8－14宏观反应过程与控制阶段的判别（1）用温度对总体速率的影响进行判别。

提高温度则总体速率改变显著→反应控制

宏观反应过程与控制阶段的判别（2）用气速对总体速率的影响进行判别。提高气速则总体速率改变显著→外扩散控制

宏观反应过程与控制阶段的判别（3）用反应时间分率t/tf与转化率xB的关系及与未反应芯半径Rc的关系判别如果上述关系呈直线→外扩散、反应控制（4）用颗粒大小与反应时间的关系来判别。设达到某转化率xB所需的反应时间为t，则t与颗粒的大小有关。一、流-固相非催化反应器

1、液固相浸取或分解反应

2、气-固相高温焙烧或气化反应

3、气-固相气体净化反应

4、气－固相催化剂的烧炭再生反应二、固体颗粒呈平推流流动三、固体颗粒呈全混流流动第五节流-固相非催化反应器及其计算二、固体颗粒呈平推流流动第五节流-固相非催化反应器及其计算均匀颗粒：二、固体颗粒呈平推流流动第五节流-固相非催化反应器及其计算不均匀颗粒：二、固体颗粒呈平推流流动第五节流-固相