《气固相体系》PPT课件.ppt

《《气固相体系》PPT课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第五章气固相体系的物相转化与化学加工四川大学化工学院气固相体系的物相转化与化学加工气－固相体系进行的化学反应情况:一:固体物质要参与反应且被消耗。如燃烧过程；二：是固体物质参与化学反应但是本身并不消耗。气－固相催化反应体系。气固相间化工过程的一般特点在反应和分离中，气固两相间的接触方式同所选取的固体尺寸有关。采用固定床的形式进行反应，采用较大的破碎粒度，固体块状体被填充在反应器中，气体穿过床层，并渗透到固相中进行反应。若固体物质在气流悬浮状态下进行反应，可采用较小的粒度。原料整型气固反应气固分离气相分

2、离媒介再生气固反应气相分离气态原料固态原料后续过程气态原料后续过程（A）（B）图5-1-1气固非催化过程与催化过程两类原则流程气固非催化过程以反应中留有固体产物的情形为例，其特点假定气相物种A和固体物种B发生反应生成固体物种C和气体物种D的情况，可以表示如下(举例说气固反应）A（g）+B（s）→C（s）+D（g）气相物质A要和固相物种B进行化学反应，必须克服两个扩散阻力，一是克服围绕固相物种B颗粒外表面的气膜层的扩散阻力，二是克服固相物种B颗粒内部的产物C层的扩散阻力；然后到达未反应的缩核表面进行反应

3、。该过程可以简示如图5-1-2。图5-1-2气－固相反应体系的等粒径缩芯模型示意图气固反应缩芯模型1：主体扩散到固体表面2：向内的固体膜扩散3：表面反应4：向外的固体膜扩散5：固体表面到气流主体的气膜扩散。分为气膜扩散控制、固体层扩散控制、界面反应控制其中，kg为气膜层的扩散传质系数；De为物种A在产品层的有效扩散系数；Sek、Sr、Src分别代表气膜层传质面积、产品层扩散传质面积、未反应核的表面积；ks代表在推进的反应界面处进行界面反应的速度常数；（-rA）为基于单位面积上的物种A的化学反应速度；α

4、为物种A参与化学反应的动力学级数。气－固相体系缩芯模型浓度分布气固相间的催化反应对于气－固相催化反应，需要经历如下7个过程：气体物质由气相主体经过气膜向催化剂表面的外扩散过程；到达催化剂外表面的原料物种由催化剂外表面向内表面的内扩散过程；到达催化剂内表面的原料物种在催化剂内表面吸附；吸附的反应物被活化、并在催化剂表面发生反应；产物从催化剂表面脱附；在固相中由内表面向外表面扩散的内扩散过程到达催化剂外表面的产物经过气膜层向气相主体的外扩散过程注意：在多孔固体催化剂催化的气相反应过程，气相反应物要到达催化

5、剂的内表面进行反应，必须克服外扩散阻力、内扩散阻力。根据多孔催化剂的孔结构性质、以及气相流动状况，宏观的气－固催化反应可以是外扩散控制、内扩散控制、以及表面化学反应控制。固相催化的步聚本征化学反应速度（－rA）对于实际反应，反应会受到传质、传热等诸多因素的影响。消除了传质阻力，传热阻力，化学反应的速度就决定于在反应区域内化学反应本身进行的快慢，此时宏观化学反应速度就等于本征化学反应速度。物质进行化学反应的本征反应速度（－rA），是参与化学反应的各种物质浓度、以及进行化学反应的区域的温度的函数，即：将上

6、式右端两个因式直接表述为：其中，A0为指前因子，E为化学反应的活化能，R为普适气体常数，T为化学反应温度0K，Cj代表在化学反应区物种j的浓度，αj代表化学反应相对于物种j的化学反应级数，化学反应级数n和各物种的化学反应级数αj有如下关系：化学反应的活化能，反映了温度对化学反应的影响；化学反应级数αj反映了物种j的浓度对化学反应的影响。气固悬浮体系中的流动形态气固悬浮体系是一种效率很高的反应与分离的工业化系统。在固定床中，气体经固体颗粒间的空隙而颗粒并不浮动起来。一旦流体的表观流速（空塔流速）达到某一

7、数值时，颗粒开始出现浮动，此时表观流速为起始流化速度umf，随着流速增加，床层出现膨胀。若颗粒较细，床层膨胀较均匀，即为散式流化床。若颗粒较粗，则一旦气速超过umf，超过的那部分气量就会以气泡形式通过，形成气泡相及乳化相的两相结构。乳化相指气泡以外的床层区域，粒间也有气体流动，但未能形成气泡，床层也有所膨胀。故称聚式流化床。一般居多。气固流化床示意图（a）气固流化床；（b）气泡放大图根据操作气速的大小，鼓泡流态化和湍流流态化可统称为传统的低速流态化，快速流态化和稀相输送可称为高速流态化。气固流动形态区

8、域划分图高速流化床与低速流化床操作特性的比较特性低速流化床气固并流上行快速流化床气固并流下行快速流化床稀相上行输送床颗粒停留时间τ及历程床内τ几分钟到几小时，部分带出提升管中τ为几秒，周期性循环下行管中τ为几十毫秒至1秒，周期循环自下而上一次通过气速m/s0.1～0.50.5～163～1616～20颗粒平均直径mm0.05～30.05～0.50.05～0.5典型为0.02～0.08颗粒外循环量kg/(m2s)0.1～515～200015～2000小于50