气固相体系课件.ppt

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1、第五章气固相体系的物相转化与化学加工1四川大学本科生课程化学工艺学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：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。合成氨反应后产物一般在气相中。反应器类型（直接气相间反应物和产物的相互转化）管式反应器：停留时间短、返混小、反应器体积小且效率高。管式反应器：合成氨造气（镍催化剂）塔式反应器：合成氨合成（铁催化剂）气-固（催化剂）反应塔式反应器：硫酸转化（钒催化剂）2四川大学本科生课程化学工艺学5.1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

2、尺寸有关。固定床形式的反应：采用较大的破碎粒度，固体块状体气流悬浮状态反应：采用较小的粒度固体原料整型气固反应气固分离气相分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气固非催化过程原则流程气固催化过程原则流程3四川大学本科生课程化学工艺学5.1.1气固非催化过程气体物质和固体物质均参与反应且被消耗A（g）+B（s）→C（s）+D（g）反应必须克服两个扩散阻力：（1）固相物种B颗粒外表面的气膜层的扩散阻力（2）固相物种B颗粒内部的产物C层的扩散阻力图5-2气－固相反应体系的等粒径缩芯模型示意图4四川大学本科生课程化学工艺学气固反应缩芯模型气相非催化反应的过程:1：气相主体

3、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。气－固相体系缩芯模型浓度分布分为气膜扩散控制、固体层扩散控制、界面反应控制稳态假定：其他模型描述：UCM、PCM、CCM、GPM、整体反应模型等5四川大学本科生课程化学工艺学5.1.2气固相间的催化反应对于气－固相催化反应的过程：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

4、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。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。6四川大学本科生课程化学工艺学化学反应的活化能，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浓度对化学反应的影响。5.1.3本征化学反应速度（－rA）消除了传质阻力，传热阻力：宏观化学反应速度等于本征化学反应速度。动力学方程7四川大学本科生课程化学工艺学5.1.4气固悬浮体系中的流动形态固定床（固体颗粒并不浮动起来）气固流化床示意图（a）气固流化床；（b）气泡放大图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。颗粒极限沉降速率>空塔流速usf>起始流化

5、速度umf流化床（床层膨胀、气泡相+乳化相）气固流动形态区域划分图鼓泡流态化和湍流流态化快速流态化空塔流速usf>颗粒极限沉降速率气流床8四川大学本科生课程化学工艺学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/(m2s)0.1～515～200015

6、～2000小于50空隙率床层为0.6～0.8,稀相空间中很大0.85～0.980.95～0.99大于0.99气体返混乳相与泡相间交换部分返混少量气体返混轴向返混很小轴向返混很小床内颗粒返混全返混同环-核流动结构返混严重轴向返混很小轴向返混很小9四川大学本科生课程化学工艺学5.1.5气固相体系的分离特点（1）气固相的分离；（2）气相中不同组分间的分离。大粒度固体：沉降；固体粉尘和微粒：布袋过滤、重力沉降、旋风分离、旋流分离、湿式气固分离和电晕分离（电除尘）等（1）旋流分离（2）逆向动力波分离旋流式分离器示意图逆向动力波洗涤器灰斗净化气净化气液体10四川大学本科生课程化学工艺学旋流分离11四川大学

7、本科生课程化学工艺学5.1.6气相中物质的主要分离方法气体的净化和分离方法：吸收、吸附、膜分离、精馏、冷冻等。（1）吸收物质借扩散（分子扩散或对流扩散）作用传质，将气相物质转移到液相的过程。（化学吸收和物理吸收）（2）吸附多孔固体吸附剂与气相接触，流体相中的单一或多种溶质向多孔固体颗粒表面选择性传递，积累于多孔固体吸附剂微孔表面的过程。变温吸附：利用温度的变化完成循环操作。变压吸附：利用压力的变化