反应工程课件第7章.ppt

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1、第七章流-固相非催化反应流–固相非催化反应是流–固相反应的一种,是一类重要的化学反应。这类反应中有流体–气体或液体,有固体,在这里固体不是催化剂，而是反应物或产物之一。如：煤的燃烧、矿石的焙烧，酸浸取矿石等。近几年来，随着纳米材料的发展，超细材料的化学气相淀积与液相淀积也属流-固相非催化反应范畴。可表示为:A(流体)+B(固体)→C(流体)+D(固体)这是一个普遍式,实际反应按A、B、C、D物相组合方式具有多种类型。7.1流–固相非催化反应的分类及特点7.2流–固相非催化反应模型7.3粒径不变时缩芯模型的总体速率及控制7.4颗粒缩小时缩芯模型的总体速率7.5流-

2、固相非催化反应器及其计算7.1流–固相非催化反应的分类及特点7.1.1流–固相非催化反应的分类流-固相非催化反应可分为气—固相非催化反应和液—固相非催化反应两大类。气—固反应可分成以下五类：A(固)——>B(固)+C(气) A(固)+B(气)——>C(固)  A(固)+B(气)——>C(气) A(固)十B(气)——>C（固）+D（气）A(气)+B(气)——>B(固)+D(气)液-固相非催化反应可分成以下五类：A(固)+B(液)——>B(固)+C（气) A(固)+B(液）——>B（固）+C（液）+D(气) A(固)+B(液）——>C(液) A(固)+B

3、(液)——>B(固) A(固)+B(液)——>B(固)+D(液)(1)A（固）→B（固）+C（气）固体分解反应，是工业上制备金属氧化物的主要反应。CaCO3（S）=CaO（S）+CO2（g）1)气–固相非催化反应(2)A（固）+B（气）→C（固）金属的氧化、低价氧化物的氧化以及特殊固相产品的制备。4Fe（S）+3O2（g）=2Fe2O3（S）(3)A（固）+B（气）→C（气）固体气化反应，在化工生产中广泛应用。例如煤的燃烧和气化反应。C（S）+O2（g）=CO2（g）C（S）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）2C（S）+O2（g）=2CO（g）(5)A（气

4、）+B（气）=C（固）+D（气）这类反应是制备超细材料的一种重要方法。例如：TiCl4（g）+O2（g）=TiO2（S）+2Cl2（g）(4)A（固）+B（气）→C（固）+D（气）这类反应在气–固相反应中最为普遍，广泛的涉及各个工业领域。4FeS2（S）+11O2（g）=2Fe2O3（S）+8SO2（g）2)液–固相非催化反应7.1.2流–固相非催化反应的特点1)反应类型多流–固相非催化反应按照反应物和产物的物相分类，反应类型多。对于不同类型的反应，工艺流程、操作条件以及反应器型式各不相同。2)固相物料复杂固相物料种类繁多，其来源、形状、大小、均匀性、密度、粘度

5、等性质各不相同。不同性质的颗粒在反应器中的流动状况不同，其动力学行为也不同，直接影响到反应器型式的选择和设计。3)反应器型式多流–固相非催化反应的反应装备有间歇反应器和连续反应器。在连续反应器中，有固定床、移动床、流化床和气流床反应器。4)固体颗粒的转化率高用气体或者用液体对固相进行化学加工，都要求固相物料的转化率较高。5)气–固相反应的反应温度高大多数气–固相非催化反应属于高温焙烧和高温锻烧反应，反应温度较高，一般在500℃以上。研究方法是数学模拟方法和工业试验相结合。最常用的模型是收缩未反应芯模型，要用“冷模”试验研究两相流动行为，用“热模”试验研究反应参数

6、对反应性能的影响。7.1.3流–固相非催化反应的研究方法1)“冷模”实验在较大的实验装置中模拟类似工业反应器中的冷态流动行为，测取有关数据，采用数学方法加以归纳，建立经验的或半经验的数学方程。这种研究方法通常称为“冷摸”实验。2)“热态”试验工程上依靠逐级放大，半工业规模的扩大试验仍然是进行新工程设计不可缺少的步骤，此即所谓的“热态”试验，目的是从中获取更接近实际水平的设计参数，并对反应动力学和“冷模”试验结果加以检验和修正。思考题流-固相非催化反应分为()和()两大类。流–固相非催化反应具有那些特点？固体物料的多样性表现在那些方面？4）何谓“冷模”实验？5）何

7、谓“热态”试验？在流–固相反应中，包含有传递过程和化学反应过程，为了研究反应过程的总体速率，需要选择合适的反应模型。根据固相颗粒的结构性质，建立了不同的反应模型。7.2流–固相非催化反应模型主要模型有：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面模型1）缩芯模型的概念缩芯模型（shrinkingcoremodel），又称为收缩未反应芯模型，是指反应只在未反应固相的表面上进行，反应面由表及里不断向颗粒中心收缩，未反应芯逐渐缩小的模型。7.2.1缩芯模型的概念及特征2）缩芯模型特征3）缩芯模型的分类（1）若无固体产物，反应面为固体反应物的外

8、表面，反应在固体反应物的