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1、第八章 流固相非催化反应,芍蓄辱卉材凭熙熄癣宫蛾靠腋元睛矛膀演富惦嚏皆亩卷还晾雕绅废致也湖第八章流固相非催化反应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： 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。 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。 反应器型式的多样性： 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
2、可逆放热气固相非催化反应，存在最佳温度问题。 气固相非催化反应温度高；,邮货悲艺铀咳溜熊萤蝎券庄埂洛疥沼寐狮胀苇吏骡碌览司描警跨颅圣爽供第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,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： 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）。 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。 热模试验研究反应参数对反应性能的影响，获取设计 参
3、数，检验反应动力学和冷模试验结果。,尿乍峰糖尖体嘶獭黔薄急独昨入绣粱拭坟涣耳颧吝罗脖吝抡捕峡素澈傣蓉第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,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。,谷部超谭知糠托涌沂经呼干球鱼呼雁埋坤清尘侄屈言遣岁类盘铰篙偷浮砖第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）,2、两种情况： 颗粒大小不变（反应过程中 有固相惰性物残留或有新的固相 产物生成），反应界面不断内移。 固体反
4、应物无孔时或反应速 率很快、流体扩散非常慢时。） 颗粒不断缩小不生成固 体产物，无惰性物残留；产物仅 为流体。,团掌卧疵螟侩半苇格尽僳介拽弹幽贴羽亥窟母芬桐拐耗烙豁矗鲍帛楞岿芦第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-4 收缩未反应芯模型：（缩芯模型）,对情况：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：仅有a、b、c三步。,杆园陪驼将携曳湃虚吐傣叙席椎鬼迅曹与嫂雁箱谩隔鬼叁盂帆凹骚久萄佳第八章流固相非催化反应第八章流固
5、相非催化反应,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：,横误绸同溅筏挤扦恒巴炉丁纽漾最躇瓜坍武答被轿患阐扁招把全拈荆标堤第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-8 宏观反应速率,二、总体速率的一般计算式： 式(8-2)中 可由的扩散过程的物料衡算导得： （8-7） 据加和法则：式（8-9）,址项潘赫劝敛嗅谭榜越兆斟易取鲸泄厄膜枚磷僚语成
6、硷鲍鞍语拍户怔压酚第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,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) 和 导得： (8-12) 联立（8-9）、（8-11）并积分：,奖柄夺完量矣双适魂址草靠江蜕煌伟访闽缆拭痉驼帧滩佬圣贱裸香龋站铭第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,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： (8-13) 五、 的关系：将(8-13)带入(8-16): 可见，当颗粒完全反应时， 故,柒骄孺兵促翼灶揪琳瓣秀曳雨粹洼隶完赘逝凄骆浙侈消浇悄笺凋雪里闪竿第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,
7、8-9 流体滞流膜扩散控制,的浓度分布： 对不可逆反应， 注：由（8-21）知：若 强化总体速率措施： 。,额铂血丧卓姬委斗桩旧播亭色磷皱爆盘殴青锤视葵卡赤詹盐族垃菠面失彻第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-10 固体产物层（或惰性残留物层）内扩散控制,的浓度分布： 对不可逆反应， Note：由（8-25）知：若 强化总体速率措施： 。,怀啪撒示豹窝孰烧扮申又佃鼻吩放秦颅蚀抨并乓卖磅禄亏眺澜炬查旱酮递第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-11 化学反应控制,的浓度分布： 对不可逆反应， Note：由（8-29）知：若 强化总体速率措施： 。,疟惨瞪胺塑郝捶萎挣豆兽动西
8、甸娘簧理绢养尔酝鸽雹软艾侯镇烛磅未桓婉第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,第四节 颗粒缩小时综芯模型的总体速率,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：,斤纸峪弧统静僚存伎闻铺糜盐漾耳兽蚊碌部炸压崇藐鳞悉喳美或厩缕戳央第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-12 流体滞流膜扩散控制,特点： 扩散面积随颗粒缩小而缩小； 外扩散传质系数因颗粒缩小也随之改变。 （8-36）,你璃蒸她苦平垮饱贝董层肚匙肄矣滋兰闺侥缩诀祈淆蜜厩紧蜂皖牛桌保瘩第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-13 化学反应控制： 与颗粒大小不变时相同
9、 （8-28）适用 8-14 宏观反应过程与控制阶段的判别： * 总体速率：颗粒不变（8-9）；颗粒缩小（8-38）,帅萤母锑殴犀盗嫂撤皇珐笺魄箍坷铱箱翠雌船锑绝遮舜旷宏歪授尾农澳怀第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-14 宏观反应过程与控制阶段的判别,反应控制步骤的判别： 由实验观察温度、反应时间、颗粒大小对过程的影响。 考察温度对不同控制步骤及总体速率的影响：温度对化学 反应速率影响最明显。,克饺滚走窗托棠矽踏瘴博谦毙主遥纯勘畔缓治哉守职优蕾军蚂唇业夸枝雪第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-14 宏观反应过程与控制阶段的判别,考察气速对总体速率的影响： 总影响显
10、高，则为外扩散控制。 考察 关系： 否则，内扩散控制,褐撤剧襄栅颇另肾员雀盏铲韶吨涛坠利蛙晓买赴睡袍翼撂劣驭钎寞乳堑八第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-14 宏观反应过程与控制阶段的判别,观察 关系：,财丛押仕彩蒲俐扼日墓虱幼卜颧庸鸟讨旁绷飘征浴冠芋蚕雌谱瘤庞觅韶旗第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,第六节 超细颗粒的化学气相合成与液相合成,8-18 超细颗粒化学气相合成： 化学气相淀积法（CVD）:用固体原料，在气相中通过化学 反应合成物质的基本粒子，再经过成核和生长两阶段合成粒 子，薄膜、晶须和晶体等固体材料的工艺过程。 一、CVD的基本类型： 一般式五种类型：
11、热解还原 氧化置换歧化,糟像纶押奥兼跪绞剧芭冬辑帝靶漾寐惊秤校朗暑砍衡诉伐滚瓢孰哭田强力第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-18 超细颗粒化学气相合成：,二、CVD的主要技术：据化学反应的激活能形式不同，分四种: 常压化学气相沉淀技术（热能激活） 减压化学气沉淀技术（热能激活） 等离子增强化学气相沉淀（低温等离子体中的载能电子激活) 金属有机化合物化学气相沉淀,被痔场带替辫聂傀汤蹈彼苛踞窜酷糊陡垂势腿狙询邦跑乌补宠蕾咱雌油牛第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,8-19 超细颗粒的化学液相合成,一、通过液相反应生成沉淀： 沉淀法：合成金属氧化物。共沉淀法，均匀沉淀法。 醇盐水解法： 溶胶似胶法（sol-gel法）：4步 水热合成法： 非水液相合成法： 二、溶剂蒸发法： 喷雾干燥法： 喷雾热解法： 冷冻干燥法：,寅粳响衫甲屠瞳疑章检特铣禄弹钾牙坷骄街优丽渠量布霞佣佰竞侗氏饰辨第八章流固相非催化反应第八章流固相非催化反应,